(주)케이워터크레프트

#04 탈탄소화를 위한 수소에너지로의 전환

안녕하세요. 수전해/수소연료전지 기반 발전 시스템을 개발하는 (주)케이워터크레프트입니다. 저번 시간에는 화석연료를 대체할 수 있는 수소에너지가 가진 잠재력에 관하여 알아보았는데요. 오늘은 탈탄소화를 위한 수소 인프라가 세계 각국에서 어떻게 구축되고 있는지에 관하여 알아보겠습니다.탈탄소화를 위한 수소 인프라 투자는 이미 시작됐는데요,그중에서도 수소전기차 운행을 위한 수소충전소 설치 계획은 주목할 만한 성과입니다. 수소의 장점을 충분히 활용하기 위해선 수소 인프라 구축이 필수입니다. 예컨대 수소전기차를 위한 충전소 설치가 있습니다. 수소위원회 발표 자료에 따르면 각국 정부와 산업계는 2030년까지 5,000개 이상의 수소충전소를 건립할 예정입니다. 특히 중국은 향후 10년간 1,000개 수소충전소를 증설할 계획을 발표했습니다. 이는 최대 100만 대 가량의 수소전기차가 이용할 수 있는 규모죠. 계획대로 수소전기차 분야의 성장이 이뤄진다면, 2050년까지 전 세계 기준 1일 약 2천만 배럴(약 32억 리터)의 석유를수소가 대체할 것으로 전망됩니다. 현재 사용되는 수소는 부생 수소(석유화학 산업에서 부산물로 생성되는 수소), 추출 수소(액화천연가스에서 추출하는 수소) 등으로 생산 과정에서 일부 온실가스를 배출하고 있습니다. 하지만 기술 고도화로 온실가스를 배출하지 않는 수전해 방식(물을 전기분해해 수소를 얻는 방식)이 보편화되면수소에너지 사용으로 인한 배기가스 감소량은 약 4억 4천만톤에 달할 것으로 예상됩니다. 이러한 수소에너지를 활성화시키기 위한 시도는 세계 곳곳에서 이뤄지고 있습니다.1. 중국중국은 수소전기차 개발 및 보급에 가장 적극적인 나라 중 하나입니다. 앞서 언급한 수소충전소 건축 계획 이외에도 수소전기차 자체 개발을 위한 시도도 이뤄지고 있습니다. 상하이는 ‘수소전기차 발전계획’을 통해2020년까지 100여 개 이상의 연료전지 부품기업을 유치하겠다고 발표했습니다. 중국 자동차 산업의 메카 중 한 곳인 후베이성 우한도 2025년까지 세계적인 수소 도시가 될 것을 공언, 2020년까지 수소에너지 산업 파크를 조성해 100곳 이상의 수소전기차 관련 기업을 유치하겠다고 밝혔습니다.전기차 구매 보조금은 축소하면서도, 수소전기차 구매 보조금은 유지하는 등 수소전기차 보급에도 적극적입니다. 상하이자동차 수소전기차 모델 FCV80출처. www.baidu.com 2. 일본일본은 수소전기차 외에도 다방면에서수소에너지를 활용하고 있습니다. 일본 고베시 외곽의 인공섬 ‘포트아일랜드’에는 이미 수소발전소를 완공했고, 생산된 전기와 열은 고베시 내 공공시설에 공급하고 있습니다. 수소발전소에서 만들어진 수소에너지가 전력망을 통해 도심의 복수 시설로 공급되는 것은 세계 최초입니다.소형 분산 발전 연료전지 시스템 ‘에너팜’은 일본에서 흔히 볼 수 있는 가정용 연료전지입니다. ‘에너팜’은 도시가스를 개질기(수소를 주성분으로 하는 가스를 생산하고 연료전지 스택에 공급하는 장치)에 통과시켜 수소를 추출해 발전하는 시스템으로 일본 내 25만대 가량이 보급됐습니다. 