• 게시판
  • 알기 쉬운 수소이야기
알기 쉬운 수소이야기

#09 수전해의 과거

  안녕하세요. 수전해/수소연료전지 기반 발전 시스템을 개발하는 (주)케이워터크레프트입니다.  지난 시간에는 수전해란 무엇이며 다양한 수전해방법에 관하여 알아보았는데요. 오늘은 수전해의 과거에 대해 알아보겠습니다.​​수소는 공해가 없는 청정에너지이며, 미래 원천 에너지입니다.연료전지의 상용화를 통해 수소의 수요가 높아질 것이 예상됨에 따라 수전해는 비 화석 연료로부터 고순도의 수소를 얻을 수 있는 유력한 방법으로 주목을 받고 있습니다. 이러한 수전해가 과거에 어떻게 발명되고 개발되었는지 알아보겠습니다.​​1. 수전해의 발견  수전해는 네덜란드의 Jan Rudolph Deiman과 Adriaan Paets van Troostwijk에 의해 최초로 소개되었습니다. 얀 루돌프 데이먼과 아드리안 P. 트루스트위크는 1789년에 정전기 발생장치를 사용해서, 물에 담근 두 개의 금 전극 사이에 정전기 방전을 일으켜 물의 분해를 설명했습니다.  Adriaan Paets van Troostwijk(좌)와 Jan Rudolph Deiman(우)출처. https://chg.kncv.nl / https://wellcomecollection.org     이후 1800년 Alessandro Volta가 볼타파일(Voltatic pile)을 발명했고, 몇 주 후 영국 과학자 William Nicholson과 Anthony Carlisle은 그것을 이용해서 물을 전기분해 했습니다.​특히 독일의 의사이자 화학자인 Johann Wilhelm Ritter는 볼타파일의 기술을 이용하여, 물의 전기분해를 통해 산소와 수소 가스를 분리하였습니다.   Johann Wilhelm Ritter(좌)와 요한 빌헬름 리터가 물의 전기분해를 개발하기 위해 발명한 장치(우)출처. https://thewonderlist.net   아래 그림과 같은 볼타파일은 세계 최초의 전지로,서로 다른 금속 사이에 염류 용액을 삽입하면 이 두 종류의 금속 사이에 기전력이 생긴다는 것을 알게 된 전지의 시초라는 점에서 의의가 있으나, 대공업의 동력원으로서는 한계를 가지고 있습니다.   Voltaic Pile출처. https://nationalmaglab.org     2. 수전해의 발전  1800년 최초로 물의 전기분해가 성공한 이후, 수전해는 화학, 전기공학 등 여러 분야에서 이용되고 발전되었습니다.  우리에게 웃음가스(laughing gas)로 널리 알려진 아산화질소를 발견해낸 영국의 화학자 Humphry Davy는 수전해를 통해 알칼리금속을 발견해낸 과학자이기도 합니다. 1806년 험프리 데이비는 용해된 대기 질소가스의 양극에서 질소의 산화물이 생성되었다는 결론을 내고 증류수 전기분해 실험의 결과를 보고했습니다. 그는 질소의 산화물, 특히 아산화질소를 연구하고 1807년부터 전기분해에 의해 알칼리금속 및 알칼리토금속류의 단리(시료로부터 단일한 물질을 순도가 높게 분리해 내는 것)에 성공했습니다.   Humphry Davy출처. Wikipedia    벨기에에서는 Zénobe Gramme이 1869년에 그람 발전기를 발명했는데, 더 낮은 비용으로 수전해를 통해 수소를 생산할 수 있도록 해주었습니다. 그람 발전기는 제노베 그람의 이름을 따서 만들어진 직류를 생산하는 발전기이며, 업계에서 상업적 규모로 전력을 생산하는 최초의 발전기였습니다. 1869년에 그람이 발명한 이 발전기가 전동기로도 사용할 수 있다는 사실이 알려지면서, 전원의 제약에서 해방되었으며 이후 전기공학의 급격한 발전이 이루어졌습니다.     Hand Gramme Machine(좌)과 Zénobe Gramme(우)출처. https://m.gettyimagesbank.com / Wikipedia   전기분해를 통한 수소와 산소의 합성 방법은1888년 러시아의 물리학자이자 기상학자 Dmitry Lachinov에 의해 개발되었고, 이 기술에 의해 1902년까지 400개 이상의 산업용수 전해조가 가동되었습니다.   Dmitry Lachinov출처. Wikipedia  이렇듯 과거에는 1800년대부터 전 세계적으로다양한 과학자들에 의해수전해가 발견되었고, 발전되어 나갔습니다.​   참고문헌.   Wikipedia니콜라 테슬라 평전(W.버나드 칼슨)Storing Energy: with Special Reference to Renewable Energy Sources(Trevor M. Letcher)https://chg.kncv.nlhttps://m.gettyimagesbank.comhttps://nationalmaglab.orghttps://wellcomecollection.org​ ​​오늘은 과거 수전해의 발견과 발전에 대해 알아보았습니다.   다음 시간에는 오늘날의 수전해의 이용에 대해 소개해드리겠습니다.     We Build Sustainable Clean Energy World수전해/수소연료전지 시스템 전문기업    #수소 #수소에너지 #수소란 #수소의정의 #수소의특징 #친환경에너지 #케이워터크레프트 #KWATERCRAFT #Hydrogen #수전해 #연료전지 #에너지자립형전력공급장치 #WATERSTATION #워터스테이션   

