이달의 신기술 - 수소

수소생산 95%이상이 화석연료기반
천연가스 6%, 석탄 2%가 수소 생산에 사용
수소는 장거리운송, 해상운송 및 산업에서 먼저 사용될듯
수소활용가능성 - 발전, 제강, 시멘트, 제조공정, 연료전지, 해운, 비료암모니아생산, 세정제 등
수전해, 액화수소 운송선, 트레일러, 충전소, 모빌리티연료전지, 발전연료전지, 수소터빈
혼소발전 : 수소 50%, 암모니아 20%

그린수소 : 재생에너지 이용해 전기분해로 생산한 수소
브라운수소 : 수증기로 석탄가스화 한 후 나오는 수소
그레이수소 : 화석연료(천연가스) 에서 생산된 수소 -> 120만톤. 정제산업, 암모니아생산
블루수소 : CO2 포집 저장하는 과정(CCS)을 통해 메탄에서 생성된 수소

• 수전해시스템: 2033년까지 1200억달러(130조)
  물과 전기를 사용해 물을 수소와 산소로 분리 
  -> 전극 사이에서 교환하는 이온이 다름 (AWE, PEMEL, SOEL)
  1.알칼리성 물 전해조(AWE, OH-) : 가장 널리 오랫동안(1920년대) 상용화 
  2.양성자 교환막 전해조(PEMEL, H+) : 2000년대 설치, 비쌈, 사용화 초기, 자본비용 줄어듬, 높은 출력밀도,높은 시장점유율 확보  
  3.고체산화물전해조 (SOEL, O2-) : 2020년대 진입, 고온, 높은 효율, 비쌈, 수명 짧음, 참여 업체 적음
  -> 20년부터 상용화한 알칼리가 아직도 크게 두각을 못나타내면 양성자 교환이 더 발전가능성이 있는거 아냐?
  4.과학기술정보통신부 고분자전해질(PEM) 수전해기술 국산화율 100% (현재60%)
  5.과학기술정보통신부 고체산화물(SOEC)수전해 등 차세대 기술 확보원함
• 수소터빈
  환경 경제적 이점이 많음-> 가와사키중공업, 지멘스, GE, 미쓰비시중공업
  기존발전시설에 장착가능
  액체수소~암모니아 어떤형태로든 운반, 기존 가스구동시설 업그레이드 가능->수소터빈

• 수소차(연료전지)
  녹색으로 분류되려면 재생가능에너지(태양광,풍력) 으로 전기생산
  수소차는 전기모터와 배터리 필요. 수소저장용탱크와 연료전지 필요
  전기차와 동일한 출력 얻으려면 3~5배 재생에너지 필요->비효율, 가격높음
• 수소비행기
  단거리 노선 가능
  에어버스 극저온수소 저장한 수소연료전지기술로 시연계획 -> 일부 제트엔지 대체
  가스터빈엔진에 수소 사용, 수소연료전지로 전력생성
  700bar와 같은 높은 압력에서 수소 저장(쉬운일 아님)
  극저온(영하 253도 미만)으로 수소저장하면 에너지밀도가 높은 액체
• 수소선박
  일본 액체수소로 운송 시험운항 성공
  탈탄소 : 30년까지 미주 유럽 LNG, 매탄올 추진선 사용 or 하이브리드선
  40년까지 암모니아 수소 쓰는 무탄소 선박 전체 80%, 50년까지 100%

기업들

• 현대차 : 수소드론, 수소전기버스
• 현대모비스 : 수소연료전지 파워팩 탑재 터그차(항공기계류작업이나 수화물 운송차랑)
• 현대제철 : 제철공정모형, 수소연료전지 금속 분리판 (수소,공기 분배후 발생한 전기를 전달하는 부품)
• 포스코 : 수소환원제철용 수소 확보. 친환경수소발전연료전환, 부생수소 생산가능,
• SK E&S : 수전해 설비 모형, 차량용 수소 전지, 수소 충전기
• 두산퓨얼셀 : 트라이젠 (수소 전기 열 세가지 에너지원 만듬), SOFC(800도 넘는 고온에서도 작동하는 연료전지 발전시스템)
• 코오롱인더스트리 : 수소연료전지 사업 기술제품
• 효성중공업 : 액화수소 플랜트 건립중, 수소연료탱크, 탄소섬유, 탄소포집, 저장기술
• 경동나비엔 : 수소20% 혼합된 도시가스 (LNG+수소20%),100% 수소 전용보일러
• 정부 : 30년까지 수소차 3만대, 충전소 70개소 보급, 기업 600개 육성

수소 기술 간편설명

수소연료 추진 선박 : 디젤엔진 대신 연료전지에 수소와 산소를 공급 -> 물+열 활용 열에너지->전기에너지로 전환 -> 선박 동력

*SOFC(Solid Oxide Fuel Cell) : 고체 산화물 연료 전지
연소 : 수소를 산소와 반응 -> 에너지 + 산화생성물(물)

수소유통

• 기체 수소 상태로 대규모 장거리 운송은 불가
• 1)수소를 액화시켜 액상수소화합물로 운송 및 저장 (액화수소) 
•     -253도 냉각, 인프라기술 뒤떨어짐. 대형액화수소 플랜트 기술은 외국3사 독점. 이술이전 불가
•     우리나라는 좋은 선택. 꾸준한 기술개발 필요
• 2)암모니아로 만들어서 운송 
•    기존인프라 사용가능. 빠른속도 도입가능, 가격저렴
•    독성으로 인한 주민 수용성 문제,
• 3)액상유기수소운반체(LOCH) -> 장기저장성이 우수. 좀더 좋은 기술, 상대적으로 낮은 저장용량
•     기존 석유화학공정과 비슷, 인프라 공급망도 완비, 석화분야에서 파생
•      우리나에서 다른거보다 지원이 없음
• 3가지는 경쟁이 아니라 인프라, 수용성, 활용범위에 따라 적절히 사용될듯, 가격저렴