분말 금속 연료는 단지 플래시에 불과합니까?

화석 연료가 빠르게 멸종되고 있다는 것은 비밀이 아닙니다. 기술이 발전함에 따라 점점 더 빠르게 사라지고 있습니다. 현재 화석 연료에 대한 의존도 중 상당수는 운송과 같은 고에너지 응용 분야와 관련이 있습니다. 연료 부족 그 자체 이외의 다른 이유로 전 세계 운송이 쇠퇴할 가능성은 거의 없으므로 화석 연료의 높은 에너지 밀도를 복제할 수 있는 것을 찾는 것이 필수적입니다. 그렇지 않으면 처음으로 돌아가서 글로벌 운송의 전체 범위를 바꾸십시오.

에너지, 특히 태양광과 풍력은 전 세계에서 생산될 수 없습니다. 전통적으로 에너지는 현장에서 생성되어 이를 필요로 하는 다른 장소로 배송됩니다. 배터리와 수소 등 탄소 배출이 없는 에너지 운반체를 위해 제안된 솔루션에는 모두 약점이 있습니다. 배터리는 상당히 안전한 옵션이지만 에너지 밀도가 매우 낮습니다. 수소의 에너지 밀도는 더 높지만 가연성으로 인해 저장 및 운송 시 위험할 정도로 휘발성이 높습니다.

최근 캐나다 McGill University의 연구원 그룹은 미래의 탄소 제로 연료로서 금속 분말의 사용을 탐구하는 논문을 발표했습니다. 금속 분말은 잠재적으로 1차 에너지원으로 사용될 수 있지만 그들이 제안하는 일시적인 해결책은 이를 풍력 및 태양열 에너지로 구동되는 2차 에너지원으로 사용하는 것입니다.

분말연료를 에너지원으로 사용한다는 아이디어는 새로운 것이 아니다. 루돌프 디젤(Rudolf Diesel)의 1800년대 후반 프로토타입 중 하나는 인근 루르 계곡 광산에 풍부한 자원인 석탄 먼지를 이용해 잠시 작동했습니다. 엔진을 10분도 채 가동한 후, 그는 이미 슬러지가 쌓인 것을 발견했고, 이는 연소 중에 생성된 재에서 나온 것이라고 생각했습니다. 석탄 분진은 독일에서 추가 테스트를 거쳤으며 결과는 대체로 동일했습니다. 내부 슬러지가 축적되고 마모율이 더 높아졌습니다. 석탄 연료 연구는 제2차 세계대전 이후 미국에서 시작되어 디젤로 만든 석탄 슬러리를 사용하는 데 중점을 두었습니다. 그럼에도 불구하고 재로 인해 피스톤 링이 더 빨리 마모되었습니다.

수십 년이 지나면서 디젤 회사는 점점 더 작은 초기 석탄 입자를 사용하는 실험을 했고, 이를 디젤 대신 물과 혼합하려고 시도했습니다. 1980년대에 미국 에너지부는 물-석탄 슬러리 문제에 대해 디젤 회사와 협력하는 프로그램을 시작했습니다. 그 회사 중 하나인 General Electric의 사업부는 1990년대 초반에 큰 발전을 이루었지만 그때쯤에는 유가가 하락하고 있었습니다. DoE 프로그램은 폐지되었습니다.

알루미늄 및 기타 금속은 몇 가지 이유로 매력적인 대체 에너지 선택입니다. 가장 중요한 것은 에너지 밀도가 높다는 것입니다. 이것이 부분적으로 알루미늄 분말이 폭죽과 로켓 부스터에 사용되는 이유입니다. 금속을 사용하여 배터리 양극을 만들 수 있지만 금속-공기 배터리는 기존 연료 전지의 출력 밀도와 경쟁하기 위해 훨씬 더 커야 합니다. 좀 더 구체적으로 말하면 금속 분말은 인프라 수준에서 자동차 엔진에 이르기까지 직접 연소를 위한 독립형 연료로 사용됩니다.

하지만 금속 분말을 내연 기관의 연료로 직접 사용하는 데는 문제가 있습니다. 석탄 먼지 및 슬러리와 마찬가지로 알루미늄과 철 분말의 연소는 고체 금속 산화물을 생성합니다. 이러한 산화물은 엔진을 코팅하고 더 빨리 마모되며 결국 피스톤을 오염시킵니다.

아이러니한 점은 이러한 고체 금속 산화물이 재생 가능성의 핵심이라는 것입니다. 풍력 및 태양열 발전 기반의 기존 인프라를 사용하여 이를 수집하고 다시 분말 연료로 재활용할 수 있습니다. 하지만 크기가 작을수록 수집하기가 더 어렵습니다. 그리고 실제로 재활용이 효율적으로 수행되지 않으면 금속 분말은 석유나 디젤을 대체할 수 없습니다.

외부 연소 엔진은 금속 분말 연료에 더 적합합니다. 연소 시스템은 안전한 거리에서 더러운 작업을 수행할 수 있습니다. 사이클론으로 금속산화물을 걸러내고 깨끗한 열만 엔진에 보낼 수 있다. 알루미늄보다 훨씬 더 유망한 것은 철분입니다. 알루미늄보다 섭씨 1,000도 더 낮게 연소되며 수집하기 쉬운 더 큰 산화물 입자를 생성합니다.