안녕하세요! 정리남입니다.
오늘은 아마 수소에너지관련 마지막 포스팅이 될 것 같은데요.
수소에너지와 재생에너지의 상관관계 대해 정리해 보겠습니다.
연관 포스팅 (↓↓↓)
1. 2020/10/02 - 수소연료전지자동차(수소차) 원리란 무엇일까?! (연료전지스택 구조와 원리)
2. 2020/10/09 - 수소연료전지자동차(수소차) 장점과 단점은?! (공기정화원리, 수소채취방법, 부생수소?)
3. 2020/10/23 - 에너지밀도와 관련된 수소에너지의 미래와 응용은? (feat. 리튬이온배터리와 비교)
탈화석연료와 재생에너지의 확대 추세 (재생에너지 의미?)
모두들 아시다시피, 화석연료 사용에 따른 다양한 문제가 있죠. 자원고갈에 대한 우려와 각종 환경문제가 대표적입니다.
이로 인해 각 나라별로는 탈화석연료를 위한 움직임이 활발히 일어나고 있습니다. 예컨데, 전 세계적으로 배기가스 규제 및 이산화탄소 저감에 대한 협약 진행과 이에 따른 로드맵을 마련하였으며, 이를 위해 태양열이나 풍력과 같이, 지속가능하고 친환경적인 '재생에너지'에 대한 비중을 늘리고 있는 실정입니다.
** 재생에너지 의미?
아래 캡처된 설명을 요약해보면 화석연료나 원자력과 달리 고갈될 우려 없으며, 계속해서 공급가능한 에너지를 말합니다.
재생에너지의 확대는 기존 화석연료를 대체하는 아주 훌륭한 에너지원이 될 것으로 생각됩니다.
하지만 이러한 재생에너지는 크게 두 가지 측면에서 문제점을 가지고 있습니다.
** 재생에너지의 두가지 문제점
첫번째. '자연 환경'으로부터 비롯되는 것이기 때문에 기상상황에 따라 에너지를 얻지 못할 수도 있다는 '간헐성'
두번째. 지역별 불균등한 분포로 인한 전력 생산량의 차이가 크다는 점.
이 경우, 남는 전기, 즉 유휴전력이 생길 수 있는데 이를 저장할 만한 매체가 없어, 에너지를 버리게 되는 경우가 발생.
그런데 바로 이러한 문제점을 해소시킬 수 있는 자원으로 수소에너지가 각광받게 됩니다.
결론부터 말씀드리면, 화석연료를 대체하기 위해 재생에너지만으로 혹은 수소에너지만으로 최적의 효과를 낼 수 없습니다. 둘 다 장단점이 존재하기 때문입니다. 이 둘은 상호보완되어 함께 발전되어야 할 것들입니다.
'그렇다면 재생에너지와 수소에너지. 과연 어떠한 관련이 있을까요?'
수소는 장기간의 대용량의 에너지 저장고로서의 역할.
재생에너지는 수전해 수소생산 방식을 위한 전력공급 매개체로서의 역할.
아래는 수소를 생산하는 세가지 방식을 나타냅니다.
현재 국내에서 가장 보편적으로 사용되는 수소생산 방식은 부생수소 방식인데요, 지난 포스팅에서 언급했었지만 (지난 포스팅 '클릭'), 이 방식은 상당 부분 다른 화학물질을 만드는데 원료로 사용되므로 수소의 대량화 관점에서 수요를 감당하는데 한계점을 지니고 있습니다. 또한 개질수소 방식의 경우에는 부산물로 이산화탄소가 발생된다는 점에서 친환경에 모순된다는 문제점이 있고요.
한편 수전해 방식의 경우, 물을 전기 분해 하여 수소를 추출하는 방식이므로 추가적인 전력사용이 필요하고, 생산량이 적다는 단점이 있어 계속해서 연구개발이 필요한 부분입니다만, 단점을 커버할 수 있다면 100% 친환경 수소생산방식입니다.
단점이 보완된다면, 국내에 현재 보편화된, 부생수소 추출방식에서 수전해방식으로 수소생산방식을 옮겨가게 될 차기방식에 해당되는 것이죠. 그런데 이 수전해방식의 단점을 보완해주는 것이 바로 '재생에너지'입니다.
** 위 그림 설명
물에 전기를 흘려보내면 산소와 수소를 추출할 수 있습니다.
이러한 수소생산방식이 수전해 방식이며, 원리는 위에 그림 왼편의 '물의 전기분해 원리'와 동일합니다. 따라서 물의 전기분해를 반대로 하면, 물과 전기가 생산될것이라는 것을 유추할 수 있습니다. 그것이 바로 수소전기차의 연료전지 원리가 됩니다. 수소를 도로 산소와 반응시키면 물이 생성되며 전기가 발생되는 것이죠.
결론적으로
재생에너지의 남아 돌아 버리게 되었던 유휴전력으로 물을 전기분해하여 수소를 만들 경우,
수전해 방식이 가지고 있는 단점을 보완할 수 있으면서, 재생에너지가 가진 단점도 보완할 수 있습니다.
재생에너지의 남아도는 유휴전력을 이용하여 수전해 방식으로 수소를 추출한다는 말의 의미는, 재생에너지의 남아도는 전기를 수소로 저장(=전환)한다는 의미와 일맥상통하므로 이 '재생에너지의 유휴전력을 버리게 된다는 단점을 보완'하게 되는 것이 됩니다. 또한, 수전해방식이 갖는 '추가적인 전력이 필요하고 에너지 전환의 효율이 낮다' 라는 단점은, 어차피 버리게 될 재생에너지의 유휴전력을 이용한다는 점에서 상쇄시키기 때문에 재생에너지가 가진 단점과 수소생산방식이 가진 단점을 서로 보완해주는 관계가 형성되는 것입니다.
