SF / 과학 포럼
SF 작품의 가능성은 어떻게 펼쳐질 수 있을까요? 그리고 어떤 상상의 이야기가 가능할까요?
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국내 연구진에 의해 개발된 마그네슘 기반 수소 저장체 기사 :
http://media.daum.net/digital/science/view.html?cateid=1050&newsid=20110314030113792&p=yonhap
미 에이브람스 탱크의 제원 출처 :
http://blog.naver.com/xmfhxj?Redirect=Log&logNo=20123482351
위에 언급된 출처 링크에 따르면, 미 에이브람스 탱크의 연료 용적은 약 1500L(1.5입방미터)라고 합니다.
이와 동일한 부피의 수소 저장체를 탱크 내부에 탑재한다고 가정합니다.
본 저장체가 주로 마그네슘 분말로 이루어져 있으므로 마그네슘의 밀도에 근거하여 저장체의 무게를 계산하겠습니다.
마그네슘의 밀도는 입방센티미터당 1.741 그램이므로,
1.5 입방미터 규모의 저장체를 제작할 경우 총 무게는 약 2.61톤으로 추산됩니다.
해당 저장체의 수소 저장률은 질량 대비 6%이므로, 총 2.61톤 * 6% = 156.7 킬로그램의 수소를 저장할 수 있습니다.
수소의 열량이 킬로그램 당 122 MJ임을 고려할 때 해당 저장체에 충전할 수 있는 총 에너지는 19.12 GJ가 됩니다.
에이브람스 탱크 엔진의 출력이 약 1500 마력, 즉 1.12 MW(1마력 = 0.746 kW)임을 감안한다면,
이는 탱크가 19.11GJ / 0.0012GW = 17,372초 즉 4.83시간동안 쉬지 않고 이동할 수 있는 에너지입니다.
(이게 좋은 것인지 나쁜 것인지는 잘 모르겠습니다. 제가 무기 성능에 관해서는 문외한이라서요...-_-)
추신 :
본 내용은 저장체 장착으로 인한 무게 증가와 저장체 운용 방식의 특수성 그리고 그 외에 수많은 변수들을 고려하지 않았으므로
실제와는 현격한 오차가 있을 수 있습니다.
혹시 계산에서 오류를 발견하셨을 경우 지적해주시면 참으로 감사하겠습니다.
어떤 저장 방식도 마찬가지지만, 일단 넣은 것을 100% 돌려받기는 매우 힘듭니다. 쉬운 예로 부탄가스통을 들자면, 처음엔 화력이 좋다가 가스가 거의 다 떨어지면 점점 화력이 줄어들고 마지막에는 분명 약간의 가스가 남아있음에도 불구하고 불이 꺼집니다. 이런 현상이 위의 수소 저장방식에도 적용될 수 있습니다.
에이브람스의 연료는 항공유입니다.(디젤을 넣어도 돌아가지만 일단) 항공유의 밀도는 약 800kg/m^3죠. 탱크를 가득 채웠을 때 중량은 약 1200kg이 되는군요. 반면 마그네슘을 채웠을 때의 중량은 약 2600kg, 항공유에 비해 2배가 넘게 무겁습니다. 에이브람스의 전체 중량은 바리에이션에 따라 다르나, 최신의 M1A2가 67t 정도 됩니다. 전체 중량의 2% 정도가 늘어나는 것은 무게당 출력이 2% 감소하는 것과 비슷합니다. 가뜩이나 엔진이 오래돼서 출력이 떨어지는데 더 떨어지겠네요. (...) 더군다나 마그네슘은 수소를 뱉어내도 무게가 거의 감소하지 않습니다. 연료가 줄어들면서 무게도 줄어드는 기존 방식과의 차이점이죠.
급유(급수?) 소요 시간도 문제입니다. 이건 정확히 어느 정도 걸릴지 예상하기 힘들기 때문에 두 방식 사이에 시간 차이가 얼마나 날지 모르겠습니다. 다만 충전을 위해서는 고압의 수소가 필요한데, 항공유에 비해서는 폭발 위험이 더 크겠군요.
그런데 사실 가장 큰 문제는, 에이브람스 가스터빈 엔진의 연비가 지금도 개판이라는 점이죠. -_-;;;
제일 가벼웠던 55t 시절에도 1리터에 260m... 1500리터라면 390km 정도 가겠군요. M1A2쯤 되면 한 300km도 못 갈 겁니다.
수소 엔진의 열효율을 50%로 잡고(굉장히 높은 겁니다.) 평시 운전에 최대 출력의 50% 정도를 사용한다고 가정하면,
가동 시간은 4.83시간............어? 무게 증가는 고려도 안 했는데...
에이브람스의 최대 속도는 70으로 제한을 걸고 있으니까 4.83시간이면 338km 정도 가는군요.
하지만 최대 속도로 작동시간 내내 달릴 수는 없을테니...
이 시점에서 전 포기입니다. 답이 안 나오네요.
"이 기술을 활용하면 4㎏의 수소를 이제 트렁크 전체가 아닌 절반 크기 고체 연료 상태로 저장할 수 있다"
그런데 저기에서 왜 일반적인 연료통이 아닌 훨씬 큰 용적을 차지할 트렁크를 비교 대상으로 말하는가를 생각해 봐야 할듯 합니다.
수소 연료전지로 쓰면 엔진 대신 모터일테니 무게는 좀 가벼워지려나요?
효율은 수소연소 자동차 하려는데가 BMW말고는 없는걸 보면 연료전지가 높다는 얘기일지도 모르죠.
BMW야 효율 높은거보다 스포티한 감성을 중시하니 엔진사운드 포기못해서 연소엔진 연구를 하는걸테죠.
뭐, 따로 연료전지도 연구는 하는 모양입니다만;;
http://www.globalsecurity.org/military/systems/ground/m1-specs.htm
1500마력을 항상 최고출력으로 돌릴 리는 없고 또 에너지 효율의 문제가 있으니(수소의 에너지를 100% 소모하는 엔진은 있을 수가 없겠죠) 단순 에너지만으로 치환하는 건 좋지 못하겠죠.
글로벌시큐리티에서는 마일당 0.6갤런, 야지기동시 시간당 60갤런 정도의 연비를 내놓고 있고 미군의 JP-8은 갤런당 6.7파운드, 킬로그램당 42메가줄 정도의 에너지를 갖고 있으니 그쪽으로 비교해보는 게 더 정확할 것 같네요.