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여름철 더위를 겨울에 사용하는 기술 - 농업 칼럼니스트 농학박사 허북구
  • 기사등록 2022-11-22 07:51:01
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[전남인터넷신문]겨울이 다가오면서 기온이 낮아지고 있다. 사계절이 뚜렷한 우리나라에서 겨울철은 기온이 낮아 농사가 쉽지 않다. 


겨울철에 작물을 재배하려면 대부분 시설 내에서 보온이나 가온을 해서 온도를 높여야 한다. 온도를 높이기 위해서는 시설이 필요하고, 작물에 따라서는 난방비가 많이 소요된다.

 

겨울철의 온도가 너무 낮을 때는 태양광 에너지를 전기 에너지로 저장해 두었다가 사용하는 것처럼 여름의 더위를 저장해 두었다가 추울 때 사용할 수 있는 방법은 없을까하는 생각을 해 본 사람들이 있을 것이다. 그런데, 그러한 생각이 현실로 옮겨지고 있다.

 

스웨덴 예테보리(Göteborg)에 위치한 찰머스 공과대학(Chalmers University of Technology)의 연구진들은 약 1년 전에 태양 에너지를 저장할 수 있는 분자를 제시했다. 탄소, 수소 및 질소로 만들어진 분자는 햇빛을 받으면 에너지가 풍부한 이성질체(분자식은 같지만 구조가 다른 분자)로 변형되는 독특한 특성을 가지고 있다. 분자는 동일한 원자로 구성되어 있지만 서로 다른 방식으로 결합되어 있다.

 

이 이성질체는 겨울이나 밤 등 나중에 에너지가 필요할 때 사용하기 위해 에너지를 저장할 수 있다. 이것은 액체 형태이며, 연구원들은 MOST(Molecular Solar Thermal Energy Storage)라는 이름을 붙였는데, 태양 에너지 시스템에 사용할 수 있도록 했다. 이 이성질체의 에너지는 최대 18년 동안 저장할 수 있다.

 

연구진은 저장된 에너지의 방출을 제어하기 위한 촉매를 개발했다. 촉매는 액체가 흐르는 필터 역할을 하여 액체를 섭씨 63℃까지 따뜻하게 하는 반응을 생성한다. 액체가 필터를 통해 펌핑될 때 온도가 20℃이면 반대쪽은 83℃가 된다. 동시에 분자를 원래 형태로 되돌려 온난화 시스템에서 재사용할 수 있다.

 

종합하면, 에너지 시스템 MOST눈 순환 방식으로 작동하는데 액체는 건물 지붕의 태양열 집열기에서 햇빛으로부터 에너지를 포착한다. 그런 다음 실온에 보관하여 에너지 손실을 최소화한다. 에너지가 필요할 때 촉매를 통해 끌어당겨 액체를 가열할 수 있다. 온도가 높아진 것은 가정 난방 시스템에서 활용될 수 있으며, 그 후 액체는 다시 지붕으로 보내져 더 많은 에너지를 수집할 수 있다. 이 모든 것은 배출물이 전혀 없고 분자를 손상시키지 않는다.

 

스위스연방재료시험연구소(EMPA, A Federal Material Testing and Research Institu)의 연구진이 발표한 수산화나트륨 용액에 에너지를 저장하는 방법 또한 여름의 더위를 겨울에 사용할 수 있게 하는 기술이다. 진한 수산화나트륨에 물을 가하면 수산화나트륨의 농도가 낮게 되면서 열이 발생한다. 이 절차를 반대로 하는 것이 포인트다. 농도가 낮은 수산화나트륨 용액에 에너지를 가하면 물이 증발하여 수산화나트륨 용액이 진해지는 것과 동시에 공급된 에너지를 저장한다.

 

스위스연방재료시험연구소의 연구진들은 이러한 이론을 확인하기 위해 전용의 실험실을 만들어 60℃의 열탕이 흐르는 파이프 속에 30%의 수산화나트륨 용액을 흘린 결과 열에너지가 축적된 50%의 수산화나트륨 용액이 만들어졌다. 온수를 만드는데 여름 태양 에너지를 사용하여 여름 더위를 보존하는 구조다.

 

여름철의 더위를 저장해 두었다가 이용하기 위한 발상은 이처럼 실용화를 향해 발전하고 있다. 아마도 멀지 않아 겨울철 시설 원예를 비롯해 축사 등에도 저장해 둔 여름철 더위를 활용해 온도를 높여서 이용하게 될 것으로 보인다.

 

자료출처

https://www.chalmers.se/en/departments/chem/news/Pages/Emissions-free-energy-system-saves-heat-from-the-summer-sun-for-winter-.aspx(Emissions-free energy system saves heat from the summer sun for winter).

https://www.empa.ch/web/s604/naoh-heat-storage(Summer heat for the winter).

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