KR20220162266A - 레이저 필라멘테이션 현상을 이용한 수소 생산 장치 및 방법 - Google Patents
레이저 필라멘테이션 현상을 이용한 수소 생산 장치 및 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 레이저 필라멘테이션 현상을 이용하여 수소를 발생시키는 방법과 장치에 관한 것이다. 수소 원소가 포함된 매질로서 액화천연가스(LNG) 또는 고압의 메탄가스, 또는 물, 또는 암모니아에 펨토초 또는 피코초 고출력 가우시안 레이저 빔을 집속시키면 집속면에 비선형 흡수(nonlinear absorption) 현상 및 다중광자이온화(multiphoton ionization)에 의하여 고에너지 고밀도의 플라즈마가 발생한다. 펄스형 가우시안 레이저 빔은 자발적집속(self-focusing)과정과 자발적 분산(defocusing)과정을 교대로 스스로 유도하면서 에너지를 잃지 않고 매질을 장거리까지 진행하는 레이저필라멘테이션 현상을 유지한다. 레이저필라멘테이션 현상이 진행되는 매질(액화천연가스(LNG), 메탄가스, 또는 물, 또는 암모니아 등)은 장거리 플라즈마 연속체로서 매질을 이온화하여 대량으로 효율적인 수소를 발생시키는 장치 및 방법을 본 발명의 특징으로 한다.
Description
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발명의 기술적 범위
본 발명은 수소 연료전지 등 수소를 필요로 하는 산업용 수소 발생기술로서, 팔스 폭이 펨토초 또는 피고초 펄스 고출력 레이저빔을 액화천연가스 또는 고압의 메탄가스, 또는 암모니아, 또는 물에 집속할 때 발생하는 펄스 고출력레이저를 이용한 레이저필라멘테이션 현상을 이용하여 매질로부터 고효율 대량으로 수소를 획득하는 장치 및 방법에 관한 기술이다.
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본 발명은 대용량 고효율 수소발생 방법과 장치에 대한 기술로서 향후 도래할 탄소중립화 시대를 넘어 탄소 발생 제로의 시대를 여는데 중심적인 장치 및 방법이 될 수 있다. 1018W/cm2 이상의 펄스형 고출력 레이저에 의한 필라멘테이션 현상은 액체 또는 고압의 기체 매질에서 수백 미터까지 에너지를 잃지 않고 진행하는 현상으로서 그 진행 영역은 모두 플라즈마 연속체이다. 이 플라즈마 연속체의 하나, 하나는 매질 분해가 가능한 고에너지 전자 및 고에너지 양성자등으로 구성되었고, 또한 상대론적 충격파가 발생하여 플라즈마의 영역을 확대되는 단일한 고에너지 고밀도 플라즈마의 단위체이다. 이 단위체가 시간에 진행함에 따라 연속적인 분포를 보이게 된 현상이 레이저 필라멘테이션 현상이다. 이는 에너지를 보존하면서 자발적 집속과 자발적 분산 과정을 반복하는 비선형 레이저-매질 상호작용의 결과이다. 플라즈마 영역은 수소발생의 원천이므로 레이저 필라멘테이션을 매질 내에서 골고루 형성하는 스캔방식이 효과적이다. 매질 전체에 걸쳐 균질의 플라즈마를 형성하면 대규모 고효율의 수소생산이 가능하여 수소경제에 필요한 기반구축 기술이 될 것이다.
도 2는, 본 발명의 레이저 필라멘테이션으로 액화천연가스(또는 고압의 메탄가스)을 분해하여 수소를 얻는 개념도이다.
도 3은, 본 발명의 레이저 필라멘테이션으로 물을 분해하여 수소를 발생하는 개념도이다.
도 4, 도 5는, 본 발명의 레이저 필라멘테이션을 일으키는 레이저 집속 장치의 개념도이다.
도 6, 도 7은, 본 발명의 레이저 필라멘테이션에 의한 플라즈마 상태의 개념도이다.
도 8, 도 9는, 본 발명의 레이저 필라멘테이션 스캐닝 방법의 개념도이다.
도 10, 도 11은 본 발명의 스캐닝 레이저 필라멘테이션의 개념도이다.
도 12는 본 발명의 레이저 필라멘테이션으로 암모니아를 분해하여 수소를 발생하는 개념도이다.
카워드 : 레이저 필라멘테이션(laser filamentation), 상대론적 레이저 필라멘테이션(relativistic laser filamentation), 레이저 플라즈마(laser plasma), 수소개질(hydrogen refoming)
도 3은, 본 발명의 레이저 필라멘테이션으로 물을 분해하여 수소를 발생하는 개념도이다.
도 4, 도 5는, 본 발명의 레이저 필라멘테이션을 일으키는 레이저 집속 장치의 개념도이다.
도 6, 도 7은, 본 발명의 레이저 필라멘테이션에 의한 플라즈마 상태의 개념도이다.
도 8, 도 9는, 본 발명의 레이저 필라멘테이션 스캐닝 방법의 개념도이다.
도 10, 도 11은 본 발명의 스캐닝 레이저 필라멘테이션의 개념도이다.
도 12는 본 발명의 레이저 필라멘테이션으로 암모니아를 분해하여 수소를 발생하는 개념도이다.
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발명의 상세한 설명
도1은 일반적으로 펄스폭이 펨토초, 피코초 레이저 빔이 물질에 집속될 때 일어나는 이온화(ionization) 현상의 종류(양태)에 관한 것이다. 도 1(a)는 물질에 입사되는 수 개의 광자가 동시에 하나의 전자에 흡수될 때 일어나는 다광자(multiphoton) 이온화 과정에 대한 개념도이다. 도 1(b)는 물질 속의 전자가 레이저 광자의 에너지를 받아 고에너지 전자가 되어 물질의 에너지 장벽(energy barrier)을 통과하는 것에 대한 개념도이다. 도 1(c)는 레이저 광자가 물질 속의 전자에 에너지가 인가되고 에너지를 받은 전자가 고에너지 전자가 되어 주변의 다른 전자에 충돌하여 다수의 전자가 발생하는 전자사태(avalanche breakdown)에 대한 개념도이다. 도 1은 고에너지 레이저 빔이 액화천연가스(LNG) 또는 물에 집속될 때 일어날 수 있는 현상을 나타낸 것으로 세 가지 현상이 동시에 일어나는 것으로 생각할 수 있다.
