좌측메뉴로 바로가기본문으로 바로가기



> 중학교 > 써도 다시 생겨나는 에너지 > 열료전지, 열병합발전기

써도 다시 생겨나는 에너지

열료전지, 열병합발전기:작은 규모로 집에 설치할수 있는 연료전지 , 소형 열병합발전기로 전기와 열을 만들어 내어 사용할 수 있다.

식물은 광합성을 통해 태양 에너지를 몸 속에 축적한다. 땅속에도 많은 양의 에너지가 담겨 있다. 이들로부터 에너지를 뽑아내서 이용하면 화석 연료의 사용도 줄이고, 지구 온난화도 억제할 수 있지 않을까? 지구 온난화가 세계적인 걱정거리가 된 지금, 생물체와 땅 속에 들어 있는 에너지는 지구 온난화를 막을 수 있는 유용한 재생 가능 에너지원으로 여겨지고 있다.

01.연료전지

연료전지의 원리를 설명한 이미지요즈음에는 연료 전지가 미래의 에너지 생산 장치로 관심을 끌고 있다. 연료 전지는 수소와 산소를 반응시켜서 전기와 열을 만들어 내는 장치이다. 현재 사용되는 연료 전지용 수소는 대부분 천연가스를 분해해서 생산한다. 그런데 이 분해 과정에서 이산화탄소가 배출되기 때문에 연료 전지 자체는 지구 온난화를 억제할 수 있는 기술은 아니다. 연료 전지는 한 번 사용하고 버리는 일반 화학 전지와는 달리, 수소가 공급되면 계속해서 전기와 열을 생산할 수 있는 반영구적인 장치이다.연료 전지는 다른 전지와 마찬가지로 양극(+)과 음극(-)으로 이루어져 있는데, 음극으로는 수소가 공급되고, 양극으로는 산소가 공급된다. 음극에서 수소는 전자와 양성자로 분리되는데, 전자는 회로를 만들면서 전류를 만들어 낸다. 전자들은 양극에서산소와 만나 물을 생성하기 때문에 연료 전지의 부 산물은 물이다. 연료 전지에서는 물이 수소와 산소로 전기 분해되는 것과 정반대의 반응이 일어난다. 연료 전지에서 만들어지는 전기는 자동차의 내연 기관을 대신해서 동력을 제공할 수 있고, 자전거에 부착하면 전기 자전거를 만들 수 있다. 또 전기가 생길 때에 부산물로 생기는 열은 난방용으로 이용될 수 있다.

휴대전화연료 전지의 원료인 수소는 천연 가스나 석유 등 화석 연료를 분해하는 과정에서 얻을 수 있다. 또 재생 가능 전기나 바이오매스 등에서도 얻을 수 있다. 어떤 경우이든 배출 물질은 물이기 때문에 수소의 원료가 무엇인지 따지지 않는다면 연료 전지는 매우 깨끗한 에너지 생산 장치로 볼 수 있다. 연료 전지는 발전소와 같은 대용량의 발전이나 자동차를 움직일 정도의 적은 양의 발전 등 발전 용량을 쉽게 조절할 수 있다는 이점이 있다. 가스를 분해해서 사용하는 소형 연료 전지는 이미 개발되었는데, 몇 년 후면 상용화될 것이다. 이 연료 전지는 전기 생산과 난방을 동시에 할 수 있는 장치로 쉽게 설치할 수 있기 때문에 추운 지방에 널리 보급될 것으로 전망된다. 일부 에너지 연구자들은 인류가 앞으로 화석 연료를 사용하는 경제 구조로부터 수소.를 사용하는 구조로 나아갈 것으로 전망하는데, 이 때는 연료 전지가 그 핵심 역할을 할 것으로 예상한다. 그러나 수소는 폭발성이 강한 물질이고, -235℃에서 액체로 변환되기 때문에 다루기가 어렵다.

도움자료:생활속의 연료전지

연료전지자동차작은 수소통이 달려있는 연료전지 노트북 컴퓨터

전문가들은 머지않아 우리 생활에서 연료 전지를 흔하게 사용할 것으로 예상한다. 연료 전지는 다양한 연료를 사용할 수 있고, 비교적 환경문제가 적기 때문에 여러 나라에서 연료 전지의 상용화 연구가 진행되고 있다. 연료 전지는 전기와 열을 동시에 생산하기 때문에 소규모의 것은 주택의 지하실에 설치해서 난방과 전기 생산을 동시에 할 수 있다. 조금 큰 규모로 설치할 경우, 큰 건물의 전기와 난방을 공급할 수 있다. 대규모로 설치하면 도시 공급용 전기와 난방 열을 생산할 수 있다. 또 사진에서 보는 바와 같이 연료 전지로 움직이는 자동차나, 가전 제품용 소형 연료 전지 개발이 활발히 진행 되고 있다. 특히, 연료 전지 자동차는 머지 않아 상용화될 것으로 기대하고 있다.

열병합발전기

보통 화력 발전소나 원자력 발전소에서는 전기를 생산할 때 발생하는 열을 버린다. 발전을 위해 들어간 에너지 중에서 전기로 바뀌는 것은 40% 이하 정도밖에 안 되기 때문에 나머지는 쓰지 못하는 폐열이 되어서 밖으로 버려진다. 이렇게 버려지는 폐열은 에너지를 허비하는 것일 뿐만 아니라, 바다로 흘러들어가면 생태계에 변화를 주기도 한다.