일본은 수소전기차 및 발전된 연료전지 시스템을 기반으로 2021년 도쿄 올림픽에서 선수촌 내 시설과 이동 차량 등에 수소 에너지를 사용하겠다고 밝혔습니다. 일본 도시가스사의 에너팜(Ene-Farm)출처. http://www.h2news.kr/ 3. 독일 독일은 오래전부터 수소 사회로의 진입을 준비하고 있습니다. 2004년부터 2015년까지 진행된 ‘클린에너지파트너십(CEP)’을 통해 수소충전소를 확충하고 수소전기차 시범주행 등을 실시했습니다. CEP 프로젝트는 대도시를 중심으로 9개 고속도로를 연결,독일 전역을 수소전기차 운영권역으로 만드는 것이 주된 목표입니다. 독일은 CEP 프로젝트를 통해 수소충전소 57곳(2018년 기준)을 구축하는 성과를 거뒀습니다. 2017년부터는 ‘H2 모빌리티 프로젝트’를 추진 중입니다.수소충전소 사업계획 책정과 보급지역 분석 및 실제 운영을 위해에너지기업체 6개사가 공동 출자회사 형태로 참여했습니다. 프랑스 발전설비회사 알스톰이 개발하고 독일 잘츠기터 공장에서 제작한 세계 최초의 여객용 ‘수소연료전지 열차’ 운행도 앞두고 있습니다. 이 열차는 수소 에너지를 사용하여최대시속 140km/h의 속도로 한 번에 1,000km를 주행할 수 있습니다. 알스톰(Alstom)이 개발하고 있는 수소연료전지 친환경 열차 코라디아 아이린토(Coradia iLint)출처. www.zdnet.co.kr 4. 미국 미국은 캘리포니아주 정부가 적극적으로 수소 에너지를 도입하고 있습니다. 풍력발전의 잉여전력과 천연가스 인프라를 활용해 수소를 생산 및 공급하는 ‘윈드투에이치투(Wind2H2)’ 프로젝트를 진행 중이고, 자동차 제조사에 친환경차 판매를 의무화하는 조항인 ‘ZEV (Zero Emission Vehicle)’ 규정도 도입했습니다. 주정부와 기업의 협력도 원활하게 이뤄지고 있습니다. 민관 합동으로 ‘수소연료 파트너십 (California Fuel Cell Partnership)’을 구축해 수소전기차 보급 및 수소 충전 인프라 확대를 추진 중입니다. 캘리포니아 주정부와 연방정부, 현대차, GM, 메르세데스-벤츠 등 총 7개 자동차 제조사, 에너지 회사인 로열더치셸이 참여하고 있습니다. 미국의 Wind2H2 프로젝트 조감도출처. https://www.nrel.gov 5. 영국 영국은 ‘H21 Leeds City Gate’ 시범사업을 통해 도시 전체의 난방망을 100% 수소에너지로 전환해 사용하는 실험을 단행하고 있습니다. 실제로 도시 전체에 화석 연료나 전기 에너지를 활용한 난방 시스템이 아닌 수소에너지를 활용한 연료전지 시스템을 설치해 운용함으로써 실현 가능성 및 효용성을 판단하겠다는 포석이 깔려있습니다. 이외에도 영국 교통부는 수소전기차 확대를 위한 기금을 마련해 경찰차, 택시 등으로 활용할 수소전기차를 약 200여 대 구매할 예정이고, 영국 글래스고 항에 본사를 둔 퍼거슨 마린은 세계 최초의 수소 페리(선박)를 제작하겠다고 밝혔습니다. 영국 철도청은 2040년까지 디젤 전용 열차를 완전히 배제할 것을 제안했고, ‘버밍험 철도 연구 및 교육 센터(BCRRE)’는 영국에 첫 번째 친환경 여객용 열차를 투입하기 위해 ‘Hydro FLEX’ 프로젝트에 착수했습니다. 퍼거슨 마린의 수소페리 HySeasⅢ출처. www.hyseas3.eu

