수소연료전지차 구성및기본원리

[남이섬]

수소연료전지차 구성및기본원리

가솔린 내연기관 대신 수소와 공기 중의 산소를 반응시켜 얻은 전기를 이용해 모터를 구동하는

방식으로 운행하는 친환경 자동차.

[수소연료전자차구조]

수소 연료 전지 차는 수소와 산소의 화학 반응에서 생기는 전기를 이용하여 달리는 자동차를 말한다.

대부분의 자동차는 휘발유, 즉 화석 연료에 의존하여 동력을 얻을 수 있었다. 자동차와 같은 개념이 없던 시절에는 화석 연료를 이용한 자동차가 '대단한 개발'이었지만, 시간이 지날수록 그 문제점이 대두되었다.

무엇보다 화석 연료는 채취할 수 있는 양에 한계가 있을 뿐만 아니라 연소 과정에서 대기 오염을 유발시킨다는 문제가 있기 때문이다.

이러한 배경 가운데, 자원의 양에 제한을 받지 않으면서 환경오염을 유발시키지 않는 에너지 체계, 동력 체계를 만들기 위한 연구가 계속되고 있다.

그리고 그 결과물 중에 하나가 바로 수소 연료 전지 차이다. 수소와 산소의 화학 반응을 이용한 것인데, 이 두 화학 물질의 반응을 잘 활용하면 전기를 생산해 낼 수 있다.

여기서 발생한 전력으로 자동차를 움직이게 만드는 것이다. 수소와 산소는 구하는 것이 어렵지 않을 뿐만 아니라, 화학 반응 과정에서 어떠한 오염 물질도 발생시키지 않는 장점이 있다.

 [내연기관자동차와 수소연료전지자동차비교]

연료전지의 기본 원리
수소연료전지의 기본구조는 고분자전해질 막을 중심으로 양쪽에 다공질의 연료극(anode)과 공기극(cathode)이 부착되어 있는 형태로 되어 있다.

재료만 다를 뿐 보통의 전지 구조와 흡사합니다. 양극에선 수소가 이온화되며 전자를 내놓는데, 이 전자는 중간의 전해질을 통해 음극으로 이동하고 그곳에서 공기와 반응해 물을 만든다.

이 때 전자가 이동하는 과정에서 우리가 얻고자 하는 전기에너지가 발생하는 것입니다.
우리가 사용하는 수소연료전지는 양극, 음극, 전해질로 구성된 하나의 단위전지가 여러 개 겹쳐진 적충구조를 이루고 있다.

전류는 단위전지 면적에 따라 전압은 저장을 하고 단위전지 개수에 따라 조절되므로 수소연료전지는 전력을 자유자재로 결정할 수 있다는 장점도 있다.

[연료전지의 기본 원리]

수소 생산방법

지금까지 가장 널리 이용되는 수소에너지 생산방법은 천연가스에 포함된 메탄의 수증기 개질법이다. 니켈 촉매에 반응하면서 수소와 일산화탄소로 분해하는 것이다.

물에 1.75V 이상의 전류를 흘려서 양극에서 수소가, 음극에서 산소가 발생하도록 하는 전기분해법도 널리 쓰인다. 석탄의 가스화 공정이나 원유의 정제과정, 황산취화철 화학공정 등에서도 수소를 얻을 수 있다. [한겨레21]

철강 제조로부터 수소 생산특허

인도의 철강회사인 Tata Steel사는 자사 플랜트에서 수소를 생산할 수 있는 상업공정을 테스트할 계획이다. 인도 Tata Steel사의 연구개발부인 Jamshedpur는 철 부산물을 이용하여 수소를 생산하는 방법을 개발하였다.

수소 채취(hydrogen harvesting)로 명명된 이 공정에서 물은 1,600도로 가열된 슬래그(slag) 위에 분사되어 수소와 산소로 분열된다. Tata Steel사의 연구개발부 부장은 이 공정의 수율이 70퍼센트 이상이라고 예측하였다. Tata Steel사는 첫 단계로 추출공정에 대한 특허를 취득하였다.

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 산자부브리핑