<수소 및 연료전지>

"생각없이 읽다보면 재미있는 금융지식!"

 

 

1. 수소?

주기율표 상 첫번째 원소, 우주의 75% 구성. 가장흔한 원소. 순물질은 기체상태로 H2의 형태로존재

 

 

2.수소연료전지

수소를 연료로 이용해 전기에너지를 생성하는 발전장치.

일반화학전지와 다르게 공해물질을 내뿜지 않고 소음이 없음.

 

H2 + 0.5 O2 => H20 + 전기 + 열로 만드는 과정.

연료전지는 크게 연료극(양극, Anode), 공기극(음극, Cathode) 및 전해질부로 나누어지는데

 

공기극(음극, Cathode)에는 산소가 연료극(양극, Anode)에는 수소가 공급되면서

물의 전기분해 역반응(발열반응)으로 전기화학 반응이 진행되면서

전기, 열, 물이 발생되게 됨.

생성물이 전기와 증류수

 

 

3. 수소생산방식?

그린수소: 태양광, 풍력에서 나오는 전기로 물을 수전해해 생산. 생산과정중 CO2 분출하지 않아 이상적. 그러나 단가가 높음

그레이수소: 천연가스를 고온, 고압수증기와 반응시켜 물에 함유된 수소를 추출하는 개질 방식. 석유, 화학, 철강 공정 중에서 발생하는 부생수소가 여기에 포함

블루수소: 그레이수소를 만드는 과정에서 발생한 이산화탄소를 포집, 저장하여 탄소배출을 줄인 수소

브라운수소: 석탄이나 갈탄을 고온 고압에서 가스화해 수소를 추출하는 방식. 이산화탄소가 가장 많이 발생.

 

 

4. 국내 생산방식은?

 

 

5. 수소의저장과 운송

수소의 문제는 저장과 운반이 매우 까다로움. 수소는 부피당 저장밀도가 너무 작을뿐 아니라, 수소의 분자 원자 크기가 작아서 금속을 부식 시키는 취성 효과를 일으킴.

수소취성이란? 수소 분자가 금속 내부로 침투하여 점차 확산되면서 금속의 연성과 인장강도가 감소되는 현상

 

 

첫번째 해결 방식은 액화수소. 고압기체수소(200bar, bar는 약 0.98 기압, 200bar 는 약 200기압) 대비 높은 저장밀도를 가지도록함. 그러나 섭씨-253도로 냉각하는 과정에서 비용이 증가, Boil-off(자연기화) 방지를 위한 이중단열구조 등의 난이도 높은 기술도 개발 필요

 

두번째 해결방식은 액상수소(LOHC, Liquid Organic Hydrogen Carrier). 수소를 이용해 유기화합물을 만들고 이후 수소를 유기화합물에서 추출. 예를들어 수소에 톨루엔을 첨가하여 액상 MCH(Methylcyclohexane)으로 변환하여 이송. 치요다 화공건설이 중심. 기존석유 인프라(유조선 파이프라인) 그대로 활용가능. 후에 수소추출을 한번더 해야하기 때문에 비용증가. 국내에서 MBP라는 화합물 만듦 ?

 

세번째 해결방식은 수소를 암모니아로 변환. 수소와 질소를 결합하여 하버-보슈(Haber - Bosch) 공정을 통해 암모니아 합성 후 운송. 상온에서 대량 운송이 쉽고 기존 암모니아 인프라 사용 가능

* 하버보슈법

 

6. 유럽에서는 수소운송 파이프라인을 구축하고자 함.

기존 천연가스 배관의 75%를 개보수하여 사용할 예정. 배관소재 교체나 특수코팅 필요(수소취성때문)

 

 

7. 연료전지스택

자동차에서 가장높은 원가비중을 차지. 현대차 연료전지 방식은 PEMFC

https://young.hyundai.com/hyundai/news/detail.do?seq=7388

현대차 연료전지로 발전 .. ?

 

 

8. 열관리시스템

연료전지스택을 온도유지시켜줌. 연료전지스택 출력과 수명에 영향을 주기 때문에 중요.

 

 

9. 수소연료탱크

수소는 부피당 밀도가 낮음. (1번원소)

현대차 수소탱크는 700bar (약 680기압)수준으로 압축. 

현대차 수소연료탱크는 탄소섬유 강화 복합재(플라스틱)로 제작.

내부에는 폴리아마미드라이너(나일론계열) 사용.

 

10. 연료전지단점?

촉매의 가격이 너무 비쌈. 귀금속을 사용함. 백금, 팔라듐. 연료전지 스택의 비용 약 50%차지.

 

 

출처:

https://www.knrec.or.kr/energy/fuelcell_summary.aspx

https://www2.deloitte.com/content/dam/Deloitte/kr/Documents/consumer-business/2020/kr_consumer_article_20201104.pdf

https://greenhome.kemco.or.kr/ext/itr/intr/fuelBatteryIntro.do

https://www.kistep.re.kr/boardDownload.es?bid=0031&list_no=34997&seq=12808

https://tech.hyundaimotorgroup.com/kr/fuel-cell/fcev/