수소 에너지 기술 : 생산, 저장, 활용까지 총 정리

목차

수소 에너지 기술이란?
수소 에너지 기술 분류
수소 에너지 기술별 기술 개발 내용

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수소 에너지 기술이란?

수소 에너지는 지속가능하고 친환경적인 에너지원으로 주목받고 있으며, 기후 변화 대응과 미래 에너지 시스템 구축에 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다. 수소 자체는 에너지원이 아니지만, 다양한 에너지원으로부터 생산되고 에너지 운반체로 활용될 수 있는 핵심 기술입니다.

 

수소에너지 활용(출처: POSCO NEWSROOM)

 

수소는 지구상 가장 가벼운 무색, 무미, 무취의 기체로 산소와 결합한 물(H2O)처럼 다른 원소와 결합된 상태로 지구상에 대량으로 존재합니다. 수소가 연료로 각광받는 이유는 청정하고 생산, 저장, 운반이 안전하기 때문입니다. 수소는 공기 중에서 확산이 빠르고 점화 온도가 높아 자연적으로 발화하기 힘듭니다. 안전한 수소의 사용을 위해 ISO(국제 표준 위원회)에서는 국제 안전 표준을 제정하고 있으며, 수소산업 전반에서는 안전성 검사를 통해 안전기술과 사회제도를 계속적으로 확립하고 있습니다.

 

수소: 라부아지에 (출처:POSCO NEWSROOM)

수소 에너지 기술 분류

 

수소 에너지 시스템 (출처:한국에너지공단 신재생에너지 센터)

 

1. 수소 생산 기술

• 천연가스 개질: 가장 일반적인 수소 생산 방식으로, 천연가스를 고온, 고압에서 수증기와 반응시켜 수소를 생산합니다. 하지만 이 과정에서 CO2가 배출됩니다.
• 석탄 가스화: 석탄을 고온, 고압에서 수증기와 반응시켜 수소를 생산하는 방식입니다. 천연가스 개질과 마찬가지로 CO2 배출이 발생합니다.
• 생물 공정: 바이오매스를 이용하여 미생물을 통해 수소를 생산하는 친환경적인 방식입니다. 하지만 아직 상용화 단계는 초기입니다.
• 물 전기분해: 재생 에너지로부터 얻은 전기를 이용하여 물을 분해하여 수소를 생산하는 방식입니다. 가장 친환경적인 수소 생산 방식이지만, 생산 비용이 높아 경제성이 아직 문제입니다.

2. 수소 저장 기술

• 고압 가스 저장: 가장 일반적인 수소 저장 방식으로, 압축탱크에 수소를 저장합니다. 하지만 용량 대비 저장량이 적고, 운송 과정에서 위험할 수 있습니다.
• 액체 수소 저장: 극저온(-253℃)에서 수소를 액체 상태로 저장하는 방식입니다. 용량 대비 저장량이 높지만, 저온 유지에 많은 에너지가 필요하고, 특수 용기가 필요합니다.
• 금속 수소화물 저장: 수소를 금속에 흡수시켜 저장하는 방식입니다. 안전하고 용량 대비 저장량도 높지만, 아직 상용화 단계는 초기입니다.
• 유기 화합물 저장: 수소를 유기 화합물에 결합시켜 저장하는 방식입니다. 연구 단계이지만, 상온에서 안전하게 저장 가능하고, 운송 및 활용에도 용이하다는 장점이 있습니다.

3. 수소 응용 기술

• 연료전지: 수소와 산소의 반응을 통해 전기를 생산하는 장치입니다. 무공해이고 효율이 높지만, 고가이며 수명이 짧다는 단점이 있습니다.
• 수소 연소: 수소를 연료로 사용하여 열을 발생시키는 방식입니다. 기존의 화석 연료를 대체할 수 있는 친환경적인 연소 방식입니다.
• 산업용 수소: 화학, 철강, 유리 등 다양한 산업 분야에서 원료 또는 환원제로 활용됩니다.
• 교통용 수소: 수소 연료전지를 이용한 자동차, 버스, 기차 등이 개발되고 있으며, 무공해 교통 시스템 구축에 기여할 것으로 기대됩니다. 

 

수소 에너지 기술별 기술 개발 내용

(표 출처: 한국에너지공단 신재생 에너지 센터)

구분	세부 분류	기술 개발 내용
제조	물로  수소 제조 (세계적으로 연구단계)	전기분해(SPE, 태양광, 풍력 등 대체전원이용 등)
		저온열분해(산화물, ,유황화합물, 염화물, 불화물, 요드화물 등)
		광촉매(금속산화물, 페롭스카으트, 제올라이트 등)
		바이오(광합성 직·간접, 협기발효, 광합성 발효 등)
	화석 연료로 수소 제조	수증기개질(상용화 되어 있음)
		플라즈마 개질(반응기, 플랜트 건설) → 미국 상용화
		고온열분해(이론정립, 촉매, 반응기) → 미국 개발단계
	수소 정제	고순도 수소 제조(PSA, MH이용 등) → 선진국 기술확립
저장	물리적 저장	기체저장(상용화 되어 있음)
		액체저장(저장용기, 극저온 연구 등) → 독일 상용화
		고체저장(재료, 고용량저장, 무게 등) → 일부 상용화
		CNT(재료, 합성, 공정기술 등) → 선진국 개발단계
	화학적 저장	CO2이용 메탄올, 에탄올 합성(상용화 되어 있음)
응용	이용	수소의 제조, 저장기술이 확립되지 않아 실용화된 사례가 없음
	안전대책	역화방지 등

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수소 에너지 기술은 아직 초기 단계이지만, 지속적인 연구개발과 투자를 통해 빠르게 발전하고 있습니다. 수소 생산 비용 절감, 저장 기술 안전성 및 효율성 향상, 다양한 활용 분야 개발 등이 주요 과제이며, 이러한 과제를 극복한다면 수소 에너지는 미래 에너지 시스템의 핵심 요소가 될 것입니다.

 

연료 전지 : 원리, 종류, 활용 분야까지 총 정리

연료 전지 : 원리, 종류, 활용 분야까지 총 정리