수소 경제

수소 경제를 만들기 위해서는

수소 생산, 저장, 유통 및 이용 기술이 밑받침이 되어야 한다. 

1. 수소 생산

수소를 생산하기 위해서는 수소가 포함된 연료(탄화수소 CxHy나 물 H20)가 필요

현재 수소는 주로 화석연료(천연가스, 석유, 석탄)에서 생산

1. 수소 생산 방법

가. 물 전기분해

수소 생산능력 : 수 cm3/min ~ 수 천 m3/min

효율 : 70% 이상

단점 : 전기(고품질의 에너지) 사용

나. 광전지와 활용 (PV, Photovoltaics)

 

IEA-HIA 

국제에너지기구(IEA) 수소프로그램(HIA : Hydrogen Implementing Agreement)

Task 21 Bio-inspired hydrogen and biological hydrogen

생물학적 수소생산에 대한 기초 및 응용 기술을 개발하고 경제 및 사회적 관점에서 기술을 평가

Task 22 Fundamental and Applied Hydrogen Storage Material Development

고체물질에 수소 저장

Task 23 Small-scale reformers for on-site hydrogen supply

on-site 수소공급을 위한 소규모 개질기 개발

Subtask 1 Harmonized industrialization

개질기 성능 개발을 통해 개질 시설물의 도입, 비용 절감에 관한 연구

Subtask 2 Sustainability and renewable sourece

지속가능한 재생에너지원을 활용한 수소 생산 시설에 관한 연구

Subtask 3 Market studies 

시장 조사

Task 24 Wind energy and hydrogen integration

풍력으로부터 얻은 전기에너지로 물을 전기분해하여 수소 생산. 

Task 25 High Temperature Process for Hydrogen Production

500도 이상의 고온을 이용하여 수소생산공정(HTPs)을 개발

Task 26 Hydrogen from Waterphotolysis

태양에너지를 이용한 효율적 물분해를 달성하기 위한 혁신적인 반도체 물질 및 장치 개발

GaInP/GaAs로 변환효율 12.4~16.0% 달성, 내구성 확보 못함. PEC system을 통한 수소생산을 위한 신규물질 검토 중

Task 28 Large-Scale Hydrogen Infrastructure and Mass Storage

수소의 실제 사용을 구현하기 위한 거대규모의 수소 생산, 수송 및 저장을 위한 사회 간접 시설에 대한 모델링, 특성분석에 대한 이해와 국제 협력 목표

Task 29 Distributed and Community Hydrogen

기술적, 환경정, 경제적, 사회적 이유로 수소 사용이 분명한 곳을 파악하여 평가함으로서 공동체내에서 수소 사용 확대, 

공동체 규모 (1000명 내외, 500 kW 이하)

Fuel cell 2000 

http://www.fuelcells.org/db/

The online fuel cell information resource

수소의 용도

정유공장 -  원유의 수소첨가 반응 및 수소첨가분해에 의한 품질 향상

화학산업 - 암모니아와 메탄올과 같은 다양한 화합물의 합성

야금 분야 - 환원 또는 보호 기체로서의 사용

우주 계획 부문

향후 수소 에너지가 기존의 화석에너지와 경쟁력을 갖기 위해서는

$0.99/kg H2 이하의 비용수준을 확보해야 할 것으로 분석되었다.^[각주:1]

수소에너지 수요 전망

2030년 이후에 급격히 증가하여 2050년에 12,191천 톤에 이를 것으로 전망하였다.

수소 생산 및 공급 전망

대다수의 수소는 LNG를 통하여 생산이 되며 

2040년 이후 신재생에너지원(풍력, 바이오)를 활용하여 수소 생산을 할 것이라는 예상이다.

수소 생산 기술 분류

수소 생산 기술은 크게 화석연료 이용 기술과 비 활용 기술로 나눠진다. 

수증기 촉매 개질 공정(SMR, Steam Methane Reforming)

수증기를 가하여 분해반응을 일으켜 물과 탄화수소분자에 포함된 수소를 추출해내는 방법

이산화탄소 개질공정(CRD, Carbon Dioxide Reforming)

높은 CO 함량비의 합성가스를 얻을 수 있으며 옥소 합성 공정이나 화학에너지 전송시스템등에 응용이 가능하다. 

격렬한 흡열반응 

부분산화 공정(POX, Partial Oxidation) 

메탄올 일부 산화시켜 합성가스를 제조하는 방법. 

에너지 비용이 현격히 줄일 수 있다.

무촉매 부분산화 공정과 촉매 부분산화 공정으로 나뉜다.

자연개질 반응(ART, Autothermal Reforming)

무촉매 부분 산화 공정과 수증기 개질(SMR) 반응을 결합한 형태

수증기 개질반응에 필요한 열을 부분산화반응에 의하여 자체 공급하는 방식

천연가스를 직접분해를 위해 고온(1,400 도)의 반응조건이 필요하기 때문에 수증기 개질법에 비하면 효율이 낮은 편

석탄가스화

석탄을 불완전연소 및 가스화시켜 일산화탄소와 수소가 주성분인 합성가스를 만들어 내는 과정

고온 고압의 가스화기에서 수증기와 함께 한정된 산소로 불완전연소 및 가스화시킴

연료전지와 연계시키면 가스화 복합발전 연료전지(IGFC)가 됨

생물학적 수소 제조 기술

미생물이 태양에너지를 받아 미생물 고유의 광합성 작용에 의해 수소 생산

광화학적 수소 제조 기술

고아촉매와 빛을 이용하여 물에서 수소를 제조하는 공정

아직 효율이 낮음

전기분해 수소 제조 기술

전기를 이용하여 수소를 생산하는 수전해기술

수전해기술은 크게 알칼리 수전해, 고체고분자전해질 수전해, 고온수증기분해(HTE) 기술 등으로 분류된다.

 

열화학적 수소 제조 기술

물은 3,300K 이상 가열되면 직접 수소와 산소로 해리되는 과정을 이용

 폐사이클(Closed cycle)을 만들어 비교적 낮은 온도(1,300 K 이하)에서 물을 분해

원자력 이용 수소 제조 기술

원자로에서 발생하는 고온의 열을 이용하여 물 또는 탄화수소(천연가스)를 분해하여 수소를 생산

집중형 수소제조비용

수소를 만들려는 목적보다 공정에서 발생하는 수소

부생 수소

2013. 12. 12 작성

1. http://library.keei.re.kr/dliweb25/comp/search/viewer.aspx?type=F&CID=93057&id=9496 [본문으로]