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[현장탐방기획] 탈원전시대 수소보일러 박사 김진동 씨10년 전 미개척 분야 수소발전 나 홀로 연구 발명특허 받아, 전기방식 스팀생산 일반연료 1/4 수준 경제성 높아 시제품 완성 단계
  • 구미 김천/남보수 기자
  • 승인 2018.11.06 21:14
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▲ 다른제품과 차별화된전기방식 수소에너지 열교환기 시연장
정부는 2030년 1990년 대비 온실가스 배출량 최대 17% 감축과 2035년 신규 생산 자동차의 완전 무공해화, 2050년 1990년 대비 온실가스 배출량 60% 감축 등 친환경 에너지 정책에 열을 올리고 있다.

정부의 친환경 발전 전략은 태양광과 풍력발전 등 다양한 전력생산을 추진하고 있다. 이 중 물을 원료로 한 수소보일러 방식 발전이 미래 에너지원으로 각광받고 있다.

이처럼 친환경 발전전략으로 수소보일러에 한 평생을 바친 사람이 있어 지역민들의 화제가 되고 있다.

화제의 주인공은 속칭 현장 박사로 불리는‘JD 에너지 김진동 대표’다.

그는 세인들의 관심밖이었던 풍부한 물을 원료로 한 전기분해 수소보일러 제작에 뛰어들었다.
지금은 수소자동차시대란 말이 나왔지만 10여 년 전 당시는 물을 원료로 전기분해해 수소에너지 보일러 제작 연구는 대동강물을 팔아먹은 봉이 김선달식의 황당한 연구 작업이었다.

하지만 그는 어려운 환경속에서도 한 우물을 판 결과 수소가스연소에너지를 활용한 열교환기(수소보일러) 연구로 발명특허를 2012년 10월31일 출원해 특허를 받았다.

김 대표는 대학 관련학과 전공과정도 거치지 않았지만 독학으로 관련서적을 탐독하며 관련분야 이론과 오랜 경험을 통해 수소발전 열교환기를 개발해 곧 상용화 단계까지 이르뤘다.

최근 찾은 수소보일러 제작공장은 구미 비산동에 있는 조립식 공장으로 그는 직접 보일러 제작에 필요한 재료를 직접 절단가공하며 시제품인 수소 전기분해 장치개발 등 수소에너지 보일러와 전기 생산 터빈을 만들었다.

■ JD 에너지 기존방식 아닌 국내 최초 수소가스연소에너지 열교환기 개발

수소는 다양한 분야에서 미래 에너지로 각광 받고 있지만, 물에서 수소를 분리해 스팀화하는 과정에서 시간도 많이 걸리고 비용도 많이 들어 상용화 과정에서 경제성 문제가 발생하기도 했다.

하지만 진동에너지가 개발한 수소 열교환기는 경제석 분석 결과 물 1톤을 수증기(스팀)화해 전기생산 터빈을 돌릴 경우 63만kcal 에너지를 발생한다.

JD 에너지 수소열교환기 구조는 현재 시중에 나온 다른 시제품과는 많은 차별성이 있다. 이 교환기는 물이나 다른 메체가 통과하면 받은 열을 흑연에 저장해 저장된 열이 물과 결합 시 스팀을 발생시켜 터빈 등 내연기관을 작동시키는 원리다.

특히 발명품은 물 1톤을 수증기로 만들려면 JD 열교환기에서 소모되는 수소는 66.6㎥로 이수소 1㎥를 생산하는 전력량은 5㎾로 LPG 대비 1/2, 유류대비 1/4 밖에 안들어 전력 생산 시 경제성도 높다.

경제성과 함께 물이 수증기로 변화하는 시간도 100도 정도 끓는데 5분 내외 시간으로 물 1톤을 수증기로 만들기 위한 전기량도 타 연료에 비해 3배나 적다.

이는 물에서 분해된 수소가 산소와 결합시 3400℃나 되는 고온을 발생해 수증기 발생으로 전력 생산시 터빈을 돌리는 에너지 원이 되기 때문이다.

김진동 대표는 “국내외 수소를 이용한 각종 보일러 등 기기는 개발돼 일부는 상용 단계에 왔지만 비효율적 열 발생으로 경제성이 낮다면 우리가 개발한 JD 열교환기는 새로운 방식의 특허품으로 부피가 큰 것은 수소발전기로 부피 작은것은 가정용 보일러 등에 사용될 수 있다며, 시제품은 거의 완성 단계”라고 말했다.

