끓어오르는 행성을 위한 에너지 솔루션

Jul 23, 2023

이 그룹은 에너지와 기후에 관한 최고의 사상가들을 한자리에 모았습니다. 에너지 산업이 어디에 있고 어디로 가고 있는지에 대한 스마트하고 통찰력 있는 게시물과 대화에 참여하세요.

우편

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안토니오 구테헤스 유엔 사무총장은 기록적인 7월 기온이 지구 온난화 단계에서 '지구가 끓어오르는 시대'로 전환했음을 보여준다고 목요일 발표했습니다.

해양 열 흡수는 지구 기후의 필수적인 척도이며 지구 온난화로 인한 열의 93%가 바다로 이동합니다. 열대 지방에서는 바다가 열적으로 층화되어 표면 근처의 물이 더 가볍고 깊이가 깊어질수록 물의 밀도가 높아집니다.

이러한 구성은 열, 탄소, 산소 및 수중 생물에 필수적인 영양분의 효율적인 혼합을 방해하는 장벽 역할을 합니다.

이러한 성분을 효율적으로 혼합하면 기후 변화의 모든 위험을 제거하는 동시에 현재 화석 연료에서 파생되는 에너지의 두 배를 생산할 수 있습니다.

열성층화된 해양은 지구 온난화 열의 일부를 열역학 법칙에 따라 변환하고 히트 파이프를 통해 표면 열을 더 이상 어떤 종류의 열도 아닌 심해로 이동시키는 데 적합합니다. 환경 위협.

지구 온난화는 열역학 법칙에 의해 지배되는 열역학 문제입니다.

첫 번째 법칙은 에너지 보존을 시스템에 적용한 것으로, 지구 온난화를 포함한 에너지가 한 형태에서 다른 형태로 바뀔 수 있지만 생성되거나 파괴될 수는 없음을 보여줍니다.

두 번째 법칙은 열기관의 가능한 효율에 대한 한계를 설정하고 항상 열이 높은 영역에서 낮은 영역으로 흐르는 에너지 흐름의 방향을 결정합니다.

지구공학은 환경을 조작하고 기후 변화의 일부 영향을 상쇄하도록 설계된 일련의 새로운 기술입니다.

이러한 기술은 일반적으로 이산화탄소 제거와 태양 복사 관리라는 두 가지 범주로 나뉩니다.

열역학적 지구공학은 세 번째 방법입니다. 이는 서기 1세기에 그리스의 알렉산드리아 영웅이 그의 Aeolipile을 통해 처음으로 증명한 것처럼 지구 온난화의 열기를 생산적인 에너지로 전환하는 것입니다.

Hero가 그의 Aeolipile이 추를 들어올릴 수 있다는 것을 보여준 반면, 1845년에 영국의 물리학자 James Prescott Joule은 떨어지는 추를 사용하여 절연 통에서 외륜을 회전시켜 이 기계적 에너지가 어떻게 통 안의 물의 온도를 높이는지 보여주었습니다.

그의 기계적 열에 대한 등가물은 1G 중력장에 대해 1m 아래로 떨어지는 427kg의 질량으로, 1kg의 물의 온도를 1°C 증가시킵니다.

일과 열에너지 사이의 이러한 등가성은 열역학 제1법칙의 공식화로 이어졌습니다.

해양의 열적 성층화는 온난화 열의 일부가 첫 번째 법칙에 따라 작용하도록 전환하는 것을 촉진합니다.

열을 일로 변환하는 과정을 해양 열에너지 변환(OTEC)이라고 하며, 이는 기본 부하 전력을 공급할 수 있는 몇 안 되는 무공해 재생 에너지 기술 중 하나입니다.

그러나 모든 OTEC가 동일하게 생성되는 것은 아닙니다.

기존 OTEC의 경우 작동 유체가 표면 열을 사용하여 먼저 기화된 후 전력을 생산하기 위해 터빈을 통과한 후 작동 유체를 응축하기 위해 거대한 파이프를 통해 물을 표면으로 가져옵니다. 이 과정의 열역학적 효율은 약 3%에 불과하며, 차가운 물에 의해 희석된 표면열의 97%는 극지방을 향해 바깥쪽으로 분산됩니다. 북극의 경우 1,000년 동안 4도 따뜻해집니다. 동시에 열대 지방도 같은 양만큼 냉각됩니다.

이러한 용승 접근 방식은 증발기와 응축기에 인접한 따뜻한 물과 차가운 물을 모두 사용하고 바다 표면 근처에 차가운 물을 버리지 않고 직경이 한 자릿수인 파이프를 사용하는 열역학 지구공학보다 최소 2.5배 덜 효율적입니다. 더 작아서 시스템의 전체 비용을 1/3로 줄이고 유체의 1/200을 펌핑하며 이러한 유체의 기생 펌핑 손실을 1/3로 줄입니다.