2020.06.15

#08 수전해의 정의

   안녕하세요. 수전해/수소연료전지 기반 발전 시스템을 개발하는 (주)케이워터크레프트입니다. 지난 시간에는 수소사회 구현에 앞장서고 있는 규슈대 캠퍼스에 관하여 알아보았는데요. 오늘은 수전해란 무엇이며 다양한 수전해방법에 대해 알아보겠습니다.   1. 수전해(Water Electrolysis)란  지구온난화와 화석연료의 고갈에 따른 대체에너지의 연구개발에 대한 요구가 지속적으로 높아지고 있는 가운데 실용가능성 있는 환경 및 에너지 문제 해결의 유일한 대안으로 수소에너지가 주목받고 있습니다.  현재 독일, 미국, 일본, 캐나다 등 여러 선진국에서 수소 생산방법 개선 및 생산효율 증대를 위한 연구가 활발히 이루어지고 있습니다.  수전해(Water Electrolysis)란 물의 전기화학반응을 통해 수소와 부산물로 산소를 생산하는 기술을 일컫습니다. 이산화탄소 같은 온실가스는 물론이고 오염물질 없이 수소를 생산할 수 있는 청정기술이기 때문에 에너지신산업 도약에 있어 핵심이 되는 기술입니다.  수전해는 알칼리 전해액을 이용하여 수소를 생산하는 알칼라인기술이 처음 발견된 후 산업계에 사용된 지 100년 이상 되었습니다.신기술이 개발되면서 현재 수전해 수소제조 기술은 크게 고온 수증기전해법(HTE, High Temperature Electrolysis), 알칼리 수전해법(AE, Alkaline Electrolysis), 양성자 교환막전해법(PEM, Proton Exchange Membrane)으로 구별됩니다.  수전해의 원리출처. https://en.wikipedia.org/wiki/File:Electrolysis.svg  2. 수전해 방법  수전해법의 대표적인 방법은 고온 수증기전해법(HTE, High Temperature Electrolysis), 알칼리 수전해법(AE, Alkaline Electrolysis), 양성자 교환막전해법(PEM, Proton Exchange Membrane)이 있습니다.    (1) 고온 수증기전해법 (HTE, High Temperature Electrolysis)  고온 수증기전해법은 물을 분해하기 위해 필요한 전기에너지가 고온에서 더 낮아지는 현상을 이용한 방법입니다.   따라서 적은 전기에너지로 고효율의 물 분해가 가능하고,고체산화물전지(SOFC, Solid Oxide Fuel Cells)와 그 구조 및 원리가 같은 장치이기 때문에 양방향 운전이 가능하고 전력 저장을 위한 시스템으로 구성이 가능합니다.또한, 고체상의 전해질을 사용함으로써 부식에 대한 내구성이 뛰어나고, 전해액을 사용하는 수전해법과 달리 전해액을 보충하지 않아도 돼 유지 및 보수가 용이하다는 장점도 갖습니다.  그러나 수증기를 700℃ 이상으로 가열하는데 추가열원을 필요로 하며, 고온의 작동조건을 가지기 때문에 고온에서 충분한 내구성을 가지는 고체전해질에 대한 연구와 개발이 필요합니다. 이러한 이유로 다른 수전해법에 비해 그 기술적 성숙도가 떨어집니다.    고온 수증기전기분해법의 원리출처. https://en.wikipedia.org​  (2) 알칼리 수전해법 (AE, Alkaline Electrolysis)  알칼리 수전해법은 알칼리 전해액을 이용하는 물 전기분해법으로 단극식 전극을 사용해 직렬로 구성하는 방법과 양극식 전극을 병렬로 연결해 사용하는 방법이 있습니다.   