2020.05.11

#03 수소에너지의 잠재력

안녕하세요. 수전해/수소연료전지 기반 발전 시스템을 개발하는 (주)케이워터크레프트입니다. 지난 시간에는 화석연료를 대체 할 수 있는 수소에너지에 관하여 알아보았는데요. 오늘은 수소에너지의 잠재력에 관하여 알아보겠습니다. 현재 수소는 산업용의 기초 소재, 식품·유지 산업, 반도체 산업의 환원 가스로부터 일반 연료, 수소 연료전지기반 자동차, 비행기, 선박, 지게차 등 현재의 에너지 추진 및 구동 시스템의 거의 모든 분야에 이용될 가능성을 지니고 있습니다. 차세대 에너지원으로서 손색이 없는 수소, 어떤 특성들을 가졌기에 이러한 평가를 받는 것일까요? 그럼, 저희와 함께 알아보도록 하겠습니다. 1. 친환경적이다. 18세기 산업혁명의 시작 이래로 화석연료를 장기적으로 무분별하게 사용하여 환경오염과 자연재해로 지구가 몸살을 앓고 있습니다. 그 때문에 화석연료의 단점을 보완하면서 인류의 산업 활동을 편리하게 유지할 수 있는 새로운 에너지원에 관한 관심이 매우 증가하고 있는데요, 그 해결책의 하나로 수소에너지가 주목받고 있습니다. 산업혁명과 에너지원의 변화 수소 에너지는 공해물질을 배출하지 않아 환경오염을 최소화할 수 있습니다. 즉, 수소 에너지를 사용하면 대기 중으로 이산화탄소, 질산화물, 황산화물의 배출이 줄어들며, 각종 유해 물질과 미세먼지 저감을 통해 대기 환경 오염 문제도 감소하게 됩니다 2. 경제적으로 효율적이다. 각 국가와 기업들은 수소 에너지 활용 연구에 집중하고 있습니다. 수소가 온실가스 배출을 저감시킬 뿐만 아니라 경제적 효용 측면에서도 다른 친환경 에너지 대비 강력한 잠재력을 지녔기 때문입니다. 지속적인 관련 기술 개발로 수소 에너지가 활성화된다면, 수소위원회는 수소가 2050년까지 전 세계 에너지 수요의 18%를 차지할 것으로 전망했습니다. 이는 약 2조 5천억 달러(약 2,800조 원) 규모의 관련 시장을 창출하고, 전 세계 3천만 개의 일자리를 만들어 낼 것으로 기대되고 있습니다. 수소 에너지는 환경 정화 효과와 함께 실리까지 챙길 수 있는 셈입니다. 3. 지역적 편재성이 없다. 여러 신재생에너지중, 풍력, 수력은 공해가 없고 무제한 사용할 수 있는 에너지이지만, 바람이나 수자원이 풍부한 곳에서만 전기를 생산할 수 있는 지역적 편재성이 그 제한 요소가 되고 있습니다. 그리고 태양광에너지는 일조량과 밤에는 에너지를 생산하지 못하는 출력한계가 있어 에너지 생산에 제한이 많이 있습니다. 하지만 수소가 다른 대체 에너지보다 미래의 에너지로서 더욱 유리한 것은 에너지 매체로서 물이나 유기물로부터 생산될 수 있는 양이 무제한적이기 때문입니다. 그리고 에너지 밀도가 높아 작은 양으로도 큰 에너지를 만들 수 있기에 제어를 위한 적정기술이 잘 개발되면 무한에너지원이 될 수 있습니다. 친환경적이지만 안정적인 전력생산이 힘든 풍력에너지 출처 : http://blog.energy.or.kr 친환경적이지만 날씨에 따른 출력편차가 큰 태양열에너지 출처 : https://www.prnewswire.com 수소연료전지의 발전원리 출처 : http://www.doosanmobility.com 참고문헌. 수소 혁명의 시대(김미선) 알기 쉬운 수소에너지(한국에너지기술연구원) 오늘은 수소에너지의 잠재력에 대해 알아보았습니다. 다음 시간에는 탈탄소화를 위한 수소에너지로의 전환에 대해 소개해드리겠습니다. We Build Sustainable Clean Energy World 수전해/수소연료전지 시스템 전문기업 #수소 #수소에너지 #수소란 #수소의정의 #수소의특징 #친환경에너지 #케이워터크레프트 #KWATERCRAFT #Hydrogen #수전해 #연료전지 #에너지자립형전력공급장치 #WATERSTATION #워터스테이션 [이 게시물은 최고관리자님에 의해 2020-06-08 18:26:11 알기쉬운수소이야기에서 이동 됨]

