청정 연료로 다양한 이름을 가진 수소 연료, 탄소 제로 연료는 가장 접근하기 쉽고 미래의 연료입니다. 연료는 다른 물질과 반응하여 에너지를 방출할 수 있는 모든 것입니다. 바이오매스, 천연가스, 원자력과 같은 국내 자원에 수소가 존재하면 미래의 연료가 됩니다. 태양광과 풍력과 같은 재생 가능한 전력을 통해 생산할 수도 있습니다. 이러한 모든 특성이 결합되어 운송, 발전 애플리케이션, 휴대용 전자 장치 및 전력 백업 시스템을 위한 대체 연료 옵션이 되었습니다.
여러 면에서 수소는 완벽한 연료입니다. 그것은 가장 깨끗하고 가장 효율적이며 재생 가능하고 환경에 무해한 에너지 루프를 생성합니다. 수소는 대부분의 원소와 화학적으로 결합하기 때문에 수년 동안 광범위한 응용 분야에서 공업용 화학 물질로 활용되어 왔습니다. 풍부한 존재감으로 인해 생산 방식이 다양해집니다. 수소 생산으로 넘어 갑시다.
수소연료 생산의 획기적인 기술
수소는 하나의 양성자와 하나의 전자의 화학적 구성으로 인해 다양한 물질과 쉽게 반응하여 미래 연료의 몇 가지 주요 문제를 해결할 수 있는 형태로 변형되기 때문에 가장 단순한 원소입니다. 수소의 에너지 효율성과 환경적 영향은 순전히 수소가 어떻게 생산되는지에 달려 있습니다. 수소 연료를 만들기 위해 산업계에서 사용되는 몇 가지 방법이 있습니다. 그 중 몇 가지가 아래에 설명되어 있습니다.
전해 과정: 전류를 사용하여 물을 수소와 산소로 분리하는 이러한 방법을 전기분해라고 합니다. 태양열이나 풍력과 같은 재생 가능한 소스에 의해 생산된 전기, 생성된 수소도 재생 가능한 것으로 간주되며 많은 배출 이점이 있습니다. 가능한 경우 초과 재생 가능한 전기를 사용하여 전기분해를 통해 수소를 만드는 전력-수소 프로젝트가 시작됩니다.
메탄 열분해: 천연 가스 메탄 열분해를 사용한 수소 생산은 최근의 "온실 가스 없음" 4단계 공정입니다. 이 방법을 사용한 양산 개발은 산업 공정, 연료 전지 전기 대형 트럭 운송 및 가스터빈 발전에서 수소를 사용하여 더 빠른 탄소 감소를 가능하게 하는 열쇠입니다. 메탄 열분해는 고온(1340K, 1065°C 또는 1950°F)에서 용융 금속 촉매를 통해 버블링된 메탄 CH2를 사용하여 무공해 수소 HXNUMX 가스를 대량, 저렴한 비용으로 생산하고 무공해 고체 탄소를 생성합니다. C 온실 가스 배출이 없습니다.
CH4(g) → C(s) + 2 H2(g) ΔH° = 74 kJ/mol
메탄 열분해는 개발 중이며 상업적인 대량 수소 생산에 적합한 것으로 간주됩니다.
증기 개질(산업적 방법): 수소는 종종 매우 높은 온도에서 탄화수소에서 수소를 제거하는 천연 가스를 사용하여 생산되며, 수소 생산의 48%는 증기 개질에서 나옵니다. 상업용 벌크 수소는 일반적으로 대기 온실 가스를 방출하거나 CCS 및 기후 변화 완화를 사용하여 포집하여 천연 가스를 증기 개질하여 생산합니다. 증기 개질은 Bosch 공정으로도 알려져 있으며 수소의 산업적 준비에 널리 사용됩니다.
고온(1000–1400K, 700–1100°C 또는 1300–2000°F)에서 증기는 메탄과 반응하여 일산화탄소와 H2를 생성합니다.
CH4 + H2O → CO + 3H2
생물학적 과정: 생물학적 과정은 박테리아 및 미세 조류와 같은 미생물을 사용하며 생물학적 반응을 통해 수소를 생성할 수 있습니다. 미생물 바이오매스 전환에서 미생물은 바이오매스 또는 폐수와 같은 유기물을 분해하여 수소를 생성하는 반면, 광생물학적 과정에서 미생물은 햇빛을 에너지원으로 사용합니다.
태양열 기반 프로세스: 태양광 구동은 기본적으로 태양광 또는 방사선을 사용하여 수소를 형성합니다. 기본적으로 광생물학, 광전기화학, 태양열 열화학을 포함하는 XNUMX가지 종류의 태양열 구동 프로세스가 있습니다. 광생물학적 과정은 박테리아와 녹조류의 자연적인 광합성 활동을 이용하여 수소를 생산합니다. 광전기화학 공정은 특수 반도체를 사용하여 물을 수소와 산소로 분리합니다. 태양열 열화학 수소 생산은 집중된 태양열 발전을 사용하여 금속 산화물과 같은 다른 종과 함께 물 분해 반응을 유도합니다.
