수소에너지 생산 및 실용화

수소에너지 생산 및 실용화  수소(水素hydrogen)는 주기율표 1족1주기에 속하는 비금속원소로 원자번호1.원자기호H로 모든 동식물, 물, 석탄, 석유 등을 구성하는 성분 원소의 하나로 수소원자가 두 개가 결합한 상태, 즉 수소 분자(h2)로 존재한다.수소는 가장 가볍고 우주 질량의 75% 우주구성원소의 90% 인체구성원소의 63%를 차지하는 가장 풍부한 원소로써 무색, 무미, 무취의 기체다.매장 지역이 편중되고 한정돼 있는 화석원료와는 달리 수소는 풍부한 물을 원료로 만들 수 있고 사용 후 다시 물로 재순환되어 고갈 위험이 없는 무한 에너지원으로 기대된다.  현재 에너지 시스템은 1차 에너지인 화석연료의 대부분을 석유제품 도시가스 코우크스 등의 연료와 전력이라는 2차 에너지로 변환하여 각 공장이나 가정에 공급한다. 미래의 에너지는 화석연료의 비중이 감소하고 대체에너지 태양열 지열 풍력 해양 등 재생 가능한 자연 에너지 원자로 고속증진 같은 핵에너지 비중이 점차 증대 될 전망이다.수소는 물을 전기분해해 열분해에 의해 제조하고 이 수소를 고압기체수소 액체수소 금속수소화물의 형태로 저장 수송하여 연소시켜 열에너지로 내연기관을 이용 기계에너지로 연로전지와 더불어 전기에너지로 변환하여 이용할 수 있고 수소는 다시 물로 돌아간다.  수소가 2차 에너지로 각광을 받게 된 것은 다음과 같은 특징 때문이다.첫째 ; 풍부한 물을 원료로 하고 각종 1차 에너지를 사용 제조하므로 자원 고갈 염려가 없 다.둘째 ; 연소 시 물과 극소량의 질소산화물만 발생할 뿐 다른 공해 물질이 발생치 않는다.셋째 ; 물에서 수소를 생성하고 생선한 수소를 다시 연소하여 다시 물로 재순환하는 사이클 이 빠르고 지구상의 물질 순환에 피해가 없다는 점이다넷째; 전력은 저장이 어렵지만 수소에너지는 저장이 용이하다.다섯째; 수소에너지는 석유를 대신해 유체에너지로써 자동차나 항공기 로켓의 연료화가 용이 함여섯째; 수소와 금속 또는 합금과의 가역반응이 에너지 변환기능을 갖고 있어 케미컬 히트펌 프나 전지 등의 광범위한 이용이 용이한 점일곱째; 연료전지(fuel cell)에 의해 직접 발전도 가능하다는 점과, 여덟째; 화학공업용 원료로 널리 사용된다는 점이다.현재 수소의 가격이 고가여서 우주계획을 제외하고 연료 에너지 전달 물질로 직접 사용되지 않고 있다. 수소는 화학공업용 원료로 널리 사용되고 있는데 원유의 질을 높이기 위한 정제공장이나 각종화합물을 합성하기 위한 화학공장 및 야금처리과정에서 사용되고 있다.  이러한 특징을 가지고 있는 수소가 대량으로 저렴하게 생산되면 현재의 전력 경제는 수소에너지 경제로 대체될 것이다. 수소 에너지는 연료전지화 하여 아득한 미래까지 쓰고 남을 전기를 생산할 수 있으나 문제는 생산단위 당 연료전지의 비용이 아직은 비싸고 현재 대다수 연료전지가 천연가스 등 더러운 탄화수소 연료를 이용한다는 것이다.새로운 에너지 게임에 뛰어든 참여자는 비용문제를 대체하고 새 시대로 나아가는 길을 닦고자 분산전원이라는 혁신적인 송전방식에 주목한다.분산전원은 공장, 기업, 공공건물, 주거지 등 최종 소비자가 머무는 지역이나 인근에 위치한 집합 혹은 단독 소형 발전소를 만든 방식이다  에너지 매체로서 수소의 용도는 세 가지로 대별한다.첫째; 석유를 대신하는 유체에너지로 고갈 위험이 없고 발열량이 높은(석유의 3배 효율성이 높다) 에너지를 요구하는 자동차 항공기 로켓 등의 연료로 사용할 수 있다.둘째; 에너지의 수송 및 저장이 가능한 화학적 매체라는 점이다. 전기 에너지는 에너지의 수 송 매체로 우수한 성질을 가지지만 저장할 수 없다는 단점이 있다.