2020.05.06

#02 수소개발의 과거

안녕하세요. 알기 쉬운 수소이야기를 전해드리는 수전해/수소연료전지 기반 발전시스템을 개발하는 (주)케이워터크레프트입니다. 화석연료를 대체 할 수 있는 수소에너지에 관하여 알아보고자 하는데요. 오늘은 수소의 발견과 과거의 수소 활용에 관하여 알아보겠습니다. 1. 수소의 발견 수소는 헨리 캐번디시에 의해 처음 발견되었습니다. 1776년 영국 왕실학회에서 물의 구성성분이라는 실험을 통해 산소와 함께 물을 구성하는 수소를 증명하였습니다. 이로부터 수소는 물을 뜻하는 Hydro와 생성한다는 의미인 Gennao라는 그리스어가 합성되어 Hydrogen으로 불리게 되었으며, 화학식으로는 H₂로 표시하게 되었습니다. 수소를 처음 발견한 헨리 캐번디시(Henry Cavendish) 출처 : 나무위키 이어서 과거에는 수소가 어떻게 이용되었는지 배워보며, 수소이용의 역사를 살펴보도록 하겠습니다. 2. 수소의 활용: 과거 과거에는 수소를 내연기관, 도시가스, 비료제조, 운송수단의 연료 등으로 쓰였습니다. 수소가 인간에게 알려진지 200여년 정도밖에 안되었는데 이렇게 과거부터 다양한 분야에서 쓰였습니다. 그러면 과거에는 수소가 어떻게 쓰였는지 구체적으로 알아보겠습니다. (1) 수소기관 최초의 내연기관은 수소를 이용한 기관이었습니다. 1805년 리바츠(Rivaz)에 의해 최초의 수소 내연기관이 개발되었으며, 1820년 세실(W.Cecil)은 60rpm 으로 정속 구동하는 수소 내연기관을 개발하였습니다. 이삭 리바츠의 내연기관 출처 : https://www.pinterest.co.kr (2) 도시가스 19세기 초 수소는 도시가스로 이용이 되었습니다. 당시 석탄가스화에 의해 만들어진 도시가스(Town Gas)는 유럽과 미국에서 난방 및 조명용으로 쓰였는데, 이 가스에는 수소가 50% 함유되어 있습니다. (3) 비료 제조 1911년 화학자 보쉬(Carl Bosch)가 수소와 질소로 암모니아와 비료를 합성하는 방법을 개발한 뒤로 수소의 주요 용도는 비료 제조였습니다. 이렇게 생성된 암모니아는 질산, 황산과 혼합하여 질산암모늄이나 황산암모늄을 만듭니다. 이로써 비료를 만들어 식량문제를 해결하여 이 업적으로 보쉬는 1931년에 노벨화학상을 수상했습니다. 칼 보쉬(Carl Bosch) 출처 : 위키피디아 수소와 질소를 통해 비료를 제조하는 하버-보슈법 (4) 운송수단 연료 1839년 웨일스의 물리학자인 윌리엄 로버트 그로브(William Robert Grove)이 세계최초의 연료전지를 고안하였는데, 이 연료전지는 전해질과 함께 수소와 산소가 혼합해서 전기와 물을 생산했습니다. 하지만 촉매 등의 재료가 비싸고 생산 공정이 복잡하여 실현성이 부족하였습니다. 이후 1932년, 엔지니어 프란시스 베이컨(Francis T Bacon)은 기존의 연료전지 촉매제인 백금을 수소와 산소로 대체하였습니다. 이 연구에 의해 연료전지 생산비용도 절감되고, 생산 공정 시 황산을 사용하지 않아 부식성으로 비롯되는 문제가 줄어들었습니다. 1920-1930년대에 수소는 운송수단의 연료로 사용되었는데요. 독일의 엔지니어들은 대서양 정기항로에 투입된 상용 체펠린 비행선의 추진연료 가운데 하나로 수소를 사용했습니다. 뿐만 아니라 1930-1940년대 독일과 영국에서는 실험용 자동차와 기차는 물론 잠수함과 항적이 없는 어뢰의 연료로 수소를 사용했습니다. 20세기 초의 체펠린 비행선 출처 : https://www.nationalarchives.gov.uk/ 이렇듯 수소의 발견 후 인류의 발전에 수소가 중요한 역할을 가지게 되도록 많은 과학자들이 다양한 분야에 적용해보고 활용하여 발전시켰습니다. 참고문헌. 수소 혁명의 시대(김미선) 알기 쉬운 수소에너지(한국에너지기술연구원) 위키백과 Hydrogen Fuel Cells Innovation for the 21st Century(Mary Bellis) 오늘은 수소의 발견과 과거 수소의 이용에 대해 알아보며, 수소의 개발과 사용이 과거 200년 전부터 이어져왔다는 것을 알게 되었습니다. 다음 시간에는 “세계는 왜 요즘 수소 에너지에 주목하나” 첫 번째 시간으로 수소에너지의 잠재력에 대해 알아보도록 하겠습니다. We Build Sustainable Clean Energy World 수전해/수소연료전지 시스템 전문기업 #수소 #수소에너지 #수소란 #수소의정의 #수소의특징 #친환경에너지 #케이워터크레프트 #KWATERCRAFT #Hydrogen #수전해 #연료전지 #에너지자립형전력공급장치 #WATERSTATION #워터스테이션 [이 게시물은 최고관리자님에 의해 2020-06-08 18:26:11 알기쉬운수소이야기에서 이동 됨]

