발전소를 친환경적으로 만드는 방수 코팅

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KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-12-02
발전소에서 사용되는 기계류의 일부에 새로운 코팅을 적용하면 이산화탄소의 배출량을 현저하게 줄일 수 있다. 단지 하나의 석탄 발전소가 이 기술을 활용하면, 연간 4000대의 차량을 쉬게 만드는 것만큼의 배출량을 줄일 수 있다고 미국 매사추세츠 공대(MIT)의 기계공학과 교수인 크라파 바라나시(Kripa Varanasi)가 전했다. 크라파 바라나시 교수는 이 새로운 코팅의 개발을 도왔으며, 드롭와이즈(DropWise)라는 신생기업은 이 기술을 상업화하고 있다. 코팅은 발전소의 핵심 부분인 복수기(steam condenser)의 효율을 향상시킨다. 복수기는 왕복형 증기기관이나 증기터빈 등에 사용되고 있으며, 증기를 냉각시켜 물로 되돌리는 장치로 응축기(condenser)의 일종이다. 복수기는 밀폐된 용기로 되어 있으며, 공급되는 냉각수를 이용하여 흘러 들어오는 증기의 증발열을 빼앗아 증기를 물로 환원시키는 작용을 한다. 증기와 냉각수가 직접 접촉하는 혼합복수기와 전열면을 통해서 열 교환을 하게 하는 표면복수기가 있다. 발전소는 터빈을 돌리는 증기를 생산하기 위하여 연료를 연소시킨다. 증기가 터빈을 나오면 냉각되어 물로 다시 응축될 필요가 있다. 이를 통하여 터빈을 돌리는 데에 도움이 되는 흡인력(suction force)을 만든다. 코팅은 흡인력을 증가시키는 데에 도움이 된다. 복수기는 일련의 관이며, 증기가 이 관에 부딪치면 물로 변한다. 통상적으로 물은 관의 벽에서 생성되며, 냉각 과정을 늦춘다. 새로운 코팅은 물은 쫓아 버려서 생성되는 것을 방해한다. 연구자들은 수십 년 동안 이러한 코팅을 개발하기 위하여 시도하였다. 그러나 분무법(spraying)과 같은 기존의 증착 방법은 필요한 두께로 만드는 데에 어려움이 있다. 이용되는 분무 방법과 재료에 따라 코팅은 너무 두꺼워서 냉각을 늦추거나, 너무 얇아서 거친 증기를 견딜 수 없다고 미국 버지니아 공대(Virginia Tech)의 조나단 보레이코(Jonathan Boreyko) 교수가 전했다. 조나단 보레이코 교수는 열전달(heat transfer)을 전공하였으며, 이 프로젝트에는 참가하지 않았다. 올바른 두께를 얻기 위하여 매사추세츠 공대(MIT)의 연구자들은 가열된 필라멘트를 지나 흐르는 2개의 기체가 포함된 새로운 공정을 창안하였다. 이 기체들은 반응하여 훨씬 더 효율적일 정도로 얇으면서도, 내구성을 가질 정도로 충분히 두꺼운 중합체 코팅(polymer coating)을 형성한다고 조나단 보레이코 교수가 설명하였다. 현재까지 이러한 코팅 기술은 단지 실험실에서만 시험되었다. 드롭와이즈는 이 기술을 발전소에 적용하여 시험하는 계약을 성사시키려고 노력하고 있다. 이 기술이 배출가스를 줄이는 데에 도움이 되지만, 이 기술을 사용하는 발전소가 갖는 주된 이점은 연료 절약이 될 것이며, 발전소 운영자는 연간 50만 달러 정도를 절약할 수 있다. 지구 전체의 이산화탄소 배출량은 엄청나게 감소시킬 필요가 있으며, 현재 가장 두드러진 이산화탄소 배출자는 발전소이다. 전 세계 85퍼센트 이상의 발전소는 증기 동력 발전소이며, 새로운 코팅 기술을 사용하면 발전소가 더 효율적이게 될 수 있다. 더불어 이 기술은 증기에 기초하므로, 열 교환기(heat exchanger)가 사용되는 거의 모든 공정에서 활용될 수 있다. [관련 동영상 연결] http://www.youtube.com/watch?v=_jK7C50DdpI&feature=youtu.be 2014-11-27_WaterRepell1.jpg 2014-11-27_WaterRepell2.jpg 2014-11-27_WaterRepell3.jpg http://www.technologyreview.com/news/532756/water-repellent-coating-could-make-power-plants-greener/