기술 산업의 실제 응용
자동차 산업의 응용
수소는 높은 효율과 탄소 배출 제로로 인해 자동차 산업의 대체 연료로 생각됩니다. 차량의 수소 사용은 연료 전지 연구 및 개발의 주요 초점입니다. 미국과 같은 국가에는 수소 충전소도 있습니다. 대부분의 수소 연료 차량은 수소 연료 전지로 구동되는 전기 모터가 장착된 자동차 및 대중 교통 버스입니다. 이러한 차량 중 일부는 수소를 직접 연소합니다. 연료 전지의 높은 비용과 수소 충전소의 제한된 가용성은 수소 연료 차량의 수를 제한했습니다. 수소 연료 전지조차도 독일의 기차에 사용되며 향후 XNUMX년 안에 영국, 프랑스, 이탈리아, 일본 및 미국에 도달할 수 있음을 발견했습니다. 개인용 차량의 경우 XNUMX개의 주요 자동차 제조업체가 개인용 수소 연료 전지 전기 자동차(FCEV)를 개발하고 있습니다. 주목할만한 모델로는 Toyota Mirai, Honda Clarity, 현대 Nexo 및 BMW가 있습니다.
전기 생산에서
수소 연료 전지는 수소와 산소 원자를 결합하여 전기를 생산합니다. 수소는 배터리와 유사한 전기화학 셀에서 산소와 반응하여 전기, 물 및 소량의 열을 생성합니다. 다양한 응용 분야에 다양한 유형의 연료 전지를 사용할 수 있습니다. 소형 연료 전지는 노트북 컴퓨터와 휴대폰, 군용 애플리케이션에 전력을 공급할 수 있습니다. 대형 연료 전지는 건물의 백업 또는 비상 전원용으로 전기를 공급할 수 있으며 전력망과 연결되지 않은 장소에서 전기를 공급할 수 있습니다.
그 외에도 수소는 많은 해양 애플리케이션, 우주 애플리케이션 및 전력 백업 생성에도 주로 사용됩니다.
대체 연료로서 수소가 제기하는 과제
우리는 동전에 양면이 있다는 말을 항상 들어왔습니다. 새로운 미래 연료도 마찬가지입니다. 산업계에서 수소연료를 사용하기 위한 도전에 대해 이야기하면 상당히 많은 것이 합리적이고 피할 수 없는 일입니다. 그 중 몇 가지가 아래에 나열되어 있습니다.
수소 추출
우주에서 그렇게 풍부하게 이용 가능함에도 불구하고, 추출은 매우 어렵습니다. 수소는 자체적으로 존재하지 않으므로 전기분해를 통해 물에서 추출하거나 탄소 화석 연료에서 분리해야 합니다. 이 두 프로세스 모두 달성하려면 상당한 양의 에너지가 필요합니다. 이 에너지는 수소 자체에서 얻는 것보다 많을 뿐만 아니라 값이 비쌀 수 있습니다.
원자재 비용 및 추가 투자
수소를 추출하려면 백금이나 이리듐 같은 귀금속이 촉매로 필요하고 전기분해를 위한 전해조도 거의 필요하지 않다. 이러한 모든 추가 비용으로 인해 원자재 가격이 높아집니다. 높은 비용으로 인해 일부 사람들은 수소 연료 전지에 대한 투자를 중단했습니다. technology. 수소 연료전지를 모든 사람이 이용할 수 있는 연료원으로 만들기 위해서는 이러한 비용을 줄여야 합니다. 수소 연료전지가 진정으로 실행 가능한 에너지원이 될 때까지 개발하려면 투자가 필요합니다. 이를 위해서는 기술을 개선하고 성숙시키기 위해 개발에 시간과 돈을 투자하려는 정치적 의지도 필요합니다.
인프라 및 수소 저장
화석 연료는 수십 년 동안 사용되어 왔으며 이 전원 공급 장치를 위한 기반 시설은 이미 존재합니다. 자동차 애플리케이션에 수소 연료 전지 기술을 대규모로 채택하려면 이를 지원하기 위한 새로운 연료 보급 인프라가 필요하지만, HGV 및 배달 트럭과 같은 장거리 애플리케이션의 경우 처음부터 끝까지 연료 보급이 사용될 가능성이 높습니다.
수소의 저장 및 운송은 화석 연료에 필요한 것보다 더 복잡합니다. 이는 수소 연료 전지를 에너지원으로 고려해야 하는 추가 비용을 의미합니다.
수소 연료는 가까운 장래에 가장 지속 가능하고 대체 가능한 연료 옵션이며 그 적용은 환경뿐만 아니라 증가하는 연료 수요에도 매우 중요합니다. 연구원들과 혁신 기업들은 수소를 물처럼 공업용뿐만 아니라 개인용으로도 사용할 수 있도록 노력해야 합니다.
시바 차우한
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