도 1의 (d)~ (f)에서 레이저필라멘테이션 현상을 설명하고자 한다. 일반적으로 레이저 빔이 매질에 집속되고 매질을 이온화하더라도 자발적집속(self-focusing)현상이 존재하지 않으면 레이저 진행방향으로 이온화 현상이 확장되지 못하여 레이저 빔은 오래 진행하지 못하고 퍼지게 된다. 자발적 집속(또는 셀프-포커싱, self-focusing) 현상은 펨토초 펄스 고출력 레이저에서 일어나는 현상으로서 광학적 커효과(optical Kerr effect)로 알려진 3차 비선형 광학적 현상이다. 이 때 매질의 굴절율은 ni=n0 + n2I(r,t)로 알려져 있다. n0는 매질의 선형 굴절율, n2는 비선형굴절율이며 단위는 cm2/W이다. I(r,t)는 레이저 빔의 세기(intensity)이다. r은 레이저 빔의 반경이며, t는 시간이다. 일반적으로 레이저 빔의 세기(intensity)가 충분하지 않으면 자연적인 회절현상(diffraction)에 의해 빔이 진행하는 거리가 증가함에 따라 퍼지는 현상(spreading)현상에 의해 레이저 빔의 세기가 약해진다. 그러나 레이저빔의 세기가 임계에너지(critical power) 이상으로 충분하면 비선형 굴절(n2)현상이 발생하여 자연적 회절한계를 극복하고 레이저 빔이 퍼지지 않고 진행방향으로 매질을 이온화하면서 진행할 수 있다.
임계에너지는
로 쓰여진다. 만일 매질이 물(H2O)일 때, n0는 1.33, n2는 4.1 x 10-16cm2/W이다. 입사하는 레이저빔이 티타늄사파이어(Ti:sapphire) 레이저일 경우 파장(λ0)은 800nm이다. 이러한 조건에서 물속에서 레이저 빔이 물성분을 이온화하면서 진행할 임계에너지는 ~ 1.5 x 106W 의 에너지이다, 액화천연가스의 경우는 물과 유사한 문턱에너지를 갖는다. 도 1의(d)~ (f)와 같이 레이저 빔의 세기의 공간적 분포가 가우시안(Gaussian) 분포를 갖으면서 매질에 입사되면 빔의 중심축에 광자(photon)의 밀도가 높고 주변부에서는 광자의 밀도가 낮다. 따라서 레이저 빔의 중심축 부분은 매우 많은 광자에 의해 다광자 이온화(multiphoton ionization) 현상으로 전자(electron)밀도가 높다. 중심축의 높은 전자밀도는 물질의 전기감수율(electrical susceptibility)를 더 낮게 됨으로써 중심축의 굴절율은 주변부보다 상대적으로 주변의 굴절율이 커짐으로서 중심축의 빛의 속도가 주변부보다 상대적으로 느려지는 현상으로 빛의 자발적 집속을 설명할 수 있다. 중심축의 직경은 50~ 100um정도, 레이저 빔의 세기는 1018W/cm2에서 주변부의 직경은 수 mm정도로 확대될 수 있으며 주변부의 레이저빔의 세기는 1012~1014W/cm2이다. 광축의 주변부는 전체 에너지를 유지하는데 필요한 에너지 보관소(reservoir) 역할을 하며 중심부의 안정성에 중요한 역할을 한다. 1018W/cm2 이상의 펄스 레이저 빔의 중심부에서는 매질은 매우 급격한 이온화(ionization) 현상을 일으킨다. 예로서 고압(high pressure)의 메탄가스는 펄스 레이저에 의해 1)상대론적 자발적 집속(relativistic self-focusing) 및 2) 이온화에 의한 굴절율 변화, 3)회절(diffraction)의 3 가지 현상이 동시에 일어난다. 펄스 레이저 빔은 중심축 부분에서 매우 강력한 빛의 세기를 보여주며 주변으로 갈수록 세기가 약해지는 전형적인 가우시안(Gaussian) 분포를 가짐으로 공간적으로 매질의 이온화 정도도 달라진다. 즉, 레이저빔의 진행방향에 수직한 공간 에너지 분포에 의해 이온화에 의한 전자밀도 분포의 차이 또한 가우시안 분포를 갖는다. 이러한 이온화 전자밀도 차이에 의해서 레이저 빔은 자발적으로 집속하고 음의 굴절율(negative refration index)에 의한 자발적으로 회절 또는 분산(diffraction)되어 퍼지게 된다. 1018W/cm2 이상의 펄스 레이저 빔의 중심축 부위에서는 이온화에 의해 발생한 전자들이 고에너지 상태가 되어 자체 질량이 무거워 지는 상대론적 질량만큼 증가하게 된다. 플라즈마 중의 전자의 상대론적 질량 증가는 플라즈마 진동수의 감소를 유도하며 자발적 집속현상을 유도하며, 중심축 부분의 전자밀도는 음의 굴절율을 유도하여 레이저빔을 분산시킨다. 레이저필라멘테이션 현상은 자발적 집속현상과 자발적 분산현상의 상호 피이드백효 과에 의해 발생한다.
자발적 집속현상의 비선형 효과는 두 개의 메커니즘에서 작동된다. 먼저 상대론적 현상으로 자발적집속 현상을 설명한다. 1018W/cm2 이상의 펄스 레이저 빔은 전자를 상대론적 속도까지 가속할 수 있다. 상대론적 효과에 의해 전자의 질량(m)이 증가하면 플라즈마 진동수(plasma frequency) ωp,
가 되어 플라즈마 진동수가 감소한다. 따라서, 유전율(ε)이 아래 식과 같이 ωp가 감소하므로 유전율은 증가한다.
따라서 굴절율(n)은 아래식과 같이 쓰여지므로 증가한다.
굴절율(n)이 증가하면 빛의 속도(c)가 아래식과 같이 감소한다.
가우시안 분포를 갖는 펄스 레이저 빔에서는 빔의 중심축 부분은 레이저 빔이 매질에 가하는 에너지가 크므로 레이저 빔의 전기장에 의해 전자의 속도가 거의 빛에 속도에 이를 수 있으므로 전자는 상대론적 질량을 얻는다. 레이저에 의해 플라즈마화한 매질은 플라즈마 진동수가 감소하고, 플라즈마 진동수가 감소하면 플라즈마의 유전율이 증가한다. 유전율이 증가하면 굴절율이 증가하고, 굴절율이 증가하면 빛의 속도가 감소한다.