단극식의 경우 설계와 유지보수가 용이하나 낮은 전류밀도를 가지며 낮은 온도에서 사용되기 때문에 그 효율이 낮습니다.​반면 양극식의 경우 분리막과 전극을 적층으로 만들어 병렬로 연결하기 때문에 높은 전압과 전류밀도를 갖고, 수소를 고압으로 생산할 수 있으며,80~90℃ 정도의 적당한 온도에서 운전이 가능하다는 장점이 있습니다.  알칼리 수전해 장치의 대략적인 공정은 크게 초순수제조 장치와 전해액 제조를 위한 교반탱크, 전해조, 수소 및 산소의 저장탱크로 구성돼 있습니다. 알칼리 수전해 장치공정은 전해액 제조에 필요한 초순수를 공급해 전해액을 제조하며, 주로 사용되는 전해액은 NaOH(수산화나트륨)와 KOH(수산화칼륨)를 사용합니다.전해조에 사용되는 전극은 주로 탄소강에 Ni(니켈)를 도금시켜 사용하며, 음이온 교환막에는 주로 음이온 교환이 가능한 다공성 석면이나, 테프론 계열의 고분자체가 사용된다.다공성석면은 가격이 저렴하고 90℃까지 내구성 문제 없이 사용이 가능하나, 이후 더 높은 온도에서는 침식에 의한 내구성 저하의 문제를 갖고 있습니다. 고분자계열의 교환막은 고온고압에서 안정적인 성능과 내구성을 보유한다는 장점이 있으나, 가격이 비싸다는 단점이 있습니다.​ 알칼리 수전해법의 과정출처. https://www.researchgate.net​ (3) 양성자 교환막전해법 (PEM, Proton Exchange Membrane)  양성자 교환막전해법은 전류밀도가 높아 에너지 효율이 매우 높은 방법으로 작은 크기로도 제작이 가능합니다.   또한, 수전해 Cell을 적층형식으로 제작할 수 있어 제작 공정을 단순화할 수 있고, 전해액을 사용하지 않고 순수한 물을 원료로 하기 때문에 순도가 매우 높습니다.이와 함께 전해액으로 인한 장치 부식 문제가 없으며, 작동 압력을 수백 기압으로 설계가 가능합니다. ​하지만 사용되는 분리막이 매우 고가이고, 그 자체가 강력한 부식성을 가지고 있어 내구성이 좋은 귀금속 계열의 전극이 사용된다는 점, 또 분리막의 수명이 짧아 전체적인 유지비용이 많이 든다는 점 등 여러 단점이 있습니다.  그러나 저온수전해 방법 중 알칼리 전해는 가격이 저렴한 반면, 저 전류밀도(장치가 10배 PEM 보다 큼)에서 운전되기 때문에, 향후 가격 및 성능경쟁에서 양성자 교환막전해법보다 불리하게 될 전망으로 주로 양성자 교환막전해법을 이용한 개발이 이루어지고 있습니다. ​  양성자 교환막전해법의 원리출처. https://en.wikipedia.org​참고문헌. 고온수증기전기분해(HTSE) 공정(신영준)고효율 수전해 기술(우상국, 유주현, 문상봉)수소 혁명의 시대(김미선)수전해 장치 기술 개요 및 전망(이택홍)http://amenews.dadamedia.net   오늘은 수전해란 무엇이며, 다양한 수전해의 방법에 대해 알아보았습니다.   다음 시간에는 수전해의 과거 이용에 대해 소개해드리겠습니다.     We Build Sustainable Clean Energy World수전해/수소연료전지 시스템 전문기업​​ #수소 #수소에너지 #수소란 #수소의정의 #수소의특징 #친환경에너지 #케이워터크레프트 #KWATERCRAFT #Hydrogen #수전해 #연료전지 #에너?

