이것만 코팅하면 연간 이산화탄소 배출 4억 6000만톤 줄인다? [고든 정의 TECH+]

화석연료는 온실가스 배출의 주범입니다. 그런 만큼 석탄이나 천연가스를 태우는 화력 발전소를 태양광이나 풍력 같은 친환경 발전소로 대체하기 위한 노력이 활발합니다. 또 일부 국가는 차세대 원자로인 SMR 같은 대안도 함께 추진하고 있습니다.

하지만 현실적으로 보면 아직 우리는 화력 발전소와 오래 공존해야 합니다. 원자력은 반대가 많고 태양광이나 풍력은 발전량의 변동성이 심해서 블랙아웃을 피하기 위해 화력 발전소를 배제할 수 없기 때문입니다. 태양은 24시간 뜨지 않고 바람도 항상 강하게 부는 게 아닙니다.

따라서 당분간 기존의 화력 발전소의 효율을 높이고 온실가스 배출을 줄이기 위한 노력이 필요합니다. 미국 일리노이 대학 네나드 밀즈코빅 교수 연구팀은 화력 발전소의 핵심 장치인 증기 응축기(콘덴서)의 효율을 높일 방법을 연구했습니다.

대부분의 화력 발전소가 이용하는 증기 터빈은 뜨거운 증기를 이용해서 터빈을 돌린 후 이 수증기를 응축기에서 식히면서 다시 물로 응결시킵니다. 열기관의 효율은 터빈에 들어가는 뜨거운 증기와 터빈을 나와 차갑게 식은 증기의 온도 차이가 클수록 높아지기 때문에 증기 응축기의 디자인이 의외로 중요합니다.

현재 사용하는 증기 응축기는 대부분 열전도율이 좋은 금속 파이프 안에 뜨거운 증기가 지나면서 온도가 떨어지고 물로 응결되는 방식입니다. 하지만 이렇게 응결된 수증기가 얇은 물의 막을 형성하면 금속 파이프의 열전도율이 떨어지게 됩니다. 연구팀은 이 물을 밀어낼 수 있는 F-DLC(fluorinated diamond-like carbon)라는 코팅 소재를 개발했습니다.

F-DLC는 다이아몬드와 달리 검은색이지만, 내열성과 내마모성이 매우 우수한 코팅 소재로 고온 고압의 증기에 장시간 노출되는 증기 응축기 코팅 소재로 적합합니다. 하지만 그보다 더 중요한 특징은 물을 밀어내는 소수성 성질을 지니고 있다는 것입니다. 따라서 표면에 물방울이 맺히면 그대로 붙어 있지 못하고 아래로 흘러내리게 됩니다. 그러면 증기가 파이프 표면에 직접 접촉하는 시간이 길어져 열 배출이 더 잘되는 원리입니다.

연구팀에 따르면 발전소의 다른 부분을 개조하지 않더라도 증기 응축기에 F-DLC 코팅을 하는 것만으로 열효율을 2% 높일 수 있다고 주장했습니다. 높지 않아 보이지만, 이 정도만 해도 연간 4억 6000만 톤의 이산화탄소를 줄일 수 있다는 것이 연구팀의 주장입니다. 참고로 연구팀은 1095일 동안 F-DLC 코팅의 내구성을 테스트해 잠시도 멈추기 힘든 발전소에 적합한 내구성을 지니고 있다는 점을 증명했습니다.

F-DLC 코팅이 실제로 효율을 높일 수 있고 제조 비용이 높지 않다면 화력 발전소만이 아니라 증기 응축기가 필요한 다른 분야에서도 쓰일 수 있을 것입니다. 이론적으로는 그럴듯한데 실제로도 그럴 듯한 성과를 거둘 수 있을지 주목됩니다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com