주택에 이용할 수 있는 소형 열병합발전기열병합 발전기는 화력 발전소에서 버려지는 열까지도 이용할 수 있도록 만든 발전기인데, 규모는 큰 것부터 작은 것까지 다양하다. 작은 규모의 열병합 발전기는 주택이나 작은 건물 한 곳의 전기와 난방용 열을 충분히 공급할 수 있다. 작은 열병합 발전기는 유럽 여러 지역에 널리 보급되어 있지만, 우리 나라에서는 아직 보급되지 않고 있다. 규모가 큰 발전소는 우리 나라에서도 가동되고 있는데, 서울의 목동, 고양시 일산 등의 아파트와 대형 호텔, 고속 버스 터미널 등에는 이러한 열병합 발전소에서 만들어진 전기와 열이 동시에 공급 되고 있다.11)

11) 2001년 현재 우리 나라에서 열병합 발전으로 지역 난방을 공급받는 세대는 100만 가구가 넘는다.

도움자료:현장을 찾아서-에너지의 90%를 이용하는 베를린 열병합발전소

베를린 도심의 미테 열병합발전소베를린 중심부에 자리잡은 열병합 발전소는 가스 속에 포함되어 있는 에너지의 90%를 전기와 열로 바꾸어서 사용한다. 이 발전소에서는 먼저 천연 가스를 연소시켜 가스 터빈을 통과시킴으로써 한 차례 전기를 생산한다. 이 때 터빈을 통과한 연소 가스 는 온도가 여전히 높은데, 이 연소 가스로는 물을 증기로 변환하여 증기 터빈을 돌리는데 이용한다. 이 과정에서 또 한 차례 전기가 생산된다. 증기 터빈을 통과하여 나온 증기를 다시 한 번 열 교환기를 통과시켜 난방이나 온수용 물을 만들어서 사용한다. 이렇게 세 차례에 걸쳐 에너지를 최대한 이용함으로써 에너지의 90%까지 이용하게 된다.

활동:전지로 가는 자동차
탐구1
오늘날 교통 수단의 증가로 인해 많은 문제점이 발생하고 있다. 어떠한 문제가 발생 하고 있는지 조사해 보자.
오늘날 교통 수단의 증가로 인해 많은 문제점
문제점 1
문제점2
문제점3
문제점4
문제점5
문제점 6

탐구2
현대 자동차에서 연료 전지로 가는 자동차를 개발하여 캘리포니아에서 열리는 자동차 대회에서 우승을 한 적이 있다. 이 자동차의 배기 가스 배출구에서는 무엇이 나올까? 일반 휘발유로 가는 자동차와 비교하면서 그림을 그려 보자.

연료전지자동차

탐구3
○○자동차에서 만든 연료 전지 자동차를 타고 목적지까지 가려고 한다. 이 연료 전지 자동차의 목적지는 어디인가?(단, 연료 전지 자동차와 관련이 있는 길로만 갈 수 있다.)
연료 전지 자동차의 목적지
메탄올 산소 전기 질소화물
전기 산소
스모그 산소 전기 산소
배기 가스 수소 이산화탄소 전기
이동 이동 이동 이동;
서울 청주 광주 부산

탐구4
환경 오염 없는 자동차, 비싼 휘발유를 사용하지 않는 자동차…
지금 세계의 유명한 자동차 회사인 포드, 토요타, 제네럴 모터스, 현대 등에서는 이러한 자동차 개발에 많은 힘을 기울이고 있으며, 수소 자동차, 전기 자동차, 연료 전지 자동차 등을 개발하여 시판하고 있다. 아래 그림은 연료 전지 자동차에서 전기를 만들어 내는 과정을 나타낸 것이다. 빈 칸에 알맞은 말을 써 넣어 보자.

( )→공급→연료전지/수소+산소→생산/배출→( )/( )

활동:버려지는 열을 잡아라!
탐구1
일반 화력 발전소는 투입되는 에너지의 1/3만이 전기를 생산하는 데 쓰이고 나머지는 폐열로 바다나 강에 버려지게 된다.

한편, 열병합 발전소의 경우는 버려지는 뜨거운 증기를 다시 모아 냉?난방이나 공장 가동에 사용하므로 에너지 사용 효율이 높다. 아래 표는 화력 발전소인‘아뜨 발전소’와 열병합 발전소인‘뜨끈 발전소’의 에너지 사용 상황을 나타낸 것이다. 빈 칸에 알맞은 말을 적어 보자.

화력발전소:투입에너지→전기생산→투입된 에너지의 2/3바다,강으로 버려짐

열병합발전소:투입에너지→전기생산→버려지는 열회수 냉,난방 이용

① 아뜨 화력 발전소(예시)

아뜨 화력 발전소(예시)
연료 사용하는 연료의 양 생산하는 전기 열로 버려지는 연료 전체 효율(%)
중유 200만 톤/년 24억kWh/년 130만 톤/년 ( )

② 뜨끈 열병합 발전소(예시)

뜨끈 열병합 발전소(예시)
연료 사용하는 연료의 양 생산하는 전기 난방에 버려지는 연료 절약하는 연료의 양 전체 효율(%)
LNG 790톤/년 790톤/년 회수된 열의난방 사용량4억 5천만 kcal/h 710톤 ( )

탐구2
각 발전소와 관련 있는 단어 상자를 연결하여라.
① 열병합 발전소 우라늄, 방사능, 경수로, KEDO
② 원자력 발전소 낙차, 터빈, 댐, 양수 발전
③ 화력 발전소 난방, 급탕, 에너지 절약, 종합 효율 약 85%
④ 수력 발전소 폐열, 전기, 효율 약 40%

화력발전소,열병합발전소,원자력발전소,수력발전소

다른 활동내용 다운 받기
활동 17-3 연료 전지의 신문 광고 만들기



페이지 맨 위로 이동