2020.06.08

#07 수소사회 구현: 수소연료전지 실증프로젝트 거점 ‘규슈대’

   안녕하세요. 수전해/수소연료전지 기반 발전 시스템을 개발하는 (주)케이워터크레프트입니다.  저번 시간에는 수소경제란 무엇이며 수소경제의 핵심을 이루는 수소연료전지에 관하여 알아보았는데요. 오늘은 수소사회 구현에 앞장서고 있는 일본 규슈대 캠퍼스에 관하여 알아보겠습니다.​​1. 일본의 수소경제시대 준비​화석연료 시대 종말론이 점차 현실화되고 있는 가운데 수소에너지에 대한 관심이 더욱 높아지고 있습니다. 수소 경제 시대를 가장 적극적으로 준비하는 국가는 바로 가깝고도 먼 이웃나라인 일본입니다.  일본은 1980년 설립된 정부 산하 신에너지산업 기술종합개발기구(NEDO)를 중심으로 수소 경제 시대를 준비해 왔습니다. 1970년대에 세계를 강타한 두 차례의 오일쇼크 여파로 에너지의 다양화가 요구된 가운데서둘러 새로운 에너지 개발에 착수한 것입니다.​  일본 수소 연료전지 시장 규모 예측출처. http://magazine.hankyung.com           일본에서 수소경제 시대의 밑그림이 가장 먼저 그려지고 있는 곳은 후쿠오카현입니다. 일본 4대 공업지역 중 하나인 ‘기타큐슈 공업지대’가 자리한 후쿠오카는 제철소에서 철광석을 제련할 때 수소가 발생합니다.이 때문에 이미 오래전부터 수소를 어떻게 활용해야 할지에 대해 고민해 왔습니다.  후쿠오카는 2004년 일본 최초로 산·학·관 연계 ‘후쿠오카 수소에너지 전략 회의’를 설립해 ‘후쿠오카 수소 전략 프로젝트(Hy-Life 프로젝트)’를 전개하고 있습니다. 해당 프로젝트에서는 수소에너지 관련 연구·개발을 비롯해 인재 육성, 사회 실증, 산업 육성 등에 대한 작업을 추진 중입니다. 이와 관련해 후쿠오카 수소에너지 전략회의의 한 관계자는 “전략회의에서는 그동안 산·학·연이 일체가 되어‘수소에너지 사회의 시각화 및 구체화’를 위해 노력해 왔다”며 “앞으로도 규슈대를 중심으로 수소에너지 연구에 집중하면서 수소·연료전지 분야의 시장 확대와 지역 산업으로서의 육성에 힘을 쏟을 계획”이라고 했습니다.   2. 수소연료전지 실증프로젝트의 거점 ‘규슈대’  후쿠오카 수소에너지 전략 회의 관계자가 수소 경제를 설명할 때 빠지지 않고 등장하는 곳이 있습니다. 바로 규슈대학교입니다. 규슈대는 수소분야의 연구에서 독보적인 위치를 차지하고 있습니다.  규슈대가 처음 수소에너지 연구에 착수한 것은 2003년입니다.당시만 해도 다른 일본 대학들은 수소에너지 연구에 큰 관심을 보이지 않았는데요,여기에는 앞서 언급한 후쿠오카의 지역적 특수성이 그 배경입니다.공업지대에서 발생하는 수소 활용에 대한 후쿠오카의 고민을 해결하기 위해 지역 거점 대학인 규슈대가 나선 것입니다.   (1) 고체 산화물 연료전지(SOFC) 개발  규슈대는 2005년 이토캠퍼스를 새롭게 조성하고 ‘수소에너지 연구센터’를 출범했습니다.   이를 중심으로 다양한 수소에너지 관련 프로젝트를 진행하면서 수소 경제 실현에 앞장서겠다는 계획을 지니고 있었습니다. 