I. 제목
태양연료 생산을 위한 HFSF 개발
II. 연구개발의 목적 및 중요성
초고온 태양열 이용 태양연료 생산을 위한 HFSF(High-Flux Solar Furnace) 개발을 목표로 집광비 10,000 이상, 가득온도 2,500K 이상, 집열용량 최고 40kW 급 HFSF시스템을 최종 개발코자 함. 1차년도에는 당 연구소가 기 보유하고 있는 태양열 집광장치를 보완하고 성능시험동을 구축하여 HFSF를 위한 1차 집광 시스템의 개발과 기반 구축을 완료코자 함.
신재생에너지를 에너지원으로 하는 친환경적 연료(수소 등) 생산기술은 에너지패러다임의 변화와 아울러 반드시 실현되어야 할 필수적인 미래기술임. 이러한 측면에서 초고온 태양열 집광 및 화학반응을 위한 장치인 HFSF은 태양에너지로부터 직접적인 연료의 생산이 가능한 고효율의 열화학반응 핵심요소로 그 시급성과 파급효과가 매우 큼.
III. 연구개발의 내용 및 범위
1차년도
○ 태양추적 Heliostat 개발 (반사면적 120㎡ 이상)
○ 초고온 태양열 성능시험동 및 Parabolic 1차 집광시스템 구축
○ 집광비 1,000 이상 규모 1차 집광에 의한 열 실험
2차년도
○ 2차 집광시스템 (CPC) 설계 및 제작 (2차 집광 비율 약 10)
○ Solar Furnace 제어 및 모니터링 시스템 개발
○ 초고온 집광시험용 mapping 시스템 개발
○ 집광 성능 분석 및 집광비 10,000 획득 검증
3차년도
○ High-Flux Solar Furnace 운전 및 열전달 실험
- 초고온 열 흡수 및 열전달 실험을 위한 열 회수 장치 개발
- 2,500K 이상 온도 획득 및 운전 가능 검증
○ 시스템 검증을 위한 초고온 화학반응 기초 실험
- 2,000K 이상급 화학반응 선정 및 반응기 설계와 기초 실험
IV. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
전체 면적 120.4㎡ 태양추적 Heliostat 설계 및 제작을 통한 1차집광시스템의 보완, 총 3층(연면적 324.37㎡) 규모의 성능시험동 구축, 집광시스템 이용 집광성능 평가를 통한 집광비 1,650 획득, 그리고 High-Flux 열전달 시스템을 위한 이론 분석과 기초실험을 행하였음.
향후 최종적으로 고집광 HFSF 시스템의 개발이 완료되면 초고온태양열 화학반응을 이용한 각종 태양연료 생산 화학반응 시스템 핵심기술 개발 및 관련 대형 과제의 도출에 활용될 수 있으며 그 결과를 기반으로 태양연료 생산을 위한 요소기술, 통합시스템 기술, 엔지니어링 기술 등의 국내외 시장개척이 가능할 것으로 기대됨.