결국, 수전해 방식은
수소에너지 관점에서는 '수소추출'의 의미를 갖지만, 재생에너지의 유휴전력 관점에서는 남는 에너지를 저장하는 '에너지저장소'로서의 의미가 되는 것입니다.
에너지밀도가 높은 수소는 에너지 저장소로 적합
실제로 앞선 포스팅에서 말씀드렸다시피, 수소에너지의 가장 큰 장점은 에너지 밀도가 높다는 것이죠. (지난 포스팅 '클릭')
태양광, 풍력, 수력, 지열 조력 등보다 에너지 밀도가 높다는 장점은 상대적으로 더욱 많은 에너지를 저장할 수 있다는 것이므로 저장고로서의 장점이 됩니다. 물론, 재생에너지의 유휴전력을 배터리를 저장할 수도 있겠지만, 배터리보다 수소의 에너지 밀도가 높아 배터리로 저장하려면 너무 많은 배터리가 필요하게 됩니다.
** 수소로 저장(=전환)된 재생에너지는 향후 다시 산소와 결합시켜 전기로 전환할 수 있고, 이 때 발생되는 부산물로는 당연히 물 뿐입니다.
참고. 수소의 운송의 두 가지 방식
참고로 재생에너지의 유휴전력을 수소로 저장한 후, 이 수소를 옮기는 방식에는 크게 두 가지가 있습데요
하나는 추출한 수소가스를 압축하여 압축탱크에 넣고 차로 운반하는 방식이고, 나머지 하나는 도시가스배관처럼 수소가스배관을 깔아 수소를 공급하는 방식입니다. 후자의 경우 수소를 싣고 나르는 전자의 방식보다 이동비가 절감되고, 배관자체가 길기 때문에 이 자체로 에너지 저장역할을 수행할 수 있습니다만, 기반시설 마련하는 비용과 시간이 더욱 소요될 것입니다.
이 밖에도 수소를 상압의 액상으로 운반하는 기술도 개발중인데요, 액체 화합물을 운반체(carrier)로하여 액체화합물 형태로 수소를 운반하는 기술입니다. 고압으로 이동되지 않고 상압으로 이동되므로 안정적이고 5배이상의 훨씬 많은 양을 운반할 수 있다고 합니다.
**관련 기사 : YTN 사이언스 youtu.be/kAyzi3xxsIE?t=49
정리
글의 내용이 조금 중구난방이 된것 같아, 죄송한 마음이 큰데요. 요약 정리를 하면 아래와 같습니다!
-. 수소에너지와 재생에너지는 서로 보완관계에 있다. 따라소 균형적인 발전이 필요하다.
-. 재생에너지의 유휴전력은 저장할 매체가 필요하다. 저장할 곳이 없으면 모두 버려지게 되기 때문이다. 저장하지 못하고 버리게 되는 전력이 있다는 것이 바로 이 재생에너지의 한계이다. 만약 재생에너지의 남는 유휴전력을 저장할 수 있는 적당한 매체가 있다면 에너지를 효과적으로 사용가능할 것이다.
-. 수전해방식의 수소생산 방식은 추가적인 전력사용이 필요하다는 단점이 있다. 하지만 추가적인 연구개발이 이루어진다면, 개질수소 또는 부생수소 방식보다 나은 차기 수소생산방식이 된다.
-. 수소과 재생에너지의 관계는 상호보완적이다.
재생에너지의 유휴전력을 이용한다면, 재생에너지 관점에서는 유휴전력의 저장을 할 수 있게되고, 수소입장에서는 수전해 수소생산방식이 가진 단점을 보완할 수 있기 때문이다.
수전해 방식은 물의 전기분해의 원리와 같다. 즉, 물에 전기 가하여 수소와 산소를 추출하는 것이다. 따라서 수전해 방식을 진행시 필요한 전기를, 재생에너지의 유휴전력으로 사용하면 이 때 재생에너지 관점에서는 유휴전력을 수소로 저장하는 꼴이 된다. 전환된 수소를 도로 산소와 반응시키면 다시 전기에너지가 발생되기 때문이다. 수소 입장에서는 어차피 버려지게 될 유휴전력을 사용한다는 점에서 효과적이다.
-. 수소를 운반하는 방식은 크게 두 가지가 있다. 하나는 고압으로 기체를 압축하여 수소탱크에 담아 차로 운반하는 방식, 두번째는 도시가스 배관처럼 수소가스 배관을 만들어 수소를 각 필요지역에 공급하는 방법. 이 밖에도 현재 상압의 액체상태로 수소를 운송하는 방식이 연구개발중이며, 이 경우 5배이상 많은 양을 운반할 수 있다.
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3. 2020/10/23 - 에너지밀도와 관련된 수소에너지의 미래와 응용은? (feat. 리튬이온배터리와 비교)
출처
1. 현대자동차그룹 : youtu.be/ESrp8j08zLg
2. 웅스탁- 주식배우고싶어요TVyoutu.be/E2MyD-fmyj8?t=1
3. YTN 사이언스 youtu.be/kAyzi3xxsIE?t=49
4. 한국가스공사 youtu.be/mqKif4vHjfk
**유의사항**
이 블로그의 모든 포스팅은 '개인적인 이해를 통해 공부한 내용을 정리한 글에 불과'합니다. 따라서 작성된 내용에는 저의 개인적인 의견이 포함되어 있으며 사실과 다를 수 있습니다. 기타 정보들과 비교해보시고 본 포스팅은 "참고용"으로만 봐주세요~ 해당 정보로 인해 발생되는 어떠한 불이익에 대해서도 책임지지 않는다는 점 유념해주세요.
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