2020.05.06

#01 수소의 정의와 수소에너지

안녕하세요. 알기 쉬운 수소이야기를 전해드리는 수전해/수소연료전지 기반 발전시스템을 개발하는 (주)케이워터크레프트입니다. 화석연료를 대체 할 수 있는 수소에너지에 관하여 알아보고자 하는데요. 오늘은 수소의 정의에 관하여 알아보겠습니다. 수소는 우주가 시작할 무렵부터 자연에 존재했지만, 인간이 수소를 분리하고 이름을 붙이기 시작한지는 2백년 정도밖에 되지 않았습니다. 하지만 수소는 이미 40년 이상 화학원료, 우주탐사용 연료로서 많이 사용되어왔습니다. 수소의 질량당 에너지 밀도는 142kJ/g으로 다른 화석연료와 비교했을 때 휘발유의 4배, 천연가스의 3배 수준입니다. 단순 비교로 보면 같은 양으로 3~4배의 에너지를 낼 수 있다는 얘기인데요, 수소를 이용한 연료전지 발전 효율도 47%로 화력 35%, 태양광 17%보다 높습니다. 이러한 수소를 안전하게 사용해 우리 인류에게 큰 에너지원이 되게 하려면, 우선 수소는 무엇인지, 그리고 어떤 특성을 가지고 있는지를 알아야 합니다. 지금부터 수소의 특성에 대해 하나하나 알아볼께요. 1. 수소의 정의 수소는 인간이 현재까지 발견한 원소들 중에서 우주에서 가장 풍부하며, 가장 가볍고 간단한 구조를 가져 원자번호가 가장 작은 원소입니다. 수소의 정의를 크게 4가지로 나누어 보았습니다. (1) 우주에서 가장 풍부 (2) 가장 가볍고 (3) 가장 간단한 구조 (4) 원자번호 1번 정의 바탕으로 수소에 대해 조금 더 자세히 알아보도록 하겠습니다. 출처 : 나무위키 2. 수소의 특징 (1) 가장 가벼운 기체다. 수소는 색도, 냄새도 없는 가장 가벼운 기체입니다. 아래의 표에서 보이는 것처럼 수소 다음으로 가벼운 기체인 헬륨의 밀도의 대략 절반 정도입니다. 출처 : 알기 쉬운 수소에너지(한국에너지기술연구원) (2) 냄새도 없고, 색깔도 맛도 없다. 수소는 인간의 오감으로는 누출여부를 알기가 매우 어렵습니다. 냄새도, 색깔도, 맛도 없기 때문인데요, 따라서 수소를 감지할 수 있는 센서가 개발되어 누출사고 예방과 점검을 위해 안전하게 이용되고 있습니다. (3) 끓는점은 -253℃ 수소의 세 번 째 특징은 –253℃인 끓는점 입니다. 따라서 수소를 냉각시켜 액화하려면 상당히 많은 에너지가 필요합니다. 이러한 저온액체가 피부에 닿으면 저온화상을 입을 수 있습니다. 