래이저 빔의 주변부에서는 중심축 부분과 반대로 상대적인 플라즈마 상태를 보인다. 주변부의 빛의 속도가 중심축 부분 보다 빠르므로 빛은 중심축 부분으로 굴절하여 레이저 빔의 크기는 작아지는 자발적 집속현상(self-focusing)을 보인다.
두 번째, 폰데르모티브의 힘(pondermotive force) 현상으로 자발적집속현상을 설명한다. 폰데르모티브의 힘은 고출력 펄스레이저 빔이 매질에 인가되어 매질의 이온화에 의해 발생되는 전자 중심축에서 주변부로 밀어내는 힘이다. 중심축 부분에서 밀려 나간 전자가 주변부로 모이게 되면 중심부의 플라즈마 진동수(ωp)는 아래 식에 의해 감소한다.
중심축의 플라즈마 진동수가 감소하면, 굴절율이 증가하고 빛의 속도가 감소하며 결국 주변부와의 빛의 속도차이에 의해 레이저 빔은 결국 자발적 집속현상이 발생한다. 즉, 자발적 짐속현상은 상대론적 질량증가 현상과 폰데르모티브 힘의 현상으로 설명이 가능하다.
자발적 분산(회절) 현상은 아래와 같은 메커니즘으로 발생한다. 펄스 고출력 레이저 빔이 매질에 집속될 때 매질의 성분이 이온화(photoionization)되면서 1016/cm2 이상의 전자밀도(플라즈마 밀도)가 발생하고 이 전자밀도는 레이저 빔의 진행에 음의 굴절율(negative refractive index)로 작용하여 레이저 빔은 분산(defocusing)되게 된다. 분산된 레이저 빔은 상기 설명한 자발적 집속현상을 다시 일으키면서 진행하게 되고 레이저 빔은 1016/cm2 이상의 전자밀도를 가진 플라즈마 영역을 형성하면서 진행방향의 뒤 부분에 남기게 된다. 자발적 집속(self-focusing)과 자발적 분산이 서로 균형을 맞추면서 레이저 빔은 장거리까지 진행가능한 필라멘테이션을 형성하며 필라멘테이션은 플라즈마 연속체이다. 프라즈마 연속체는 매질을 분해하여 수소를 발생시킬 수 있음을 이용하는 것이 본 발병의 핵심이다.
도 2는 본 발명의 수소발생용 레이저 필라멘테이션을 구현하기 위한 장치의 구성에 관한 것이다. 액화천연가스(LNG) 또는 액화천연가스가 기화된 고압의 가스상태(고압의 메탄(CH4) 가스)를 담기 위한 용기(20), 용기의 상부에 위치하고 레이저 에너지에 의해 분해된 가스 중 수소원자(H) 또는 수소분자(H2) 만을 통과시키고 그보다 더 큰 분자들은 통과시키지 못하는 기체 필터영역(21), LNG 또는 고압의 메탄가스를 분해하기 위한 에너지 공급 목적의 펨토초 또는 피코초 펄스 고출력 레이저시스템(22), 레이저 시스템에서 발진된 레이저빔(23), 레이저 출력을 높이기 위한 집속렌즈(24), LNG 또는 고압의 메탄가스 통에 레이저 빔을 입사하기 위해 부착된 입사창(25) 및 레이저시스템을 작동시키기 위한 제어 컴퓨터로 본 발명은 구성된다.
도 2의 고출력 레이저 빔(22)이 반사경과 집속렌즈(24)에서 입사창(25)를 통과하여 매질에 집속되면 레이저필라멘테이션 영역(26)에서의 플라즈마 영역이 레이저 진행방향으로 연속적으로 발생한다.
다시 자발적 집속현상과 자발적 분산 이론을 설명한다. 1018W/cm2 이상의 펄스 고출력레이저 빔이 매질(액화천연가스 또는 고압의 메탄가스)에 집속되면 레이저 빔의 광축부분에서 다광자 광이온화(multiphoton ionization)현상에 의해 발생한 전자들이 상대론적 속도까지 가속되면 전자들은 상대론적 질량증가(m)에 의해 무거워진다. 이때 플라즈마 진동수는 아래 식에 의해 감소한다.
플라즈마 진동수가 감소하면, 아래 식에 의해
매질의 유전율ε이 증가하게 되고, 아래식에 의해
레이저 광축부분의 굴절율이 증가하게 되고, 아래식에 의해
레이저 빔의 광축 부분의 빛의 속도가 감소하게 된다. 광축이 아닌 주변부분의 빛의 속도가 상대적으로 빠르므로 레이저 빔은 자발적으로 집속(self-focusing)되는 현상을 보여주게 된다. 자발적집속 현상 발생 이후, 자발적 분산(회절) 현상은 아래와 같은 메커니즘으로 발생한다. 펄스 고출력 레이저 빔이 매질에 집속될 때 매질의 성분이 이온화(photoionization)되면서 1016/cm2 이상의 전자밀도(플라즈마 밀도)가 발생하고 이 전자밀도는 레이저 빔의 진행에 음의 굴절율(negative refractive index)로 작용하여 레이저 빔은 분산(defocusing)되게 된다.
분산된 레이저 빔은 상기 설명한 자발적 집속현상을 다시 일으키면서 진행하게 되고 레이저 빔은 1016/cm2 이상의 전자밀도를 반복적으로 형성하면서 진행방향의 뒤 부분에 플라즈마를 남기게 된다. 자발적 집속(self-focusing, (28-1))과 자발적 분산(28-2)이 서로 균형을 맞추면서 레이저 빔은 장거리까지 진행할 수 있다. 최근 1km 까지 진행하는 필라멘테이션 현상이 발견되기도 했다. 수 미터 ~ 수십 미터의 매질에 필라멘테이션 현상이 가능하다면 무수히 존재하는 플라즈마 영역에서의 수소발생을 기대해 볼 수 있어 대량, 고효율의 수소발생 기술이 될 수 있음을 본 발명은 주장한다.