특히 최근 규슈대는 수소 경제의 핵심이라고 할 수 있는 수소·연료전지 분야, 그 중에서도 고체산화물 연료전지(SOFC) 개발에 집중하고 있습니다. SOFC는 수소와 공기만으로 전기를 발생시키는 친환경 전지입니다. 일반적으로 전력을 저장해 사용하는 전지에 비해가격이 저렴하고 연료의 연소과정이 없어 유독 물질을 배출하지 않는 것이 특징입니다.이와 관련하여 모리 아카리 규슈대 수소에너지 국제연구센터 주임교수는 “SOFC는 빌딩이나 마을 정도 규모의 큰 발전을 일으킬 때 그 위력을 발휘할 수 있을 것으로 기대한다”며  “자동차 연료전지는 어느정도 완성 단계에 들어섰지만 SOFC에 대해서는 앞으로도 연구해야 할 부분이 많다”고 했습니다.   SOFC의 가장 큰 고민거리는 내구성입니다. 섭씨 영상 1000도 이상의 고온으로 구동하기 때문에 어떤 재료를 사용해 내구성을 얼마나 높일 수 있는지가 핵심 과제입니다.  현재 275ha에 달하는 이토캠퍼스는 수소경제 실현의 실증 실험 캠퍼스로 활용되고 있습니다. 캠퍼스 내에서 사용하는 모든 에너지를 수소에너지로 대체하여이를 통해 생활하도록 하는 콘셉트입니다. 실제로 2015년 3월부터 차세대 연료전지를 캠퍼스 인근에 설치 후 가동 중입니다. 이곳에서 생산한 전기로 교내 전력 개통을 시험 운행하고 있는 것입니다.   (2) 캠퍼스 내 수소 스테이션  캠퍼스 내 수소 스테이션도 마련돼 있습니다. 2009년 연구를 목적으로 만든 규슈대 수소 스테이션은 규모는 크지 않았지만 기본적인 수소 스테이션의 모습과 성능을 보유하고 있었습니다. 압력이 낮아 충전 시간이 오래 소요되긴 하지만 큰 문제 없이 이용하고 있다는 게 수소 스테이션 관리자의 설명입니다.   규슈대 수소에너지 국제연구센터 산학연계연구원 하수오 박사는 “이처럼 규슈대 전체를 실험 대상으로 삼아 수시로 수집한 데이터를 반영해 피드백을 주다 보니 연구의 성과가 남다를 수밖에 없다”며  “수소 경제에 대한 관심도 높아지고 있는 만큼 규슈대의 수소에너지 연구는 더욱 속도가 붙을 것으로 보인다”고 했습니다.     규슈대 이토 캠퍼스에 설치된 수소 스테이션 내·외부 모습출처. http://magazine.hankyung.com 한편 일본 정부는 2009년 후쿠오카에 ‘수소 타운’을 구축하고 연료전지 민간 보급을 빠르게 확대해 나가고 있습니다. 일본 후지경제연구소는 세계 연료전지 시장이 2025년 66조원 규모로 성장하며 이 중 30.3%에 해당하는 20조356억원을 일본이 차지할 것이라고 전망했습니다. ​ 참고문헌. 100% 수소로 움직이는 규슈대 캠퍼스(한국경제매거진)日 수소·연료전지 실증프로젝트 거점 '규슈대학'(에너지데일리)​​​오늘은 수소연료전지 실증프로젝트 거점으로서의 규슈대 캠퍼스 사례를 중심으로 수소사회의 구현에 대해 알아보았습니다. ​다음 시간에는 수전해란 무엇인지에 대해 소개해드리겠습니다.       We Build Sustainable Clean Energy World수전해/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]

