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태양전지 - 청정 에너지원

32 calypso 7 213

제가 여기서 이 주제에관해서 쓰게 될줄은 정말 몰랐습니다.

 

1. 실리콘 기반의 태양전지 - 재료 규소, 쉽게 이야기해서 모래사장의 모래 (Indirect bandgap material)
여기에서는 single crystal Si, polycrystal Si 기반의 태양전지가 있고, 전체 태양전지 생산량의 대부분을 차지 합니다. 아마 80%가 넘을 겁니다.  일반 전력 생산용 태양전지는 실리콘 기반입니다. 여기서는 중금속, 환경 오염 폐기물이 거의 나오지 않고, 나오더라도 쉽게 다른 물질로 전환할수 있습니다. 환경 오염물질을 비활성화 시키는 장치를 스크러버라고 합니다. 이 장비는 국내 기술로 재작 가능합니다. 삼성전자에서 많이 쓰고 있습니다.


2. III-V 화합물 반도체 기반 태양전지 (direct bandgap material)
주로 GaAs, InP 같은 화합물 반도체를 기반으로 태양전지를 만드는데, 효율이 높으나 생산단가가 비싸서 인공위성같은 특수용도로만 쓰입니다. As가 비소, 즉 비상이라는 독극물인데, 폐기물이 많이 나오지는 않습니다. 그리고 일반전력용으로는 쓰이지 않습니다.
아주 더 쉽게 설명드리겠습니다. 원래 LED와 태양전지 (Photovoltaic Cell, 보통 PV라고 칭함)는 어떤 면에서 양날의 칼과 같은 존재이고 내부 구조가 거의 비슷합니다. LED에서 한 스텝 더 나가면 레이저가 됩니다.

그런데 보통 기술적인 난이도가 태양전지 < LED < 레이저 순서로 더 어려워집니다. 그래서 연구개발단계에서는 그 역순으로 보통 먼저 만듭니다.

그러니까 PV를 먼저 만들고, LED를 만들고, 마지막에 레이저를 만듭니다. 물론 PV도 효율을 극대화 시킬려면 쉽지않습니다.   보통 우리가 프레젠테이션을 할때 쓰는 빨간 레이저 포인터에 반도체 레이저가 들어가 있고, 40년전쯤에 고급 오디오에 보면 빨간색 LED가 박혀있는데 이게 GaAs diode 구조를 가지고 있습니다. 태양전지도 그것과 거의 비슷합니다. 40년전에 빨간색 엘이디나 반도체 레이저때문에 환경오염된다는 소리를 들은적이 있습니까?  없죠. 이 물질을 기반으로 하는 태양전지도 환경오염물질을 배출하지 않습니다. 

 

 

 

 


3. CdS 중금속 기반의 태양전지

 카드뮴이나 텔루라이드같은 중금속으로 태양전지를 만들수 있습니다. 이 계열의 태양전지는 효율이 실리콘계열보다더 낮고, 환경오염물질 처리 문제때문에 생산단가도 올라가고, 청정에너지 소스라는 명분에도 잘 맞지 않아서 거의 생산되고 있지 않습니다. 단지 아주 소량 생산되고 있고, 연구는 계속되고 있습니다. 전체 태양전지 생산에서 차지하는 비중은 0%에 수렴합니다. 연구가 계속되어서 효율은 아마 지금쯤 실리콘과 비슷해졌을겁니다. 

중금속의 환경오염 정도 - 맞습니다. 위험합니다. 그런데, 여러분이 타고 매일 타고 다니는 자동차의 축전지에 납이 들어가 있습니다. 리튬이온 배터리가 많이 쓰이기전에 니켈 카드뮴 충전지를 많이 썼었습니다. 그게 불과 20년전입니다. 카드뮴은 1960년대에 일본에서 이타이이타이병을 일으킨 원인 이었습니다. 

그럼 중금속 vs 방사능 폐기물의 유해도 비교

이건 촛불과 태양의 밝기 비교와 같습니다. 중금속의 유해도는 춧불의 밝기이고, 방사능 폐기물의 유해도는 태양의 밝기입니다.

어떤걸 선택하겠습니까?


4. 유기화합물 기반의 태양전지
아주 쉽게 설명하면 OLED와 비슷한 구조인데, 역기능이라고 생각하면됩니다.
유기화합물 기반이기때문에 대부분 탄소원자 기반입니다. 그래서 환경 오염물질 배출이 없습니다.
이것도 아직 효율이 좋지 못 하고, 수명문제가 있어서 제한적인 용도로 소량이 쓰이고 있습니다.

장점은 프린팅 제작이 가능하고, 구부리기 쉽습니다. 

고층 건물의 유리창에 이걸 코팅해서 전기를 생산할수 있습니다. 

이번에 LG OLED TV가 잘 팔리고 있죠?  이것때문에 환경이 오염된다는 소리를 들은적이 있습니까?

OLED와 OPV는 내부구조나 물질이 거의 비슷합니다. 