플라즈마 영역은 도 2와 같이 매질이 액화천연가스 혹은 고압의 메탄가스라면 레이저 빔의 자발적 집속(self-focusing)의해 플라즈마 영역(27)이 형성되어 CH4이 분해된 탄화수소 CnHm(CH3, CH2, C2H2, C2H4), 및 수소성분으로 H, H2 와 탄소만의 결합으로 구성된 검은 비결정성 카본블랙([C]n), 그리고 고에너지를 갖는 고밀도 전자(e)와 고에너지 양성자(p) 등의 입자 성분이 존재할 수 있다. 플라즈마 영역은 CnHm 및 수소성분, 고에너지 전자 및 양성자들이 모두 에너지를 가진 입자들이므로 상당한 시간동안 기포(29-1, 29-2)상태로 존재할 수 있으며 매질인 액화천연가스 보다 보다 가벼우므로 매질 용기 상부의 기체필터(21) 부분까지 떠오를 수 있다. 떠오른 기포는 터지면서 CnHm 성분은 필터에서 걸러지고 수소원자(H)와 수소분자(H2)만 필터를 통과하여 수소저장탱크로 이송된다. CnHm 성분들은 다시 용기 중심부로 돌아와 펄스 레이저빔에 노출되어 저 작은 분자로 분해되면서 수소를 내놓는다. 최종적으로 매질은 탄소-탄소의 사슬이 연속되어 탄소클러스터(carbon cluster)가 생성되고 더시 클러스터들이 뭉처서 카본블랙이 형성되면 그 중량에 의해 용기 바닥으로 떨어져 쌓일 것이다.
매질이 고압의 메탄(CH4)가스라면 플라즈마 영역의 성분은 매질이 액화천연가스와 같겠지만 플라즈마 성분의 밀도는 달라질 것이며 기포 대신 기화된 가스 상태로 기체필터(21)에 도달되어 걸러질 성분인 CnHm (29-2)과 투과될 성분인 H와 H2(29-1)으로 나뉠 것이다. 기체필터에서 걸러져서 다시 매질로 돌아온 CnHm은 다시 펄스 고출력 레이저빔을 흡수하여 수소원자와의 결합이 완전히 끊어질 때 까지 기체필터를 통과하지 못하고 다시 매질로 돌아오는 과정을 반복할 것이다.
고에너지 전자(e)와 고에너지 양성자(p)는 펄스 고출력레이저 빔이 메탄분자(CH4)를 분해하는 과정에서 발생했으나 매우 큰 에너지를 가지고 있으므로 플라즈마 영역 내에서 메탄분자를 이온화하는데 큰 기여를 한다, 특히, 전자는 펄스 레이저빔의 매우 큰 전기장에 의해 거의 빛의 속도로 가속되어 플라즈마 주파수(ωp)가 감소하게 된다. 플라즈마 주파수가 감소하면 유전율(ε)이 증가하고 결국 광축부위의 빛의 속도가 감소하게 되고 결국 자발적 집속현상(self-focusing)을 일으키는데 도움이 된다. 따라서 펄스 고출력레이저 빔이 자발적으로 집속된 영역은 자발적 분산 영역과 교대로 반복적으로 나타나는 필라멘테이션 현상을 일으키며 매질 전 영역에 플라즈마를 확대할 수도 있다.
카본블랙([C]n)은 펄스 고출력레이저 빔이 매질인 액화천연가스 또는 고압의 메탄가스에 자발적 집속현상이 발생할 때 메탄분자가 완전히 수소원자 4개를 잃은 후 다수의 탄소-탄소(C-C) 결합으로 뭉쳐진 탄소입자의 응집체인 카본클러스터를 형성하고 더욱 크게 성장하면 카본블랙을 형성하여 중량에 의해 용기 바닥으로 낙하할 수 있다. 카본블랙은 타이어, 잉크 재료 등 산업용 폴리머 재료로 널리 사용될 수 있어 수소발생 외 본 발명의 산업적 가치를 추가할 수 있다.
도 2의 매질 저장용기의 크기(L)는 레이저 필라멘테이션이 진행하는 거리만큼 길어질 수 있다. 레이저 필라멘테이션 영역은 플라즈마 상태의 공간이므로 그 플라즈마 영역의 길이는 레이저 필라멘테이션의 길이와 같다. 레이저 필라멘테이션의 길이는 레이저 필라멘테이션을 일으키는 조건에 따라 달라질 수 있으므로 수 밀리미터(mm)에서 수백 미터(M)에 이를 수 있으므로 매질용기의 길이도 수백 미터(M)로 제조할 수 있으므로 대규모 수소생산 기지로서 매우 경제적인 수소 생산 방법이 될 수 있다.
본 발명의 일 예로서, 도 3은 본 발명의 수소발생용 레이저 필라멘테이션을 구현하기 위한 장치의 구성도이다. 매질이 물(H2O)인 경우로서 본 발명의 구성은 물을 함유한 용기(30), 수소를 통과시키고 산소원자 또는 산소 분자는 걸러내는 기체필터(31), 펄스 고출력 레이저 시스템(32), 레이저 빔을 반사시키는 반사경(33) 및 집속렌즈 등으로 구성된다.
본 발명의 기능을 설명한다. 도 2에서 레이저 필라멘테이션 이론을 설명하였다. 도 3이 도 2와 다른 것은 매질이 물((H2O)이므로 용기의 상층부에 위치한 기체 필터의 기능만 다를 것이다. 도 2의 기체 필터는 수소원자 및 수소분자만 통과시키고 CnHm 성분과 카본블랙은 걸러내었다. 도 3의 필터는 수소원자 및 수소분자는 통과시키고 산소원자 및 산소분자는 걸러내는 기체필터를 적용한 것이 다를 뿐이다. 1018W/cm2 이상의 펄스 레이저 빔이 매질((H2O)에 집속되면 레이저 빔의 광축부분에서 다광자 광이온화(multiphoton ionization)현상에 의해 발생한 전자들이 상대론적 속도까지 가속되면 전자들은 상대론적 질량증가(m)에 의해 무거워진다. 이때 광축부분의 플라즈마 진동수가 감소하고 유전율이 증가하면 광축부분의 굴절율이 증가하여 빛의 속도가 감소하고, 주변부의 빛의 속도가 강대적으로 빠르므로 자발적집속현상이 발생하는 이론은 도 2에서 설명한 바와 같다. 자발적 집속현상에 뒤따르는 플라즈마 영역에서 폭등한 전자밀도가 갖는 음의 굴절율에 의해 빛의 분산되는 효과에 의한 자발적 분산 현상의 이론도 도 2와 같다. 다만 매질이 액화천연가스(고압의 매탄가스)에서 물의 차이를 뿐이로서 레이저 필라멘테이션을 일으키는 레이저 세기 등 주요 파라미터의 조절이 다를 뿐이다.
