KR20070027679A - 루이스산을 이용한 핵융합 반응에 의한 청정에너지 생산 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지구상에 가장 흔하게 존재하는 질소와 물을 원료로 하고 루이스산·염기의 촉매반응을 이용하는 새로운 개념의 핵융합 반응을 에너지원으로 이용하기 위한 기술로써, 화석연료 사용에 따라 배출되는 이산화탄소 및 핵연료 사용에 따른 방사성폐기물 문제뿐만 아니라 전 인류가 당면하고 있는 에너지원의 고갈 위협으로부터 벗어날 수 있는 가능성을 제시하고 있다.

질소, 수증기, 루이스산, 중온, 핵융합

Description

수증기와 질소를 원료로 한 핵융합 반응에 의한 에너지 제조 방법 {The Method for Energy Making by Nuclear Fusion Reaction from the Steam and the Nitrogen}

도 1은 본 발명을 실시 예를 통하여 설명하기 위한 그림에 해당하며 열교환기의 내부가 루이스산으로 충전된 모습을 나타낸다.

현재 인간이 사용하고 있는 에너지원을 종류를 열거하자면 태양열, 풍력, 조력 및 수력 등 2차 폐기물을 발생시키지 않는 제1세대 에너지원과 석유 및 석탄 등 온실가스의 주범인 이산화탄소를 발생시키는 제2세대 에너지원, 그리고 처리가 곤란한 방사성폐기물을 발생시키는 제3세대 에너지원으로 구분할 수 있으며, 특히 제2세대 및 제3세대 에너지원의 경우에는 자원의 고갈 문제뿐만 아니라 연료의 사용에 따른 부작용 등이 심각하여 최근 여러 국가에서는 제1세대의 에너지원을 응용한 대체에너지의 개발을 활발히 추진하고 있는 실정에 있다.

지구온난화의 주범인 CO2를 2차 폐기물로 방출하는 화석에너지는 다음에 제시한 화학반응에서 방출한 연소열을 이용하고 있으며, CO2 및 H2O 각 1 분자씩 생성하는데 발생하는 열량을 계산한 값은 각각 6.54E-19 Joule 및 4.00E-19 Joule 에 해당한다.

또한, 화석연료에 비해 더욱 빠른 속도로 고갈되어 가는 우라늄 자원의 부족 및 방사성폐기물 등의 문제로 인하여 곤란을 받고 있는 핵분열에너지는 다음의 핵반응에서 발생한 질량결손 에너지를 이용하고 있으며, U-235 원자 1개가 핵분열 과정에서 발생하는 열량은 약 2.77E-11 Joule 에 해당한다.

이에 반하여 2차 폐기물이 거의 발생하지 않는다는 이유로 꿈의 에너지라고 불려지고 있는 핵융합에너지는 다음의 핵반응에서 발생한 질량결손 에너지를 이용하고 있으며, 2개의 H-2 분자가 핵융합 과정에서 발생하는 열량은 약 3.82E-12 Joule 에 해당한다.

그러나 중수소를 핵융합 시키는데 필요로 하는 플라즈마 환경을 가능하게 하는 약 1억 도의 온도를 유지시키는 기술은 그동안 엄청난 연구비를 투입하였음에도 불구하고 개발되지 못하였으며, 이에 따라 상온 핵융합에 의한 에너지 제조기술의 필요성이 대두 되었다고 할 수 있다. 1989년 영국 사우댐프톤대학의 플라이쉬만교수 및 미국 유타대학의 폰스교수는 '팔라듐을 음극으로 하여 중수 전해질 용액 속에서 장시간 전기분해함으로써 중수소 핵융합 반응에 의한 것이라고 생각되는 과잉의 발열을 검출'하였다는 세계 최초의 상온 핵융합 관련 실험결과를 언론에 발표하여 세상을 놀라게 하였으나, 검증결과 재현성이 없다는 판정을 받은바 있다.

본 발명의 기술적 과제는 지구상에 가장 흔하게 존재하는 원료물질을 사용하는 중온 핵융합 반응에 의한 에너지 제조기술을 개발하여 전세계 모든 인류가 열망하는 꿈의 에너지 시대를 구현하는 것이다.

본 발명은 물과 질소를 루이스산을 촉매로 하여 100℃ 내지 1,500℃의 온도에서 헬륨을 방출하는 핵변환을 통한 에너지 제조기술에 해당하며, 상온핵융합 또는 고온핵융합 기술과 비교하였을 때 중온핵융합 기술이라고 할 수 있다.

