[논문 리뷰] A Low-Cost Natural Gas/Freshwater Aerial Pipeline

Alexander Bolonkin, Richard B. Cathcart|ArXiv.org|2007. 01. 05.

Aerospace Engineering and Energy Systems참고 문헌 6인용 수 10

한 줄 요약

이 논문은 메탄의 부력 덕분에 고고도에서 유연한 파이프를 들어 올리는 저비용의 공중 파이프라인을 제안한다. 이 파이프라인은 장거리로 천연가스와 담수를 운반하는 데 사용된다. 메탄의 부력(1m³당 약 0.5kg)을 활용하고 날개 같은 구조물을 통합함으로써, 비용 효율적이고 환경에 해를 끼치지 않는 에너지 및 담수 공급이 가능해지며, 중국 서북부에 제안된 240억 m³의 가스와 2300만 톤의 담수를 수송하는 프로젝트를 통해 이를 입증한다.

ABSTRACT

Offered is a new type of low-cost aerial pipeline for delivery of natural gas, an important industrial and residential fuel, and freshwater as well as other payloads over long distances. The offered pipeline dramatically decreases the construction and operation costs and the time necessary for pipeline construction. A dual-use type of freight pipeline can improve an arid rural environment landscape and provide a reliable energy supply for cities. Our aerial pipeline is a large, self-lofting flexible tube disposed at high altitude. Presently, the term "natural gas" lacks a precise technical definition, but the main components of natural gas are methane, which has a specific weight less than air. A lift force of one cubic meter of methane equals approximately 0.5 kg. The lightweight film flexible pipeline can be located in the Earth-atmosphere at high altitude and poses no threat to airplanes or the local environment. The authors also suggest using lift force of this pipeline in tandem with wing devices for cheap shipment of a various payloads (oil, coal and water) over long distances. The article contains a computed macroproject in northwest China for delivery of 24 billion cubic meter of gas and 23 millions tonnes of water annually.

연구 동기 및 목표

• 장거리로 천연가스와 담수를 운반하기 위한 저비용, 대규모 인프라 솔루션을 개발하기 위해.
• 원거리 또는 건조한 지역에서 전통적 파이프라인의 높은 건설 및 운영 비용 문제를 해결하기 위해.
• 특히 메탄의 부력(약 0.5 kg/m³의 부력력)을 활용하여 구조적 및 에너지 요구량을 줄이기 위해.
• 이중용도 파이프라인 시스템을 통해 건조한 농촌 지역의 에너지 및 담수 접근성을 향상시키기 위해.
• 파이프라인을 고고도로 올림으로써 항공기 및 환경적 위험을 최소화하기 위해.

제안 방법

• 고고도에서 천연가스와 담수를 담을 수 있는 대규모, 경량, 탄성 있는 파이프를 설계하기 위해.
• 공기보다 밀도가 낮은 메탄의 부력(부력)을 활용해 파이프라인의 자체 지지 구조를 확보하기 위해.
• 운영 중 안정성과 부력을 향상시키기 위해 파이프라인에 날개 같은 장치를 부착하기 위해.
• 항공기 통행과 지면 간섭을 피하기 위해 파이프라인을 1,000m 이상 고도에 위치시키기 위해.
• 유압 및 구조적 하중 계산을 통해 장거리 운반을 위한 시스템 모델링을 수행하기 위해.
• 연간 240억 m³의 가스와 2,300만 톤의 담수를 수송하는 중국 서북부의 대규모 프로젝트 제안하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 메탄의 부력을 활용해 장거리 가스 및 담수 운반을 위한 자체 지지형 저비용 파이프라인을 구현할 수 있는가?
• RQ2 경량이며 탄성 있는 파이프라인의 부력력을 어떻게 최적화하여 고고도에서 안정적으로 운용할 수 있는가?
• RQ3 이러한 시스템이 건조하고 원거리에 위치한 지역에서 기술적 및 경제적 실현 가능성을 어떻게 평가할 수 있는가?
• RQ4 동일한 구조물이 천연가스와 담수 운반을 동시에 위해 이중 용도로 사용될 수 있는가?
• RQ5 이러한 공중 파이프라인 시스템의 최대 적재 능력과 운영 수명은 얼마인가?

주요 결과

• 메탄의 부력은 약 1m³당 0.5kg의 부력을 제공하여 구조적 하중을 크게 감소시킨다.
• 제안된 파이프라인은 1,000m 이상 고도에서 운용되어 항공기 통행과 지면 장애물을 피할 수 있다.
• 제안된 중국 서북부 프로젝트에서는 연간 240억 m³의 천연가스와 2,300만 톤의 담수를 운반할 수 있다.
• 탄성 있고 경량의 재료를 사용함으로써 기존 파이프라인 대비 건설 및 운영 비용을 감소시킬 수 있다.
• 이중 용도 설계 덕분에 에너지 및 담수 공급을 동시에 지원하여 건조한 농촌 지역의 인프라 효율성을 향상시킨다.
• 고고도에 위치하고 있으며 밀도가 낮은 재료를 사용함으로써 항공기나 지역 환경에 위협을 주지 않는다.