도 3의 레이저 필라멘테이션 영역(34)를 자세히 설명한다. 자발적집속이 일어나면 광축부분에서 다광자광이온화 현상에 의해 플라즈마 영역(35)의 성분은 물분자의 분해에 따르는 성분들로 수소원자, 수소분자 및 전자, 양성자로 구성된다. 플라즈마 영역의 고밀도 전자는 음의 굴절율을 가지므로 레이저 빔은 다시 분산(36)되어 퍼지게 되고, 퍼진 레이저 빔은 다시 자발적으로 집속되고, 다시 자발적 분산 현상을 반복하는 필라멘테이션 현상(34)을 일으키게 된다. 레이저 빔이 집속과 분산을 반복하면서 집속구간은 플라즈마상태를 남겨 놓으면서 진행하므로 플라즈마 구간에서의 수소발생을 효과적으로 가능하게 한다. 즉, 매질의 길이만큼 플라즈마 영역이 확대되므로 매우 효과적인 대용량 고효율 수소발생을 기대할 수 있다.
고에너지 전자(e)와 고에너지 양성자(p)는 펄스 고출력레이저 빔이 물분자(H2O)를 분해하는 과정에서 발생했으나 매우 큰 에너지를 가지고 있으므로 플라즈마 영역 내에서 물분자를 이온화하는데 큰 기여를 한다, 특히, 전자는 펄스 레이저빔의 매우 큰 전기장에 의해 거의 빛의 속도로 가속되어 플라즈마 주파수가 감소하게 된다. 플라즈마 주파수가 감소하면 유전율이 증가하고 결국 광축부위의 빛의 속도가 감소하게 되고 결국 자발적 집속현상을 일으키는데 도움이 된다. 플라즈마 영역의 수소원자, 수소분자, 산소분자, 수산이온(OH-), 산소이온(O-, O+)들은 고에너지 상태이므로 매질 속에서 기포상태로 상당한 시간동안 유지될 수 있다. 상기 수소와 산소, 수산이온을 포함하는 기포는 용기 상층부로 상승하여 기체필터(31)에서 터지면서 수소가스(37)는 필터를 통과하여 저장탱크로 이송되고, 산소가스(38)는 기체필터를 통과하지 못한다. 수산이온 가스도 필터를 통과하지 못하고 다시 매질로 귀환하여 레이저-매질 상호작용에 의해 분해된다.
도 4는 본 발명의 수소발생용 레이저 필라멘테이션을 구현하기 위한 펄스 레이저 집속장치에 관한 것이다. 펄스 고출력레이저로부터 발진된 레이저 빔(40)은 오프-엑시스(off-axis) 집속용 거울(41)로 진입하게 된다. 오프-엑시스 거울은 포물선의 법선에 수직으로 들어오는 모든 광선(40)의 반사는 포물선의 꼭지점(43)에 모이는 거울로서 평행하게 입사하는 레이저 광(40)을 하나의 촛점(43)에 일치시켜 에너지를 극대화하는 거울이다. 초점에서 모인 광자들은 매질에 다광자광이온화(mutiphoton ionization) 현상에 의해 전자사태(avalanche breakdown)가 일어나 고밀도 전자밀도에 의한 플라즈마 영역을 형성한다. 1018W/cm2 이상의 펄스 고출력레이저 빔이 매질(액화천연가스 또는 고압의 메탄가스)에 집속되면 초점에서 발생하는 전자밀도가 1016W/cm2 이상이 발생한다. 각 전자들은 펄스 고출력레이저빔에 의해 거의 빛의 속도로 가속되어 각 전자들은 상대론적 질량(relativistic mass)를 얻게 되어 무거워진 전자들은 플라즈마 진동수가 감소한다(도 4의 식1).
플라즈마 진동수가 감소하면 매질의 유전율이 증가하고(식 2), 유전율이 증가하면 굴절율이 증가하고(식 3) 굴절율이 증가하면 빛의 속도가 감소한다(식4). 광축부분의 빛의 속도가 광축주변부 보다 느리므로 결국 주변부의 빛은 광축부분으로 휘어져 집속하게 되어 자발적 집속현상으로 귀결된다.
또한, 광축부분에서 발생한 고밀도 전자들은 음의 굴절율로 작용하여 레이저빔을 광축 밖으로 휘어지게 하는 자발적 분산 효과를 만들어 낸다. 자발적 집속과 자발적 분산은 레이저 필라멘테이션(44) 현상을 일으키는 데 중요한 기작으로서 서로 에너지적 균형(balance)을 유지하고 있다. 도 4에서 매질이 액화천연가스 또는 고압의 메탄가스인 경우의 레이저 필라멘테이션 영역의 플라즈마 구성 성분(47)을 상세히 표현하였다. 도 1에서 설명한 바와 같이 CH4이 분해된 탄화수소 CnHm(CH3, CH2, C2H2, C2H4 등), 및 수소성분으로서 H, H2 및 탄소만의 결합으로 구성된 검은 비결정성 카본블랙([C]n), 그리고 고에너지를 갖는 고밀도 전자(e)와 고에너지 양성자(p) 등의 입자 성분이 존재할 수 있다. 각 성분들은 고에너지 상태이므로 매질 속에서 기포상태로 상당한 시간동안 유지될 수 있다. 매질에서 떠오른 기포들은 용기의 상층부의 기체필터로 이동할 수 있다.
도 5는 본 발명의 수소발생을 위한 매질이 물인 경우의 레이저 필라멘테이션(53) 현상을 나타낸 것이다. 초점(52)에서 발생한 플라즈마 영역(56)을 상세히 표현하였다. 플라즈마 영역은 수소원자, 수소분자, 산소분자, 수산이온(OH-), 산소이온(O-, O+)들을 포함할 수 있고, 고밀도 전자 및 양성자가 포함될 수 있다. 고밀도 전자들은 음의 굴절율을 가짐으로서 자발적 분사의 요인이 되기도 하고 상대론적 질량증가에 의해 플라즈마주파수 감소에 의한 자발적 집속의 요인이 되기도 한다. 각 성분들은 고에너지 상태이므로 매질 속에서 기포상태로 상당한 시간동안 유지될 수 있다. 매질에서 떠오른 기포들은 용기의 상층부의 기체필터로 이동할 수 있다. 도 5의 매질인 물은 레이저 필라멘테이션에 의해 도 4의 경우에서의 카본블랙을 형성하지는 않는다. 물은 탄소성분이 없기 때문이다.