셋째; 수소는 에너지의 변환의 매체라는 점이다. 수소와 금속 함금의 반응은 가역성이 우수하 여 에너지로 변환하는 기능을 갖는다는 것이다  수소는 우주에서 가장 풍부하게 존재하는 원소지만 자연 상태에서 단독으로 존재하지 않고, 기체가 아닌 수소 화합물로 존재하기 때문에 자연에서 추출. 저장 해 전력 생산에 이용하려면 시간 노동 자본이 들어간다.수소를 생산하는 방법에는 수증기 개질공법. 부분 산화법 .전지분해법 .석탄 가스화 및 열분해법. 물의 열화학분해법 및 광분해법 등 여러 가지가 있다.이 가운데 가장 효율적이고 경제적인 생산법은 탄화수소(주로 천연가스)를 증기로 개질하는 방법이다. 아직은 수증기 개질공정이 가장 저렴한 수소생산법이다 그러나 천연가스는 탄화수소체이기 때문에 개질공정에서 이산화탄소가 부산물로 생성돼 지구 환경을 악화시킨다는 문제가 있다. 천연가스가 생산이 줄거나 가격변동이 있을 경우 소비가 급감할 것이라는 단점이 있다.수소를 만들려면 전기가 필요하다 화석연료를 쓰지 않는 대체에너지원을 사용해 전기를 생산하여 공해가 전혀 발생치 않는 물 전해 (電解electrolysis) 방식으로 수소를 추출 저장하여 필요한 전력을 생산하는 방식이 최적으로 보인다.  수소는 인류 사회에 지속적으로 전력을 공급할 수 있는 가장 확실한 에너지 저장 수단이다 현제 발전소의 에너지는 저장이 어렵지 때문에 생산되어 소비치 않으면 버려진다. 재생에너지와 마찬가지로 수소저장 기술로 저장할 필요가 적실하다.오늘날 원자력 발전의 증대로 심야 전력생산이 수요보다 많아 잉여전력으로 물을 전기분해하여 수소를 추출하고, 무 탄소 재생가능 에너지로 생산한 전력을 물 전기분해에 활용 수소를 추출 저장할 수 있게 되면 친환경 에너지 체계구축에 크게 도움이 될 것이다.수소의 저장방법은 고압가스로 저장하는 방법. 수소가스를 -253℃ 까지 냉각시켜 액체수소로 저장하는 방법, 금속이나 합금이 수소와 반응하여 금속수소화물로 저장하는 방법이 있다.수소는 고압으로 1/150으로 축소 가능하고 1/800로 액체화 금속수소화합물로는 1/1000로 저장 할 수 있다.   수소의 안전성은 수소는 폭발 범위 폭파 범위가 넓고 착화가 쉬우며 확산 속도가 빠르고 누출이 쉽다 폐쇄된 공간에서 폭발하기 쉽다. 그러나 개방된 공간은 확산속도가 빨라서 안전성이 높다.일류 삶의 질을 향상하기 위해서는 특히 수소에너지 브라운가스 산업이 중요하다부라운가스(brown gas 2H2+O2)는 물의 전기분해 방식에 의해 생산되는 완전 무공해 연료로 물의 구성비 그대로 수소와 산소가 2;1로 혼합된 상태에 존재하는 혼합가스다. 호주 과학자 율 부라운(Yull brown)이 자동차 연료로 개발하는데 성공하여 물로 가는 자동차 길을 열었다.브라운 가스는 에너지를 일으키고 물이 되고 물은 다시 브라운 가스를 생산되고 수증기로 증발하여 대기 건조를 막고 또 습도를 높여 미세분진을 잡는데 크게 기여할 수 있다. 브라운 가스가 실용화되기 위해서는 전력생산비를 최대한 낮추어 원가 절감과 공급구조의 안전성 등이 평가되어야 한다. 브라운 가스는 1800℃가 넘지 않으면 폭발하지 않는다. 화재 시 콘크리트의 용융온도가 1200℃이니 고압가스통과 달리 화재 시 폭발 위험이 거의 없는 것이다.공급가격의 안정이 이루어지면 일반가정에서 연료로 쓸 수 있다. 브라운 가스는 중국 등 세계각국에서 적극적으로 실용화 연구에 있다. 그리되면 브라운 가스는 온실효과에 따른 지구온난화를 완화하고 청정공기를 활성화 하는데 크게 기여 할 것이다.현재의 가격으로 원자력과 액화천연가스의 생산연료비는 1:20이다.   2017 04 19사일구 학생의거 기념일에 요약하다