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화학공학21

신재생에너지와 화학공학 | 지속 가능한 미래를 만드는 기술의 만남 태양광, 풍력, 바이오에너지, 수소에너지까지… 화학공학이 바꾸는 에너지 세상신재생에너지란?신재생에너지는 화석연료를 대체할 수 있는 지속 가능한 에너지원을 말합니다. 대표적으로 태양광, 풍력, 바이오매스, 지열, 수소에너지 등이 있으며, 전 세계적으로 기후변화와 탄소중립 목표 때문에 빠르게 주목받고 있습니다.태양광과 화학공학태양광 발전은 단순히 전기를 만드는 것이 아니라, 재료공학과 화학공학의 결정체입니다.실리콘 태양전지 제조: 고순도 실리콘 정제(화공학적 공정)박막 태양전지: 화학 증착(CVD), 박막 코팅 기술차세대 페로브스카이트 태양전지: 용액 공정, 재료 안정성 확보즉, 태양광 발전의 핵심은 광흡수 재료의 화학공학적 가공 기술입니다.풍력과 화학공학풍력 발전기는 거대한 블레이드와 터빈으로 구성되며, .. 2025. 9. 4.
연료전지와 화학공학 | 수소경제를 움직이는 전기화학의 힘 전기를 만드는 발전소가 아니라, 연료에서 곧바로 전기를 뽑아내는 장치의 과학연료전지(FC)란 무엇인가?연료전지(Fuel Cell, FC)는 화석연료처럼 태워서 에너지를 얻는 방식이 아니라, 화학 반응을 전기화학적으로 바로 전기에너지로 변환하는 장치입니다. 가장 대표적인 것이 수소연료전지로, 수소(H₂)와 산소(O₂)가 반응해 전기·물·열을 생성합니다.연료전지의 기본 원리수소연료전지를 예로 들어 설명하면:양극(애노드): 수소가 공급되어 촉매(Pt 등)에서 H₂ → 2H⁺ + 2e⁻ 분리전해질 막(PEM): H⁺ 이온만 이동, 전자는 외부회로를 따라 전류 생성음극(캐소드): 산소가 전자와 H⁺와 결합 → ½O₂ + 2H⁺ + 2e⁻ → H₂O결과적으로 연소 없이 물과 전기, 열이 동시에 발생합니다. 이는 효.. 2025. 9. 4.
에어컨과 히트펌프의 작동 원리 | 화학공학적 냉매 사이클과 몰리에르선도로 보는 에너지 전환 냉매의 압축·팽창·응축·증발 사이클, 그리고 에어컨·히터의 차이냉매(Refrigerant)란 무엇인가?냉매는 에어컨이나 히터 내부에서 상변화(액↔기체)를 반복하며 열을 운반하는 유체입니다. 대표적으로 프레온 계열, R-134a, R-410A, 그리고 최근에는 친환경 냉매가 사용됩니다. 냉매는 낮은 온도에서 쉽게 증발하고, 높은 압력에서 쉽게 응축되는 성질을 가져 열펌프 사이클을 가능하게 만듭니다.에어컨의 작동 원리: 열을 빼앗아 내보내는 장치에어컨은 실내의 열을 흡수해 실외로 방출하는 냉동 사이클입니다.증발기(Evaporator): 저온·저압 냉매가 증발하며 실내 열을 흡수 → 실내 공기가 시원해짐압축기(Compressor): 기체 냉매를 고온·고압 상태로 압축응축기(Condenser): 외부 공기와 열.. 2025. 9. 4.
열역학 제3법칙과 절대영도 | 화학공학·LNG·초전도체로 보는 극저온 과학 “절대온도 0K에서 엔트로피는 0” — 플랜트와 일상에서 만나는 제3법칙열역학 제3법칙이란?열역학 제3법칙은 “절대온도(0K, -273.15℃)에서는 엔트로피가 0에 수렴한다”는 원리입니다. 이는 모든 분자 운동이 멈추어, 무질서도가 사라진다는 뜻입니다. 실제로 절대영도에 도달하는 것은 불가능하지만, 극저온으로 갈수록 물질의 특성이 급격히 달라집니다.LNG 플랜트와 제3법칙화학공학에서 제3법칙은 극저온 공정에서 자주 등장합니다. 대표적인 예가 LNG(액화천연가스)입니다.천연가스를 약 -162℃로 냉각 → 부피가 약 1/600으로 감소저온에서 기체가 액체로 바뀌며, 엔트로피는 크게 감소냉동 사이클 설계는 제2법칙과 제3법칙을 동시에 고려해야 효율적LNG 저장탱크, 극저온 펌프, 기화기 모두 “절대영도에 가.. 2025. 9. 4.
냉장고와 커피 한 잔으로 배우는 열역학 제2법칙 | 엔트로피 증가의 일상 “질서는 흐트러지고, 열은 퍼진다” 법칙이 부엌과 카페에서 증명된다열역학 제2법칙이란?열역학 제2법칙은 자연계의 모든 과정이 엔트로피(Entropy), 즉 무질서도가 증가하는 방향으로 진행된다는 원리입니다. 제1법칙이 “에너지 보존”을 다뤘다면, 제2법칙은 “에너지 사용의 질적 제한”을 설명합니다. 화공학적으로는 반응의 자발성, 냉동 사이클, 공정 효율을 설명할 때 반드시 등장하는 법칙입니다.커피는 왜 식을까? 엔트로피의 시선막 내린 뜨거운 커피는 시간이 지나면 반드시 식습니다. 이는 단순한 열 손실이 아니라, 열은 항상 고온에서 저온으로 흐른다는 제2법칙의 증거입니다.커피(고온) → 주변 공기(저온)으로 열 이동전체 에너지는 보존되지만, 엔트로피는 증가커피가 다시 저절로 뜨거워지는 일은 절대 없음화공 .. 2025. 9. 4.
전기밥솥과 보일러로 배우는 열역학 제1법칙 | 화학공학적 에너지 보존 이야기 “에너지는 사라지지 않는다” 법칙이 우리 집 부엌과 거실에서 매일 증명된다열역학 제1법칙이란?열역학 제1법칙은 가장 기본적인 원리인 에너지 보존 법칙을 말합니다. “에너지는 형태만 바뀔 뿐, 새로 생기거나 없어지지 않는다”는 내용입니다. 화공학에서는 반응기, 열교환기, 증기보일러 등 모든 장치 설계에서 이 법칙을 바탕으로 에너지 밸런스를 맞춥니다.전기밥솥: 전기에너지 → 열에너지 → 화학적 변화전기밥솥은 제1법칙을 설명하기에 아주 좋은 예입니다.코드에서 들어온 전기에너지가 히터를 통해 열에너지로 변환열은 물에 전달되어 끓임 → 쌀의 전분이 젤라틴화되는 화학적 변화 발생밥솥 내부는 단열에 가깝게 설계되어, 손실된 열 = 방출된 열이 성립즉, 들어간 전기에너지 총량은 열 + 증기 + 손실 에너지로 형태만 바.. 2025. 9. 4.

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