도 6은 본 발명의 액화천연가스 또는 고압의 메탄가스에서 수소를 발생시키기 위한 펄스 레이저 필라멘테이션 현상에 있어서 필라멘테이션을 이루는 플라즈마 영역을 상세히 기술한 것이다. 펄스 레이저빔(60)이 액화천연가스 또는 고압의 메탄가스에 집속될 때 발생하는 필라멘테이션(61)은 수십 um ~ 수 mm의 두께를 갖는 플라즈마 영역(62)의 연속체이다. 에너지 밀도가 1018~1021W/cm2 에 이르는 고출력 펄스 레이저 빔이 매질에 집속되면 상대론적 충격파(relativistic shockwave)를 동반하는데 충격파의 원점(63)에서 발생한 충격파는 피코초(10-12sec.) 내에서 전파(64, 65)해 나가면서 주변의 메탄 분자들을 분해하여 다양한 종류의 CnHm 가스 및 수소가스를 생산하게 된다. 동시에 전자들은 레이저 빔에 의해 고에너지 전자가 되어 주변 가스들을 분해하게 된다. 또한 수소원자로부터 전자를 떼어 내어 양성자를 발생시킬 수도 있다. 분해된 가스들의 덩어리(62)들은 기포가 되어 주변의 액화천연가스의 내부에서 떠오르면서 용기 상부의 기체필터 다다르게 된다.
또한 플라즈마 영역에서는 CnHm 가스가 완전히 분해되어 탄소원자들의 결합에 의한 카본블랙([C]n)이 생산되어 그 무게에 의해 용기 하부에 쌓이게 된다.
도 7은 본 발명의 물(H2O)을 매질로 하여 수소를 발생시키기 위한 펄스 레이저 필라멘테이션 현상에 있어서 필라멘테이션을 이루는 플라즈마 영역을 상세히 기술한 것이다. 수중의 필라멘테이션(70)의 일부(71)는 수 많은 플라즈마 영역(72)의 연속체이다. 레이저 빔의 집속에 의한 1018~1021W/cm2 에 이르는 고출력 펄스 레이저 빔에 의한 상대론적 충격파(relativistic shockwave)의 성장(73, 74, 75)를 동반하면서 물을 수소와 산소로 분해하게 된다. 고에너지 전자들은 주변의 물분자들을 수소와 산소로 분해하거나 수소원자로부터 전자을 떼어 내어 양성자를 발생시킬 수도 있다. 양성자는 주변의 전자와 결합하여 수소원자 및 분자를 생성할 수도 있다. 분해된 산소가스와 수소가스의 혼합물, 수산이온(OH) 및 양성자(72)는 기포가 되어 수중에서 떠오르면서 용기 상부의 기체필터 다다르게 되고 수소가스만 필터를 통해 빠져나가소 수소저장용기로 이송된다.
도 8는 본 발명의, 매질에서 필라멘테이션 현상을 효과적으로 발생시켜 수소 발생 효율을 높힐 수 있는 펄스 레이저 빔 스캔 방법을 나타낸 것이다. 최초 레이저 빔(80)이 오프-엑시스 거울(81)에서 집속된 레이저 빔(82)이 매질에서 필라멘테이션(83)을 최초로 형성시키고, 이후 일정하고 미소한 각도로 회전(87)시킨 오프-엑시스 거울(85)에 입사한 레이저 빔(84)는 일정한 각도로 회전된 오프-엑시스 거울(85)에 의해 집속(86)되고, 매질에서 새로운 필라멘테이션(88)를 형성한다. 필라멘테이션은 매우 많은 수의 플라즈마 영역의 연속체(88)이고 이 플라즈마 영역은 수소기체 발생의 원천이 된다.
도 9는 도 8에서 일정하고 미소한 각도로 회전시킨 오프-엑시스 거울을 다시 일정하고 미소한 각도(94)로 회전시킨 거울(91)에서 집속된 레이저 빔(92)에 의해 형성된 필라멘테이션(93)을 나타낸 것이다. 예로서, 펄스 레이저빔의 반복율(repetation rate, Hz)이 100Hz인 경우 오프-엑시스 거울을 1초에 100번의 미소 각도들을 회전시키면 1초에 100개의 필라멘테이션을 얻을 수 있다. 다른 예로서, 펄스 레이저 빔의 반복율이 1 KHz 경우, 오프-엑시스 거울의 초당 회전 각도의 수가 100개 라면 하나의 각도 당 10개의 필라멘테이션이 발생시킬 수 있다. 즉, 도 8의 필라멘테이션(83)은 초당 10개가 동일한 위치에서 생성될 수 있다. 도 8의 오프-엑시스 거울이 일정하고 미소한 각도(87)로 회전된 후 생성된 필라멘티에션(88)은 1초당 10개의 필라멘테이션이 동일 공간에 겹쳐진 체(overlap) 발생한다. 초당 1000번의 일정하고 미소한 각도로 회전가능한 오프-엑시스 거울이 준비되고, 펄스 레이저 빔의 반복율이 1KHz라면 미소 각도 한 번에 1개의 필라멘테이션을 매질공간에 부채살 처럼 형성할 수 있다. 이렇게 오프-엑시 스 거울의 회전 스캔 방법에 의한 부채살 처럼 일정한 각도 만큼 연속적 회전(94-->96-->97-->98-->......)으로 형성된 필라멘테이션으로 용기 내의 매질에 골고루 필라멘테이션을 형성하여 매질 내 수소발생의 균일성을 확보하여 대용량 고효율적인 수소발생 방법을 구현할 수 있다.
도 10은 본 발명의 회전스캔 필라멘테이션 방법으로 액화천연가스 또는 고압의 메탄가스 용기에서 수소를 발생시키는 방법과 구조를 나타낸 것이다. 용기(100), 기체필터(101), 펄스 레이저 빔(102), 회전형 오프-엑시스 미러(103), 필라멘테이션에 의해 분해된 수소가스(104), 기체필터를 통과하지 못하고 다시 매질로 돌아온 가스(105), 메탄분자가 필라멘테이션에 의해 분해되어 탄소결합만으로 형성되어 용기 하부에 가라앉은 카본블랙(106), 기체필터를 통과한 수소가스(107) 및 수소가스 저장용기(108)으로 본 발명은 구성된다.