2020.06.01

#06 미래에너지 혁명: 수소경제

   ​안녕하세요. 수전해/수소연료전지 기반 발전 시스템을 개발하는 (주)케이워터크레프트입니다.  저번 시간에는 수소사회 진입을 위한 세계 각국의 동향에 관하여 알아보았는데요. 오늘은 수소경제란 무엇이며 수소경제의 핵심을 이루는 수소연료전지에 관하여 알아보겠습니다.   1. 수소경제란  수소경제는 수소를 주요 에너지원으로 사용하는 경제산업구조를 말합니다. 즉 화석연료 중심의 현재 에너지 시스템에서 벗어나, 수소를 에너지원으로 활용하는 자동차, 선박, 열차, 기계 혹은 전기발전, 열 생산 등을 늘리고, 이를 위해 수소를 안정적으로 생산- 저장- 운송하는 데 필요한 모든 분야의 산업과 시장을 새롭게 만들어내는 경제시스템입니다.​미국은 2003년 ‘수소 경제(Hydrogen Economy)’라는 함축적인 말로써 수소를 미래의 에너지원으로 전망하고, 이를 전 세계적으로 확산하기 위한 기점을 마련하였습니다. 이러한 국제적인 에너지 동향에 발맞추어 국내에서도 2004년을 수소에너지와 이의 전력화 응용 기술인 수소 연료전지 기술의 개발 원년으로 하여, 에너지 선진국으로 가기 위해 향후 보다 적극적이고 지속적으로 투자를 확대해간다는 방침입니다.   2. 수소경제의 핵심: 수소연료전지  수소에너지를 이용하는 기술에는 연료전지와 수소용 엔진(내연기관) 등이 있습니다. 이 중에서도 수소연료전지는 수소이용기술 중 가장 저비용으로 단기 내에 실용화시킬 수 있는 기술로 평가되고 있습니다.  (1) 연료전지란  연료전지는 수소와 산소로부터 전기 및 열을 발생하는 전기화학적 장치입니다.   H₂ + 1/2O₂ → H₂O + 전기, 열   또한 전기와 동시에 열이 발생하게 되므로 이를 이용하면 열, 전기를 동시에 얻을 수 있습니다. 또한 연료전지와 터빈을 조합해도 높은 효율로 발전하는 것이 가능하게 됩니다.연료전지는 전지라는 이름 때문에 배터리와 같은 개념으로 전기를 저장하는 것으로 생각하는 사람이 많은데, 연료를 주입하는 한 전기를 지속적으로 생산해내는 발전기에 해당한다고 볼 수 있습니다. ​  (2) 연료전지의 원리와 구성  연료전지는 연료를 태워 열에너지 → 역학적에너지 → 전기에너지 순으로 얻는 화력발전과 달리, 연료가 가진 화학에너지를 이용하여 직접 전기에너지를 얻습니다. 이런 점에서 연료전지는 기존의 내연기관에 비해 월등히 높은 효율을 보이는 것입니다.연료전지의 기본 구성은 연료극/전해질층/공기극으로 접합되어 있는 셀이며, 다수의 셀을 적층하여 스택을 구성함으로써 원하는 전압 및 전류를 얻어낼 수 있습니다.​​ 연료전지 발전 시스템 구성출처. http://www.doosanmobility.com  이에 발맞춰 ㈜케이워터크레프트에서도 물로 구동하는 연료전지 발전시스템인 워터스테이션을 개발하고 현재 상용화단계에 있습니다.㈜케이워터크레프트의 워터스테이션은 외부전력의 공급 없이 수소연료전지를 통해 에너지를 생산하고 저장합니다. 이는 환경개선은 물론이고, 지구온난화에 따른 기후변화에 대응하는 기술이라고 할 수 있습니다. 물로 구동하는 수소연료전지 발전 시스템 구성출처. kwatercraft.com  다시 연료전지의 원리로 돌아가서, 일반적으로 연료전지에서는 기본 셀에서 전기를 발생시키기 위하여연료인 수소가스를 연료극 쪽으로 공급하고 전극의 촉매층에서 수소이온(H⁺)과 전자(e⁻)로 산화됩니다. ​반대편 공기극 쪽으로는 산소 또는 공기가 공급되어 전해질을 통해 이동한 수소이온과 외부 도선을 통해 이동한 전자와 함께 산소가 결합하여 물을 생성시키는 환원반응이 일어나게 됩니다. ​여기서 전자의 외부 흐름이 전류를 형성하여 전기를 발생시키는 것입니다.  ​   각 전극에서 일어나는 산화/환원 반응출처. R.Dervisoglu at wikimedia.org ​2H₂ → 4H⁺ + 4e⁻ (연료극)O₂ + 4e⁻ + 4H⁺ → 2H₂O (공기극)   (3) 연료전지의 효율   연료전지의 효율 관련이론은 복잡한 수학적 계산식에 의하여 계산되고 있지만 이론적인 효율은 83%입니다.이는 종래의 카르노식 열기관에 비하여 1.5~2배가량 높은 편입니다. 이에 따라 동력원으로서의 연료전지는 현재 우리가 사용하는 열기관을 대체할 수 있는 획기적인 새로운 에너지 기술인 것입니다. ​​오늘은 수소경제와 수소연료전지란 무엇인지에 대해 알아보았습니다. ​다음 시간에는 수소연료전지 실증프로젝트 거점인 규슈대 캠퍼스 사례를 중심으로 수소사회의 구현에 대해 소개해드리겠습니다.   We Build Sustainable Clean Energy World수전해/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]