OPV에서 환경 오염물질이 나오면 OLED에서도 나와야합니다. 



특수용도를 제외하고 대부분 일반전력 생산용 태양전지는 실리콘이 산업계 스탠다드입니다.
여기서는 환경오염물질이 안 나온다고 주장해도 무방합니다. 

 

 

환경 오염물질의 처리 난의도

 

전문지식이 없으신 탁우님들께서 너무 순진한 의견을 자꾸 개진하셔서 왜 방사성 폐기물이 위험한지 설명드리겠습니다.

원론적으로 보면 인간이 지구상에 너무 많이 살고 있다는거 자체가 자연에는 큰 스트레스를 줍니다. 인간 자체가 환경오명을 너무 많이 시키고 있습니다. 공업화가 되면서 필요악과 같이 각종 산업 폐기물, 환경 오염물질이 배출되고 있는데, 지금은 지구 온난화를 일으키는 이산화탄소와 메탄문제는 다음에 논의 하는걸로 하고 그걸 제외한 오염문질 처리 일반을 설명드릴려고 합니다.   

환경오염물질중에서 복잡한 분자구조를 가진 물질과 중금속 같이 간단한 구조를 가진것은 일반적으로 간단한 중금속 같은것이 더 처리하기 어렵습니다. 복잡한 구조를 가진 물질을 대체로 고온으로 가열하면 분자가 깨져서 화학적 성질이 변합니다. 중금속은 대체로 다시 리커버해서 활용하거나 힘들면 그걸 비활성화 시켜서 환경에 영향을 안 주는 물질로 전환 시킵니다. 즉 전부 화학적인 처리가 가능합니다. 그럼 생물학적 환경오염물질은요? 이건 더 쉽습니다. 이건 화학적으로 볼 때 더 복잡한 물질이기때문에 열에 더 약합니다. 예를 들면 신경독같은..... 바이러스도 마찬가지  그래서 방역의 기본이 다 태워버리는겁니다. 

그런데 방사성 폐기물이 왜 무서운지 아십니까? 방사성 물질은 기본적으로 화학적 처리가 안 됩니다. 그리고 환경을 오염시키는 원리자체도 다른 물질은 화학반응을 통해서 인데, 방사성 물질은 화학적 결합을 통해서 해를 끼치는게 아니고 그 원자에서 나오는 방사선 피폭에 의해서 생깁니다. 그리고 방사성 원소를 다른 원소와 결합시켜서 다른 화합물로 전환시켜도 여전히 방사선이 나옵니다. 바로 이점이 우리를 미치게 만드는겁니다. 유일한 방법은 지구상 밖으로 보내거나 완전히 차폐시키는것입니다. 그러니까 납박스같은 근데 이게 안정성이 보장이 안되고, 반감기가 허벌라게 깊니다. 경우에 따라서 인류가 멸망하고 나서도 계속됩니다. 방법은 의외로 간단하나 할 적당한 방법이 없습니다. 이 방법을 찾는거보다 핵융합을 해결하는게 훨씬 쉽습니다. 이건 50년이면 됩니다. 

 

꼭 기억하셔야할 팩터

가장 탈원전에 적극적인 독일 총리 앙게르 메르켈이 핵물리학자입니다. 정용훈 교수와는 비교도 할수 없게 유능한 사람입니다. 핵을 그렇게 잘 아는 독일 총리가 왜 탈원전을 했을까요?   

 

 또 한가지 여담

 

태양전지 원천기술을 독일이 가장 앞서있고, 산업기술은 중국이 주도 하고 있습니다. 여기에 마이너스의 손 이재용이 헛발질해서 혁혁한 공을 세웠습니다. 다음에 삼성 이재용의 헛발질에 대한 글을 쓰겠습니다.  최근에 삼성이 잘한건 DSLR사업 철수하고 휴대폰용 사진 모듈에 올인하고, 이미지 센서 잘 만들어서 일본을 압도하고 있는것입니다. 

그이외에 이재용의 헛발질 시리즈를 올리겠습니다. (OLED display, QLED, 태양전지, LED 라이트, 냉장고, 식기세척기, 세탁기 등등...)

 

또 또 한가지 여담

GaAs 계열의 LED는 일리노이 대학교 전자과의 닉 홀로냑 교수가 GE 연구소에서 만들었습니다. 이 공로로 학계에서 Father of LED는 타이틀을 가지고 있지만 노벨상은 받지 못 했습니다. 이 분이 노벨상 수상자이자 트렌지스터를 발명한 존 바딘 교수의 첫번째 제자입니다. 존 바딘교수는 일생동안 딱 5명의 제자를 배출했습니다. 그리고 이분은 고소공포증때문에 비행기를 평생 탄적이 없습니다. 그래서 멀리 가야할 일이 생기면 조지아텍에 있는 듀퓨리 교수가 가서 라이드를 드립니다. (예를 들면 일리노이주에서 뉴욕주까지). LED에 관한 노벨상은 일본의 나까무라교수가 박사학위도 없던 시절에 그의 스승과 동료들과 함께 청색 LED를 만들 공로로 2004년도에 수상했습니다. 