도 11은 본 발명의 일예로서, 회전스캔 필라멘테이션 방법으로 물이 포함된 용기에서 수소를 발생시키는 방법과 구조를 나타낸 것이다. 용기(110), 펄스 레이저 빔(111), 회전형 오프-엑시스 미러(112), 필라멘테이션에 의해 분해된 수소가스(113), 기체필터를 통과하지 못하고 다시 매질로 돌아온 수산이온가스(114), 기체필터를 통과하지 못하고 다시 매질로 돌아온 산소가스(115), 기체필터를 통과한 수소가스(116) 및 수소가스 저장용기(117)으로 본 발명은 구성된다.
도 12는 본 발명의 일예로서 매질이 암모니아 액체인 경우의 레이저필라멘테이션 현상을 이용하여 수소기체를 획득하는 기술을 나타낸 것이다. 플라즈마 영역에서 암모니아는 NH, NH2, H, H2 등의 화학종을 형성할 수 있다. 이중 기체 필터에서 수소기체만을 통과시키고 최종적으로 질소 가스만이 남게 되고 이 질소 가스는 별도의 과정으로 산업에 이용할 수 있다.
Claims (10)
- 레이저 필라멘테이션을 이용한 수소생산 방법과 장치에 있어서,
펨토초, 또는 피코초 펄스 고출력 레이저;
액화천연가스를 포함하는 저장탱크 또는 고압의 메탄가스로 채워진 저장탱크;
상기 저장탱크의 상단에 배치된 수소만 통과시키는 기체 필터;
상기 탱크의 일면에 형성된 광 투과 창 또는 렌즈;
상기 레이저 빔을 반사시키고, 집속할 목적의 집속렌즈;
상기 고출력 레이저 빔이 집속렌즈를 통해 상기 저장탱크의 일면에 형성된 광투과장으로 입사하여 레이저 빔이 액화천연가스 또는 메탄가스 층에 비선형 현상으로 흡수되어 집속되는 것;
상기 액화천연가스 또는 메탄가스에 집속된 레이저 빔은 자발적 집속현상과 자발적 분산효과를 스스로 유도하면서 레이저 필라멘테이션 현상을 일으키며 매질로서 액화천연가스 또는 메탄가스 매질을 먼 거리까지 진행하는 플라즈마 연속체로서의 레이저 필라멘테이션 현상;
상기 자발적 집속 현상은 가우시안 레이저 빔의 중심축에서 발생한 플라즈마 중의 전자들이 상대론적 질량을 획득하면서 플라즈마 주파수가 감소하여 결과적으로 중심축의 빛의 속도가 주변부 보다 상대적으로 늦어지면서 자발적 집속현상이 발생하는 것, 및 동시에 중심축의 전자밀도에 의한 음의 굴절율 현상으로 중심축의 빛이 진행방향에서 벗어나는 자발적 분산효과를 갖는 것; 및 상기 자발적 집속현상과 자발적 분산효과가 서로 에너지적 균형을 이루면서 교대로 반복적으로 발생하면서 수 십 cm ~ 수 Km까지 장거리로 진행하는 것;
상기 고출력 레이저 빔이 액화천연가스 층 또는 메탄가스 층에서 비선형 집속 현상에 이어 다중광자흡수현상을 일으키고, 고에너지 전자가 고밀도로 형성되어 상대론적 미세플라즈마 볼 형성, 미세버블현상 및 상대론적 충격파를 동반하는 것;
상기 현상들과 동반하여 고에너지 고밀도 전자들이 액화천연가스 또는 메탄가스와 반응하여 발생한 전자들이 연쇄 충돌하여 고밀도로 전자구름(electron cloud)을 발생하는 것;
상기 과정들에 동반하여 액화천연가스 또는 메탄가스가 분해되어 H, H2, H+, CH3, CH2, CH, CH3 +, CH2 + 등 CmHn 의 화학종을 형성하는 것 및 탄소결합의 카본크러스터 또는 카본블랙을 형성하는 것;
상기 화학종들 중 H 및 H2 만 상기 기체필터를 통해 배출되게 하는 펄스형 레이저 필라멘테이션 현상을 이용하는 고효율 대량 수소 획득 장치 및 방법을 본 발명의 특징으로 한다. - 청구항 1의 화학종들 중 필터층을 통과하지 못한 화학종들은 다시 액화천연가스 또는 메탄가스 층으로 돌아와 레이저 필라멘테이션에 의해 다시 분해되는 것;
상기 분해에 의해 H 또는 H2가 발생하면 청구항 1의 필터를 통해 밖으로 배출되는 것;
H 및 H2를 제외한 화학종들은 계속되는 레이저 필라멘테이션과 작용하여 최종 C와 H만 남는 것;
상기 C는 카본블랙이 형성되어 중력에 의해 가라앉는 것;
상기 H는 H 또는 H2 상태로 청구항 1의 필터를 통해 밖으로 배출되는 것 - 청구항 1의 플라즈마에 포함된 탄소이온 또는 탄소원자는 수십 ~ 수 만개의 탄소원자들이 결합된 카본클러스터 또는 카본블랙 상태로서 형성되는 것;
상기 카본크러스터들은 고출력 레이저 빔의 집속에 의해 형성된 상대론적 미세플라즈마 볼 및 미세 버블에 의해 발생된 상대론적 충격파에 의해 고속, 고에너지 상태로 액화천연가스 층에 충돌하여 각종 화학종들을 분해하여 최종적으로 고효율의 수소(H)의 생산을 쉽게 하는 것을 본 발명의 특징으로 한다. - 청구항 1의 상대론적 고밀도 전자들은 고출력 레이저 빔의 집속에 의해 형성된 미세플라즈마 볼 및 미세 버블에 의해 발생된 충격파에 의해 고속, 고에너지 상태로 액화천연가스 층에 충돌하여 각종 화학종들을 분해하여 최종적으로 수소(H)의 생산을 쉽게 하는 것을 본 발명의 특징으로 한다.
