적층 제조는 미래 에너지의 핵심입니다.

2022년 9월 30일 | 읽기 시간 3분

EOS의 3부작 특별판으로 구성된 애디티브 스낵 팟캐스트에서는 더 강력하고 효율적이며 지속 가능한 에너지 발전의 미래에서 적층 제조 기술이 어떤 역할을 하게 될지 살펴봅니다.

안정적인 에너지 지속 가능성을 위한 적층 제조의 개선 사항

사회적 에너지 수요가 증가함에 따라 이산화탄소(CO2) 및 기타 온실가스(GHG) 배출량이 그 어느 때보다 증가하고 있습니다. 하지만 화석 연료를 버리고 재생 에너지로 즉시 전환하는 것은 아직 실현 가능하지 않습니다. 적층 제조는 탄소 없는 미래로 나아가기 위한 혁신적인 에너지 솔루션의 개발과 배포를 가속화할 수 있는 잠재력을 지닌 기술입니다.

지속 가능한 에너지가 화석 연료를 당장 대체할 수는 없더라도, 화석 연료 의존도를 줄이고 덜 '탄소화된' 세상의 기반을 다지는 데 도움이 되는 놀라운 발전으로 가득 차 있습니다. 여기에는 최첨단 풍력 터빈과 탄소 포집 기술부터 청정 에너지인 핵융합을 활용하기 위한 노력까지 다양합니다.

에너지의 미래 팟캐스트 미니 시리즈에서는 친환경 에너지에 대한 적층 제조의 기여에 대해 열정을 가진 업계 전문가들과 이야기를 나눴습니다. 간단히 말해, 지금까지 진행한 팟캐스트 중 가장 흥미로운 대화의 시리즈 중 하나였습니다. 각 에피소드의 주요 주제에 대해 알아보려면 계속 읽어보세요.

천연가스의 지속 가능성을 위한 추가적인 접근 방식

1부에서는 지멘스 에너지의 적층 제조 부문 부사장인 콴 락과 린데의 적층 제조 부문 책임자인 피에르 포레와 이야기를 나눴습니다. 포레와 락은 수소가 가장 잠재적으로 비용 효율적인 에너지원이라는 사실을 깨닫게 되었습니다. 기존 천연가스로 구동되는 터빈은 부분적으로 또는 전체적으로 수소로 작동하도록 전환할 수 있으며, 이는 석탄 연소 가스나 셰일 오일보다 훨씬 더 효율적입니다.

수소 가스를 대량으로 분리하는 것이 어렵다는 점은 수소가 주류로 사용되는 데 있어 가장 큰 걸림돌 중 하나입니다: 전해조는 수소를 물에서 분리한 후 압축하여 연료가 필요한 터빈으로 보내거나 나중에 사용하기 위해 저장합니다. 하지만 포레의 팀이 제작 중인 역대 최대 규모의 전해조(포레가 잘 알고 있는 기계)는 최대 전력 한계치가 24메가와트입니다. 이는 대규모 상업용 및 주거용 규모에서 수소를 전기 분해하고 열 또는 전력(또는 둘 다)을 공급하기에 충분한 전력이 아니라고 해도 과언이 아닙니다. 예상할 수 있듯이 이러한 노력은 결코 저렴하지 않으며, 이는 수소를 주류 친환경 동력원으로 전환하는 과제를 더욱 복잡하게 만들 뿐입니다.

라크와 포레는 다양한 수소화 프로젝트에서 적층 제조를 활용하고 있습니다. 지멘스 에너지에서 Lac과 그의 팀은 3D 프린팅으로 제작한 버너 어셈블리, 연소 소용돌이, 덕트 및 기타 부품으로 공기를 냉각하고 연료를 더 빠르게 혼합하여 가스 터빈을 더 뜨겁게(따라서 더 효율적으로) 가동할 수 있습니다. 또한 버려진 공장을 위한 전형적인 통합 친환경 에너지 시스템의 프로토타입을 설계하고 있습니다.

한편 린데의 포레와 그의 동료들은 적층 가공을 통해 기존 제조 방식으로는 불가능한 복잡한 형상의 부품을 설계하는데, 이는 열교환기, 노즐 및 커넥터를 포함한 열 관리 장치에 특히 중요합니다. 포레는 수소가 확실한 청정 에너지 솔루션은 아니지만, 제철에서 항공기 제조에 이르기까지 다양한 분야에서 탈탄소화에 중요한 역할을 할 것이라고 말합니다.