죤 바딘 교수는 노벨 물리학상을 두번 수상했습니다. 처음에는 초전도체의 원인을 해석하는 BCS theory의 창시자로 수상했습니다. 

 

One more thing

카토릭 교회 종교재판 vs. 갈릴레오

다 아시는 이야기죠?   절대 권력과 종교적인 권위로도 진리를 엎을수는 없죠.

법정에서 나오면서 혼자서 중얼거렸다죠, 그래도 지구는 돈다고.   진리니까요.

 

윤석열과 졸개들이 아무리 태양전지에서 환경오염물질이 나온다고 해도 진실을 가릴수는 없습니다.

하는짓이 일본이 하는 역사왜곡과 비슷합니다. 

 

 

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Comments

재미있게 읽었습니다 칼립소님~ ^^
원전이 방사능이라는 위험한 면이 있기 때문에 지금은 적은 수의 국가 (미국, 영국, 캐나다, 러시아 중국, 일본, 체코, 루마니아, 브라질, 아르헨티나, 벨라루스, 우크라이나, 프랑스, 체코, 방글라데시, 인도, UAE 등)에서 신규로 건설하거나 건설을 준비하고 있죠. 미국이라는 나라는 원전 수명을 80년 까지 늘리고 있네요. 아니 위험하다고 하는데 자꾸 건설하고 수명연장하는지 모르겠네요.
제가 며칠전에 쓴 미국의 전력량 그래프 보세요.
늘리지 않고 있습니다.
그 나라들이 한다고 우리가 왜 따라해야되죠?
지금 언급하신 나라들이 코로나 대응 재대로 못 해서 국가가 다 작살나고 있죠?
그럼 그것도 따라해야됩니까?
독일 총리보다 핵발전을 잘 아는 지도자가 있나요?
방글라데시가 하는걸 따라하고 싶습니까?

그래도 제가 올린 원글이야기 태양전지가 중금속 환경오염물질을 만들어내지 않는다는 부분에는 동의하시는 모양입니다, 이부분에 대해서 반론을 제기 안 하시는걸 보니. 만약 실리콘 태양전지 생산 공정에서 중금속 폐기물이 생산된다고 주장하시려면, 정확한 공정과 화학반응식까지 올려주시고 태양전지 1톤 생산시에 그 폐기물이 몇 Kg 나오는지까지 올려주시기 바랍니다.
미국이 최근에 신규로 몇년전에 건설한게 있기는 한데 2016년도에, 이번에 바이든이 완전히 재생에너지로 간다고 천명했습니다. 더군다나 미국은 군사적인 핵을 어느정도 유지해야하기 때문에 전력생산에서 원전에 대한 의존도는 줄여가되, 완전한 탈원전은 하지 않을겁니다. 신규 건설을 포함하고 건설준비중인걸 포함해도 1990년대 핵발전 전력량 수준에서 더 늘리지 않습니다.

중국은 고도 경제성장시기여서 전력 수요가 앞으로 너무 많아서 이것 저것 가리지 않고 무조건 다 건설합니다. 화력, 수력, 원자력, 재생에너지,  풍력등. 잡식성입니다. 게네들이 뭘 가리고 개념있게 행동하는걸 본 적이 있습니까?

일본은 전력수요증가가 그렇게 크지도 않은데, 우리나라와 구조가 비슷합니다. 그리고 그러다가 자기나라 국토의 반을 작살냈습니다. 일본이 롤 모델을 삼을만큼 잘 하는 나라라고 생각하십니까? 자신들의 이익을 위해서 주변국가를 괴롭히고, 역사왜곡하고, 경제는 죽을 쑤고 있고, 민주주의도 제대로 못 하고 있고, 과거의 잘 못을 인정할만한 용기도 없는데요. 우리는 그래서 일본하는걸 무조건 따라하고, 대한민국의 이익보다 일본의 이익을 먼저 생각하는 사람을 토왜라고 칭하고 있습니다.
[출처: 중앙일보]
오래 쓰면 중금속 녹아나온다고? 태양광 패널 '괴담'의 진실

https://news.joins.com/article/23861174
내용에서 전문가 필이 느껴지네요~~
그런데 웬 뜬금없는 긴 기술이론이 나오는 걸 보니, 이곳 게시판에서 뭔가 논쟁이 있었던 같네요...
- 잘 보고 갑니다.
32 calypso
좀 한심한 일이 있었습니다.
여러분들이 모이다 보니 갑론을박할수는 있는데, 한심한게 자신의 정당 지지 호불호에따라 무조건 반대 무조건 찬성이 그동안 많았고, 더 한심한건 팩트에 근거한 반대가 아니고, 진실이 아닌 정보로 현정부 비판하는 일이 있어서, 제가 전문가 관점의 팩트체크를 해 주었습니다.
어찌보면 저도 좀 한심한거 같습니다.
저역시 제가 여기서 이런 글을 쓰게될줄 몰랐습니다.
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