■ 친환경 수소 보일러 미래에너지 선도한다.

수소에너지는 물 유기물 화석연료 등의 화합물 형태로 존재하는 수소를 분리해 얻어내는 에너지를 종칭하는 말이다.

수소는 물의 전기분해로 가장 쉽게 제조 할수 있으나 입력에너지(전기에너지)에 비해 수소에너지의 경제성이 너무 낮으므로 대체전원 또는 촉매를 이용한 제조기술 연구로 에너지보전 법칙 상 입력에너지가 출력에너지 보다 큰 근본적인 문제가 존재한다.

수소는 가스나 액체로 수송할 수 있으며 고압가스 액체수소 금속소화물 등의 다양한 형태로 저장 가능하다. 수소에너지 기술은 크게 수소의 제조 저장 및 운반 이용으로 나눌수 있는데 수소에너지 제조기술은 수소제조의 원료인 물, 화석연료 바이오매스 등으로부터 수소를 생산하느 방법이 주로 활요되고 있으나 광화학 분해 광전기화학 분해 수증기 분해 열화학 분해 등을 통해 수소에너지를 생산할 수 있는 기술은 연구중이다.

특히 수소에너지 이용기술로는 연소용 연료로 사용하기 위한 내연기관 제트 로켓 엔진 및 스팀 터빈 연소기술이 있으며 촉매연소 방법은 특수한 수소 이용기술이라 할 수 있다.

■ 다양한 방법의 수소에너지 축출 기술

수소에너지 제조기술에는 물과 화석연료 그리고 수소정제로부터 수소에너지를 만드는 방법이 있다.
물로 수소를 제조하는 방법에는 전기분해 (SPE 태양광 풍력 등 대체 전원 등), 저온열분해(산화물 유기화합물 염화물 불화물 요드화물), 광촉매(금속산화물 페롭스카으트 제올라이트), 바이오(광합성 협기발효 광합성발효)등이 있고 화석연료로 부터 수소에너지를 만드는 방법에는 수증기개질, 플라즈마개질, 고온열분해 등이 있다.

수소는 다른 신재생에너지와 마찬가지로 수소에너지는 에너지로 변환하는 과정 자체에서 공해물이 거의 생성되지 않아 무공해 청정에너지원이라 할 수 있다.

게다가 수소는 직접 연소하거나 연료전지의 연료 활용 시 전기에너지로 쉽게 변환 사용할 수 있고 자동차의 연료로 사용되는 경우 연소를 통해 에너지를 얻는 석유와 달리 소음이 거의 없다.

수소는 가스나 액체상태로 쉽게 만들 수 있어 수송과 이용에 용의하고 다양한 상태로 저장할 수 있지만 액체상태로 운반시 운송 손실을 1/10로 줄일 수 있기 때문에 손실율이 적은 장점이 있으나 일상생활에서 사용하려면 많은 비용이 든다는 단점을 가지고 있기 때문에 아직 쉽게 상용화 하지 못하고 있다.

■ 국내 수소에너지 개발 현황은

전문가들은 국내 수소에너지 현황을 보면 아직은 초기단계라 할 수 있다고 말한다.

이는 기반여건 조성이 안되어 있다 보니 선진국에 비해 많이 뒤쳐진 상태로 수소차의 경우를 예를 들면 세계최초 양산에 성공했으나 비싼 차량가격 가용충전소 부족 등으로 지자체 공공기관 위주로만 보급이 되어 있는상태다.

이유는 충전소 건설을 위한 고비용과 보급 계획의 부재로 인한 투자 회수의 불투명성 때문에 현재 초기 단계수준에서 머물러 있는 상태지만, 앞으로 수소에너지 분야의 기술이 보편화될 경우 화석연료 의존도가 상당히 낮아질 것으로 전망된다.

K대 윤모 교수는 “온실가스 감축 환경문제 해결의 단초가 될 수 있는 대체에너지 자원으로 중요한 열할을 할 수 있을 것으로 전망 되는 수소에너지는 국내외적으로 많은 연구와 기술투자로 진일보한 상태지만 진동에너지의 전기방식 수소에너지 열교환기는 새로운 기술방식으로 볼 수 있다”고 말했다.

구미 김천/남보수 기자  bosu88@hanmail.net

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