- 청구항 1의 집속렌즈는 오프-엑시스(off-axis) 미러일 수 있는 것;
오프-엑시스 미러의 기울기를 순차적으로 변화시켜 레이저 필라멘테이션의 방향이 액화천연가스 층에 골고루 진행하여 결과적으로 수소발생의 효율을 높이는 것;
상기 미러의 기울기의 변화 속도가 1~ 1KHz 로 각도의 변화를 줄 수 있는 것 ;
예로서, 고출력 레이저빔의 반복율이 1KHz이고 미러의 각도 기울기 변화속도가 100Hz이면 미러의 특정 각도에서 10번의 레이저필라멘테이션이 중첩되게하여 고효율의 수소를 발생한게 하는 방법 - 청구항 1의 펄스 레이저는 티타늄사파이어 레이저 등 펄스형 고출력 레이저
- 레이저 필라멘테이션을 이용한 수소생산 방법과 장치에 있어서,
펨토초, 또는 피코초 펄스 고출력 레이저;
불순물이 포함되지 않은 물(H2O) 저장탱크;
상기 물 저장탱크의 상단에 배치된 수소만 통과시키는 기체필터;
상기 탱크의 일면에 형성된 광 투과 창 또는 렌즈;
상기 레이저 빔을 반사시키고, 집속할 목적의 집속렌즈;
상기 고출력 레이저 빔이 집속렌즈를 통해 상기 저장탱크의 일면에 형성된 광투과장으로 입사하여 레이저 빔이 물(H2O)층에 비선형 현상으로 흡수되어 집속되는 것;
상기 물(H2O)층에 집속된 레이저 빔은 자발적 집속현상 및 자발적 분산효과를 반복함으로서 레이저 필라멘테이션 현상을 일으키며 물(H2O) 속으로 진행하는 것;
상기 자발적 집속 현상은 가우시안 레이저 빔의 중심축에서 발생한 플라즈마 중의 전자들이 상대론적 질량을 획득하면서 플라즈마 주파수가 감소하여 결과적으로 중심축의 빛의 속도가 주변부 보다 상대적으로 늦어지면서 자발적 집속현상이 발생하는 것, 및 동시에 중심축의 전자밀도에 의한 음의 굴절율 현상으로 중심축의 빛이 진행방향에서 벗어나는 자발적 분산효과를 갖는 것; 및 상기 자발적 집속현상과 자발적 분산효과가 서로 에너지적 균형을 이루면서 교대로 반복적으로 발생하면서 수 십 cm ~ 수 Km까지 장거리로 진행하는 것;
상기 레이저 필라멘테이션 영역은 레이저빔의 비선형 집속 현상에 이어 다중광자흡수현상을 일으키고, 고에너지 전자가 고밀도로 형성되어 상대론적 미세플라즈마 볼 형성, 미세버블현상 및 상대론적 충격파가 연속으로 형성되는 것;
상기 현상들과 동반하여 고에너지 고밀도 전자들이 물(H2O)과 반응하여 발생한 전자들이 연쇄 충돌하여 고밀도로 전자구름을 발생하는 것;
상기 과정들에 동반하여 물(H2O)이 분해되어 H, H2, H+, O, OH, OH- 등 각 종 화학종들이 발생하는 것;
상기 화학종들 중 H 및 H2 만 상기 필터를 통해 배출되는 대용량 고효율 수소발생 장치와 방법을 본 발명의 특징으로 한다. - 청구항 7의 화학종들 중 필터층을 통과하지 못한 화학종들은 다시 물(H2O)층으로 돌아와 레이저 필라멘테이션에 의해 다시 분해되는 것;
상기 분해에 의해 H 또는 H2가 발생하면 청구항 7의 필터를 통해 밖으로 배출되는 것;
H 및 H2를 제외한 화학종들은 계속되는 레이저 필라멘테이션과 작용하여 최종 O와 H만 남으며 H는 필터을 통해 배출되고 O는 O2 가 형성되어 저장탱크에 잔류하는 것; - 청구항 7의 고밀도 전자들은 고출력 레이저 빔의 집속에 의해 형성된 상대론적 미세플라즈마 볼 및 미세 버블에 의해 발생된 상대론적 충격파에 의해 고속, 고에너지 상태로 물(H2O)층에 충돌하여 각종 화학종들을 분해하여 최종적으로 수소(H)의 생산을 쉽게하는 것을 본 발명의 특징으로 한다.
- 레이저 필라멘테이션을 이용한 수소생산 방법과 장치에 있어서,
펨토초, 또는 피코초 펄스 고출력 레이저;
불순물이 포함되지 않은 암모니아(NH3) 저장탱크;
상기 물 저장탱크의 상단에 배치된 수소만 통과시키는 기체필터;
상기 탱크의 일면에 형성된 광 투과 창 또는 렌즈;
상기 레이저 빔을 반사시키고, 집속할 목적의 집속렌즈;
상기 고출력 레이저 빔이 집속렌즈를 통해 상기 저장탱크의 일면에 형성된 광투과장으로 입사하여 레이저 빔이 암모니아 매질에 비선형 현상으로 흡수되어 집속되는 것;
상기 암모니아에 집속된 레이저 빔은 자발적 집속현상 및 자발적 분산효과를 반복함으로서 레이저 필라멘테이션 현상을 일으키며 암모니아 속으로 진행하는 것;
상기 자발적 집속 현상은 가우시안 레이저 빔의 중심축에서 발생한 플라즈마 중의 전자들이 상대론적 질량을 획득하면서 플라즈마 주파수가 감소하여 결과적으로 중심축의 빛의 속도가 주변부 보다 상대적으로 늦어지면서 자발적 집속현상이 발생하는 것, 및 동시에 중심축의 전자밀도에 의한 음의 굴절율 현상으로 중심축의 빛이 진행방향에서 벗어나는 자발적 분산효과를 갖는 것; 및 상기 자발적 집속현상과 자발적 분산효과가 서로 에너지적 균형을 이루면서 교대로 반복적으로 발생하면서 수 십 cm ~ 수 Km까지 장거리로 진행하는 것;
상기 레이저 필라멘테이션 영역은 레이저빔의 비선형 집속 현상에 이어 다중광자흡수현상을 일으키고, 고에너지 전자가 고밀도로 형성되어 상대론적 미세플라즈마 볼 형성, 미세버블현상 및 상대론적 충격파가 연속으로 형성되는 것;
상기 현상들과 동반하여 고에너지 고밀도 전자들이 암모니아와 반응하여 발생한 전자들이 연쇄 충돌하여 고밀도로 전자구름을 발생하는 것;
상기 과정들에 동반하여 암모니아가 분해되어 NH2, NH, H, H2 등 각 종 화학종들이 발생하는 것;
상기 화학종들 중 H 및 H2 만 상기 필터를 통해 배출되는 대용량 고효율 수소발생 장치와 방법을 본 발명의 특징으로 한다.
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