핵수소를 활용한 탈탄소 철강 생산

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핵수소를 활용한 탈탄소 철강 생산

마리아 플라토노바

저탄소 원자력을 사용하여 수소를 생산하는 것은 철강 산업의 탈탄소화에 영향을 미칠 수 있습니다. (사진:어도비 스톡)

철강 생산은 전 세계 이산화탄소(CO 2 ) 배출량의 7% 이상을 차지합니다. 에너지, 운송, 건설, 가전제품에 이르기까지 다양한 분야에 필수적인 철강 수요 증가와 함께 향후 수십 년 동안 이 비율은 급등할 것으로 예상됩니다. 그러나 원자력 에너지는 철강 생산을 순 제로로 만드는 데 도움이 될 수 있습니다.

전 세계적으로 연간 약 20억 톤의 철강이 생산됩니다. 국제에너지기구(International Energy Agency)에 따르면, 2050년까지 주로 개발도상국을 중심으로 철강 수요가 3분의 1 이상 증가할 것으로 예상됩니다. 점점 더 많은 글로벌 기업들이 이 부문의 에너지 집약적인 산업 공정을 탈탄소화할 방법을 찾고 있습니다.

철강 산업은 철광석을 강철로 바꾸는 용광로에 전력을 공급하기 위해 원료탄에 크게 의존합니다. 이 과정에서 다량의 CO 2 가 배출됩니다 . 그러나 철의 직접 환원이라는 방법을 사용하면 강철을 만드는 것이 가능합니다. 이 방법은 수소가 녹지 않고 철광석과 반응하여 수증기를 배출하고 CO 2 를 배출하지 않습니다 .

 전 세계 여러 국가에서는 강철 생산을 포함하여 깨끗한 수소를 생산하기 위해 원자력 에너지의 사용을 탐색하고 테스트하고 있습니다. Aline des Cloizeaux, IAEA 원자력국 국장

“친환경 철강을 만드는 데 필요한 수소의 양은 엄청납니다. 전통적으로 화석 연료는 거의 모든 수소를 생성하는 데 사용되었으므로 필요한 양의 탈탄소 수소를 찾는 것이 가장 큰 과제 중 하나가 될 것입니다.”라고 IAEA의 비전기 응용 분야 기술 책임자인 Francesco Ganda가 말했습니다. “배출이 없는 원자력 수소 생산은 실제로 이 분야의 판도를 바꿀 수 있습니다. 원자력은 필요한 양의 수소를 생산하기 위해 충분한 열과 전기를 연중무휴 24시간 제공할 수 있는 잠재력을 갖고 있기 때문입니다. 이는 청정 에너지 전환에 큰 진전을 이루는 데 도움이 될 수 있습니다.”

수소 생산 공장과 결합된 원자력 발전소는 전기 분해 또는 열화학 공정을 위한 구성 요소가 장착된 열병합 발전 시스템으로 에너지와 수소를 모두 효율적으로 생산할 수 있습니다. 전기 분해는 직류를 사용하여 물 분자를 분리하여 수소와 산소를 모두 생성하는 과정입니다.

물 전기분해는 섭씨 100도 미만의 상대적으로 낮은 온도에서 작동하는 반면, 증기 전기분해는 섭씨 700~800도의 훨씬 높은 온도에서 작동하며 물 전기분해보다 전력 소모가 적습니다. 물 전기분해는 전기를 사용하여 물 속의 산소와 수소를 분리하는 과정입니다. 이러한 유형의 기술은 수십 년 동안 상업적으로 이용 가능했습니다. 고온 전기분해는 동일한 원리를 따르지만 물을 증기 형태로 사용하므로 필요한 전력량이 줄어듭니다.

전해조 기술의 발전으로 인해 기존 원자력 발전용 원자로에서 수소 생산이 더욱 효율적이고 저렴해졌습니다. 미국의 적어도 하나의 원자력 발전소(미네소타의 프레리 아일랜드)는 고온 전해조를 설치하고 원자로에서 나오는 열을 사용하여 전력 사용량을 낮추어 핵 수소 생산 비용을 낮추고 있습니다.

Bloom Energy의 수소 사업 개발 이사인 Akhil Batheja는 “고체 산화물 전해조의 고온 공정은 증기 형태로 원자력 발전소의 열 에너지를 활용하여 전해조에 믿을 수 없을 만큼 높은 효율을 제공할 수 있습니다.”라고 말했습니다. 에너지 생성용 고체산화물 연료전지를 생산하는 회사입니다. "전기 비용은 전기분해된 수소와 관련된 비용의 대부분을 차지하므로 이는 원자력 발전소와 저탄소 수소 생성을 위한 최고의 경제적 가치 제안을 제시합니다."

IAEA의 역할

IAEA는 조정된 연구 프로젝트를 포함하여 수소 생산을 위한 기존 원자력 용량 사용에 대한 연구를 지원함으로써 국가를 돕습니다. IAEA는 국가들이 핵 수소 프로젝트 개발을 평가, 계획 및 전략화하는 데 도움을 주기 위해 기술 회의를 조직하고 원자력을 사용한 대규모 수소 생산의 기술 경제적 실행 가능성을 평가하는 도구인 수소 경제 평가 프로그램을 개발했습니다. 또한, 2022년에 IAEA는 원자력을 이용한 수소 생산의 상업적 배치를 위한 로드맵을 개발하기 위한 계획을 시작하고 원자력 열병합발전을 통한 수소 생산에 대한 e-러닝 과정을 공개했습니다.

IAEA 원자력 부문 국장인 Aline des Cloizeaux는 “전 세계 여러 국가에서 강철 생산을 포함하여 깨끗한 수소를 생산하기 위해 원자력 에너지의 사용을 모색하고 테스트하고 있습니다.”라고 말했습니다. “새롭고 보다 효율적인 전해조 기술의 출현과 고온 원자로와 같은 첨단 원자로 기술의 배치가 임박함에 따라 원자력은 청정 수소 생산과 철강의 탈탄소화에 핵심적인 기여를 제공할 수 있는 위치에 자리 잡았습니다. 생산 및 기타 산업.”

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