2020.05.25

#05 수소 사회로의 진입

    안녕하세요. 알기 쉬운 수소이야기를 전해드리는 수전해/수소연료전지 기반 발전시스템을 개발하는 ㈜케이워터크레프트입니다. 저번 시간에는 탈탄소화를 위한 수소 인프라가 세계 각국에서 어떻게 구축되고 있는지에 관하여 알아보았는데요.​오늘은 수소사회로의 진입에 대하여 알아보겠습니다. ​환경적, 경제적 측면에서 긍정적인 영향을 가져다 줄 것으로 기대되는 수소 사회로의 진입은 전 세계적인 프로젝트로, 분야를 막론하고 전방위적인 협력이 필요합니다. 각 국가와 기업들은 수소 사회의 주도권을 가져가기 위해 끊임없는 연구를 진행 중입니다. 다만 이런 노력만으로 수소 사회에 진입할 수 있는 것은 아닙니다. 수소 에너지 활용에 대한 인식 개선, 주요 인프라의 선행 구축, 수소 에너지 관련 기술의 보편화 등 민감한 사항들도 해결해야만 합니다.  실제로 대부분의 사람들은 수소가 가진 잠재력에 대해서는 공감하지만, 안전성이나 화석연료 대비 효율성에 대해선 의문을 갖습니다. 수소 기술을 선도하고 있는 그룹은 수소 에너지에 대한 불안감 해소를 위해 수소 에너지의 다양한 활용 사례를 대중에게 더 많이 노출시킬 필요가 있습니다. 불안감의 해소는 대중의 관심과 사용 욕구를 불러일으키고, 이는 정부와 금융계를 비롯한 각 투자 그룹의 인프라 투자로 이어지는 선순환 구조를 만듭니다. 이를 위해서는 기술의 독점보다는 파트너십 구축을 통한 협력도 활발히 이뤄져야 합니다.    우리나라는 2018년 수소경제 활성화 관련 법안을 발의하고 2019년 수소경제 로드맵을 발표하여, 수송 및 발전분야에서 수소산업이 전방위적으로 발전 할 것을 예측하며, 준비하고 있습니다. ​독일, 미국, 일본 등 세계 선진국들은 이에 앞서 2000년대 초반 수소타운, 수소선박, 수소발전 등에 많은 투자를 하며 실증단계에 이르러왔습니다.  먼저 유럽은 재생에너지 중심 수소정책을 추진해오고 있습니다. 독일의 경우, 2060년 재생에너지 비율 목표치가 60%로, 재생에너지 활용 수소를 생산하고, 대용량 수소 저장소를 구축하여 그리드를 통해 공급하는 계획을 세워 추진하고 있습니다. EU FCH JU (Fuel Cell and Hydrogen Joint Undertaking)를 중심으로 이루어지고 있는데,독일은 2023년까지 수소충전소를 400개, 수소전기차 27만대 보급하여 수소전기차의 초기시장 진입을 지원하는 정책도 진행하고 있습니다.  미국은 지자체, 연방정부 및 민간기업이 협력체계를 구축하여 민관 파트너십을 결성하여 수소자동차, 수소충전소 및 수소발전기 등의 수소에너지 정책을 추진 중에 있습니다. (수소경제 활성화 로드맵, 2019) 또한, 2050년까지 Carbon Free 5000 만 톤의 수소생산을 통해 50%의 온실가스를 저감할 계획입니다. 