루이스산이란 전자쌍을 받을 수 있는 Ag, Al, Au, B, Ba, Be, Ca, Cd, Ce, Co, Cr, Cs, Cu, Fe, Ga, Ge, Hg, In, Ir, La, Mg, Mn, Ni, Os, Pb, Pd, Pt, Ru, Sb, Sc, Si, Sn, Sr, Te, Th, Ti, Tl, V, Zn 및 Zr 등의 원소를 주원료로 한 자연계에 널리 존재하는 금속 또는 화합물로써 물, 암모니아 또는 질소 등의 루이스 염기와 산·염기 반응을 일으킬 수 있는 물질에 해당된다. 루이스 산·염기 반응에 있어서 어느 특정한 조건에서는 헬륨을 방출하는 핵 화학 반응이 일어난다는 것이 단편적으로 보고된 바는 있으나 그 메커니즘 또는 핵 화학 반응식은 아직까지 밝혀진바 없다. 본 발명에서는 기존에 발표된 자료를 토대로 하여 다음과 같이 루이스산에 의한 핵 화학 반응식을 완성하였으며 이를 근거로 하여 질량결손에너지를 계산할 수 있었다.

위 식에서와 같이 루이스산·염기에 의한 핵 화학 반응은 클러스터의 형태로 존재할 것이라 예측되는 루이스산·염기 화합물의 중간체에서 수소가 헬륨으로 변화되는 과정이라 할 수 있으며 이와 동시에 클러스터 내부에 물과 함께 존재하는 또 다른 염기성 원소는 중성자가 2개 감소한 형태의 동위원소로 변화하게 된다고 설명할 수 있다. 이렇게 생성된 동위원소 생성물은 그 원자상태가 불안정한 경우일 때는 전자포획(Electron Capture) 등의 핵변환 과정을 거쳐 새로운 안정한 원소로 변환되게 되며, 특히 루이스산·염기의 클러스터 중간체에 있어서 물과 함께 존재하는 또 다른 염기물질이 질소라고 가정하면 위의 핵 화학 반응식은 다음과 같이 질량결손에너지 9.09E-12에 해당하는 2 분자의 CO2를 발생시키는 핵 반응이 될 것이며, 이때 같은 양의 CO2를 방출하는 화석연료의 연소열과 비교하여 보면 그 발생 되는 에너지는 약 700만 배에 해당된다는 것을 확인할 수 있다.

본문의 이해를 돕기 위해 본 발명의 실시 가능한 예를 들어 단계별로 설명하면 다음과 같으며 본 발명은 이에 종속되지 않는다. ⅰ열교환기(도 1)의 좌측 하단에 마련된 열 주입구를 통해 루이스산이 충전된 보일러 내부를 가열하여 미리 설정한 온도에 도달하게 하는 단계, ⅱ우측 하단에 마련된 원료 주입구를 통해 수증기와 질소 또는 수증기와 공기의 원료 혼합물을 일정한 유속으로 흘려주면서 핵 화학 반응을 진행시키는 단계, ⅲ좌측 상단에 마련된 용수 주입구를 통하여 물을 주입하되 열교환기 내부의 온도를 미리 설정한 온도로 유지할 수 있는 범위의 유속이 되도록 조절하여 일정한 온도범위의 스팀 또는 온수가 우측 상단의 배출구를 통하여 방출될 수 있도록 하는 단계로 구분할 수 있으며, 이때 배출구를 통한 온수 또는 스팀은 그 일부를 취해 제 2단계에서 필요로 하는 원료로 사용할 수 있다.

본 발명으로 인하여 지구상에 가장 흔하게 존재하는 질소와 물을 원료로 하여 극미량의 CO2를 2차 폐기물로 발생하는 청정에너지를 제조할 수 있게 되었으며, 이에 따라 화석연료 사용에 따른 온실효과 및 핵연료 사용에 따른 방사성폐기물 문제뿐만 아니라 전 세계 인류가 당면하고 있는 에너지 자원의 고갈 위협으로부터 벗어날 수 있게 되었다.

Claims (3)

1. 핵융합 반응에 의한 에너지 제조 방법에 있어서,

   수증기와 질소 또는 수증기와 공기를 원료물질로 사용하고 '루이스산'을 촉매로 하여 '중온의 온도'에서 핵 반응을 시키는 것을 특징으로 하는, 핵융합 반응에 의한 에너지 제조 방법
2. 제1항의 '루이스산'에 있어서, Ag, Al, Au, B, Ba, Be, Ca, Cd, Ce, Co, Cr, Cs, Cu, Fe, Ga, Ge, Hg, In, Ir, La, Mg, Mn, Ni, Os, Pb, Pd, Pt, Ru, Sb, Sc, Si, Sn, Sr, Te, Th, Ti, Tl, V, Zn 및 Zr 중의 하나 이상을 주원료로 한 금속 또는 화합물 형태의 루이스산을 사용하는 것을 특징으로 하는, 핵융합 반응에 의한 에너지 제조 방법
3. 제1항의 '중온의 온도'에 있어서, 반응온도가 100℃ 내지 1,500℃인 것을 특징으로 하는, 핵융합 반응에 의한 에너지 제조 방법

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