풍력 터빈 및 탄소 포집 분야의 책임 있는 제조

풍력 터빈 제조업체 베스타스의 수석 엔지니어이자 적층 제조 및 고급 개념 담당 수석 전문가인 제레미 하이트는 Additive Snack과의 인터뷰에서 소규모 부품 교체에 AM을 사용하기 시작했다고 설명했습니다. 결국, 그의 팀은 코로나19 팬데믹으로 인한 공급망 부족에도 불구하고 베스타스의 제조 공정이 크게 느려지지 않는 수준에 도달했습니다. 베스타스는 레이저 파우더 베드 퓨전(LPBF) 및 기타 적층 기술을 구현하여 구동계와 발전 부품을 비롯한 여러 부품을 생산하고 있습니다. 하이트는 적층 제조가 수직 통합과 디지털화된 재고를 가능하게 하기 때문에 건설 비용을 절감하고 탄소 배출량을 줄임으로써 지속 가능성 노력에 활력을 불어넣는다고 말합니다.

한편, 리카본의 수석 기계 엔지니어인 스테판 맥클렐랜드는 온실가스 배출을 피하는 것이 아니라 온실가스(특히 CO2와 메탄)를 포집하여 깨끗한 수소 기반 연료로 전환하는 데 주력하고 있습니다. 생성된 가스는 매우 높은 온도(섭씨 2,000도/3,632℉)에서 연소하기 때문에 적층 제조를 통해서만 리카본의 독점적인 '배출 블레이드'와 기타 핵심 부품을 효율적으로 제작할 수 있습니다. 적층 제조만이 허용하는 복잡한 부품 형상 덕분에 ReCarbon 시스템은 열 관련 손상 없이 온실가스 전환 과정에서 가스의 흐름을 제어할 수 있습니다. 맥클레랜드는 ReCarbon이 아직 상업적으로 준비되지는 않았지만 프로토타입의 현재 상태에 만족한다고 말하며 "적층 가공이 없었다면 우리는 물속에서 죽었을 것"이라고 직설적으로 말했습니다.

핵융합 에너지의 꿈이 현실로 다가옵니다

느리지만 확실하게 지속 가능한 핵융합 기반 에너지는 적층 제조의 도움으로 불가능한 꿈에서 잠재적인 현실로 변모하고 있습니다. 에너지의 미래 피날레를 장식할 게스트로는 이러한 목표를 위해 노력하고 있는 TAE의 최고 마케팅 책임자 짐 맥닐과 수석 기계 및 제품 엔지니어인 빈센트 필라드를 초대하는 것이 적절해 보였습니다.

수소 가스를 사용하는 것과 달리, 방사능 위험을 완화하면서 확장 가능한 핵융합을 실행하는 것은 항상 진전을 가로막는 장애물이었습니다. 매일 핵융합이 일어나는 태양의 온도는 섭씨 1,500만도(화씨 2,700만도)에 이릅니다. 필라드는 지구에서 핵융합을 실제로 재현하려면 섭씨 1억에서 10억 사이의 온도가 필요하다고 설명합니다. TAE는 플라즈마를 자기장 안에 가두는 필드 리버스 구성이라는 독자적인 기술을 사용하고 있습니다. 현재 최대 온도는 7,500만입니다.

TAE의 두 대표는 상업적 핵융합이 얼마나 복잡할지 경시하지 않았습니다. 하지만 필라드는 적층 제조가 이미 그들의 노력에 긍정적인 영향을 미쳤고 앞으로도 능동 냉각 기술처럼 계속 그럴 것이라고 설명했습니다: TAE는 '빔 덤프'로 알려진 냉각 부품을 완전히 재설계하여 더 가볍고 유연하며 더 큰 냉각 성능을 발휘할 수 있도록 만들었습니다. 이를 통해 자재 사용량을 줄이고 공급망 최적화를 강화했습니다. 맥닐은 순수 융합과는 몇 세대 차이가 있지만 지금까지 TAE가 이룬 성과는 적층 제조의 40년 역사에서 적층 제조가 얼마나 발전했는지를 완벽하게 보여준다고 덧붙였습니다.

애디티브 스낵으로 오전 업무 집중력 유지

이러한 에너지 주제는 매우 복잡하며, 위의 요약은 각 에피소드에서 가장 흥미진진한 핵심 내용만 소개한 것입니다. 전체 이야기와 적층 제조의 응용 분야 및 발전에 대한 정기적인 대화를 들으려면 모든 주요 팟캐스트 플랫폼에서 제공되는 Additive Snack을 계속 시청하세요.