특히, 캘리포니아는 2050년까지 자동차의 87%를 친환경차로 보급하는 계획을 세워 추진하고 있습니다. 수소전기차는 2023년까지 123개 충전소 구축 및 6만대 차량보급을 지원할 예정입니다. 미국은 이와 같은 수소 연료전지 보급을 다른 지역으로 확대해 나가는 정책을 추진하고 있습니다.  마지막으로 일본은 2016년 수소연료전지 전략로드맵을 세워 수소전기자동차 및 가정용 연료전지 보급을 추진하고 있습니다. 수소전기차는 2030년까지 30만대, 충전소 900기 건설을 추진하고 있으며, 이미 일본 내 4개 도시에 총 100여개 충전소가 운용되고 있습니다. 또한, 일본은 수소를 국가에너지 탈 탄소정책 중심이 되도록 2014년 에너지기본계획 내 수소에너지 사회 구축을 넣어 추진하고 있습니다. 이는 2040년까지 CO2 없는 수소공급 시스템을 구축하고, 2020년 도쿄올림픽에서 그 가능성을 보여준다는 계획입니다. 특히 일본은 카본 프리 에너지 사회 구현을 위해 전 세계 풍부한 재생에너지 자원을 수소로 전환하여 이를 수입, 일본 내 보급하는 프로그램을 국가적 차원에서 진행하고 있습니다.   수소연료전지 발전시스템을 개발하는 (주)케이워터크레프트에서도 국제적 흐름에 발맞춰 수소연료전지 제품의 개발에 집중하고 있는데요. 대표적으로 수소연료전지 발전기, 이동수단 및 수소/전기 충전소가 있습니다.  ​  수소 사회를 위한 전방위적인 협력이 필요한 것은 수소가 인류의 숙제인 환경보호와 에너지원 공급의 trade-off 관계를 풀기 위한 해결책이 될 수 있기 때문입니다. 깨끗한 공기, 언제 어디서나 활용 가능한 경제적인 에너지, 새로운 일자리 창출까지... 수소 사회로의 진입은 선택이 아니라 필수라고 보여집니다.​ 참고문헌. 수소산업 동향 및 산업발전 전망(임희천)​​오늘은 수소 사회로의 진입에 관하여 알아보았습니다.​다음 시간에는 미래에너지 혁명: 수소 경제에 대해 소개해드리겠습니다.       We Build Sustainable Clean Energy World수전해/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]

2020.05.18

#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. 중국​중국은 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. 일본​일본은 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
게시물 검색