하지만 오늘날의 초저온기술은 이중벽 구조의 진공단열 등 잘 발달된 단열기술을 이용하여 안전합니다. 초저온기술을 이용해 만들어진 액화수소는 기체수소에 비해 800배 이상 적은 부피를 차지해 초저온 기술은 수소의 상용적 활용에 중요한 요소 기술이 됩니다. (4) 물 등의 용매에는 녹기 어렵지만 팔라듐 등의 금속에 다량의 수소가 저장된다. 수소는 열에 대해 안정한 기체입니다. 따라서 완전히 해리시키는 데에는 약 5000℃의 온도를 필요로 합니다. 한편 팔라듐, 백금, 니켈, 티탄, 철 등의 촉매성 금속에는 다량의 수소가 흡착 저장되므로 이 성질을 수소저장에 이용하고자 하고 기술이 개발되고 있습니다. (5) 연소시 이산화탄소를 발생하지 않으며, 전기에너지를 직접 얻을 수 있다. 수소는 지구온난화에 영향을 주는 이산화탄소를 발생시키지 않습니다. 이산화탄소가 발생하는 탄소가 분자 중에 포함되어 있지 않기 때문입니다. 오직 물만이 배출될 뿐이죠. 물을 전기분해해서 수소와 산소를 얻을 수도 있는 반면, 수소와 공기 중의 산소를 반응시켜 직접 전기에너지를 얻을 수도 있어요. (6) 수소 분자만으로는 거의 존재하지 않는다. 대기중 수소농도는 0.5ppm에 불과합니다. 단독으로는 거의 존재하지 않는 수소, 그럼 어떤 형태로 존재하는 것일까요? 수소는 물 또는 석탄, 석유, 천연가스와 같이 수소를 포함한 유기화합물로 존재합니다. 따라서 수소를 얻기 위해서는 물이나, 유기화합물을 원료로 하여 제조해야 합니다. 즉, 수소는 석탄이나 석유와 같은 1차 에너지원이 아니기 때문에 “에너지 매체” 또는 “에너지 담체”(energy carrier)라고 불립니다. 참고문헌. 수소 혁명의 시대(김미선) 알기 쉬운 수소에너지(한국에너지기술연구원) 위키백과 오늘은 수소의 정의와 특징에 대해 알아보았습니다. 다음 시간에는 수소에너지의 역사에 대해 소개해 드리겠습니다. We Build Sustainable Clean Energy World 수전해/수소연료전지 시스템 전문기업 #수소 #수소에너지 #수소란 #수소의정의 #수소의특징 #친환경에너지 #케이워터크레프트 #KWATERCRAFT #Hydrogen #수전해 #연료전지 #에너지자립형전력공급장치 #WATERSTATION #워터스테이션 [이 게시물은 최고관리자님에 의해 2020-06-08 18:26:11 알기쉬운수소이야기에서 이동 됨]

2020.05.06