Hydrogen Fuel Generating System
알루미늄 산화 반응형 수분해 공법 - 대량 수소 생산 시스템 기술
수소 발생 자가연구용 시험장치
H2 Fuel Generating System | 핵심 보유기술
- 수소 연료 발생장치(Hydrogen Fuel Generating System)
- 자체 개발한 전해질 PH-70B와 Al-합금 재료로 수소가스 발생
- 특허 등록
- 고순도 수소 제조기술
Technology Analysis | 기술성 분석
당사의 수소 연료 발생장치는 알루미늄 연료볼과 반응혼합물을 이용하여 수소가스를 생산하고, 생산된 수소가스에 포함된 이물질을 제거하여 순수한 수소를 공급할 수 있도록 합니다.
Hydrogen Fuel Generation Unit for Hydrogen Vehicles, Station and Power Plant Sysyem
알루미늄 스크랩부터 잉곳까지 제조하는 과정
수소-알루미늄-연료전지
수소(Hydrogen)
- 수소는 주기율포의 가장 첫 번째(1족 1주기) 화학 원소로, 지구상에 풍부하게 존재하지만 기체 상태로 존재하는 수소의 양은 매우 적다. 현재 수소기체는 주로 천연가스를 수증기로 처리하여 제조한다.
- 수소는 연료전지에 의해 전기로 변환, 연소에 의해 열에너지로 변환.
- 무한한 수소의 공급원은 바닷물이다. 이를 분해하여 수소를 얻으려면 수소 1mol당 286kJ의 에너지를 필요로 한다. *H2O(ℓ)→H2(g)+O2(g) △H˚=286kJ
- 수소는 전기와 달리 대용량 장기간 저장이 가능.
알루미늄(Aluminium)
- 알루미늄은 원자번호 13번으로 매장량이 5%인 철보다 더 많습니다.
- 지표에 8%가 알루미늄 원료인 보크사이트입니다. 알루미늄은 탄소,규소에 이어 3번째로 풍부한 자원입니다.
- 재활용이 가능한 원소이며, 1Kg의 알루미늄을 재활용하면 화학물질 4Kg과 보크사이트 6Kg, 전기 14kWh를 절약할 수 있다.
연료전지(Fuel Cell)
- 연료가 가진 화학에너지를 전기화학반응을 통해 직접 전기에너지로 바꾸는 에너지 변환 장치로서, 배터리와는 달리 연료가 공급되는 한 재충전 없이 계속해서 전기를 생산할 수 있고, 반응 중 발생된 열은 온수생산에 이용되어 급탕 및 난방으로 가능하다.
- 연료전지는 공해와 소음이 없기 때문에 앞으로 수소 에너지와 더불어 미래의 에너지 장치로 사랑받을 것입니다.
수소차(FCEV)
수소차(Fuel Cell Electric Vehicle)는 전기자동차의 일종으로 수소와 산소를 연료로 사용하여 전기를 생산하는 수소 연료전지를 탑재한 자동차를 의미한다.
수소를 연료전지로 사용해 전기모터로 자동차가 구동되고 수소충전소에서 수소를 재충전해서 사용합니다.
수소차 10만대는 원자력발전소 1기를 대체할 수 있다.
이산화탄소 등 배기가스가 전혀 없고, 물 또는 수증기만 배출되는 대표적인 친환경 자동차
튜브트레일러로 수소 이동 방식
연료전지 비교
구현방식에 따른 연료전지의 종류
- 직접 메탄올(Direct Methanol)방식
연료극에 메탄올과 같은 탄화수소계 연료을 직접 공급
- RHFC(Reformed Hydrogen Fuel Cell) 방식
메탄올로부터 수소를 추출하여 연료극에 주입
PEM(Polymer Electrode Membrane) 방식
수소를 연료로 사용, 고출력화, 물 이외의 반응물이 없는 점에서 장점
수소 생산 방식
- 수소는 화석연료 이외에 재생에너지, 바이오가스, 광분해 등 다양한 방식으로 생산이 가능하기 때문에 한정된 자원인 화석연료와는 달리 무한한 에너지원으로서의 가치가 높음
- 전 세계적으로 수소생산은 천연가스 개질 48%, 부생가스 및 석유화학산업 30%, 석탄 18%, 수전해 4% 수준으로 이루어지고 있음
수소 생산방식에 따른 기술 수준 분석 *SMR, 천연가스 개질(Steam Methane Reforming)
재생에너지 활용한 수전해 방식 수소생산
- 재생에너지 보급이 활성화되는 미래사회에서는 수요공급의 불일치로 생산 가능한 에너지중 30~40% 정도만 전력계통에 연계되고 있어 60~70%의 에너지 회수가 곤란함
- 이러한 계통연계 불가능 전력을 이용한 수전해 방식을 통하여 수소 생산 가능
- 태양광, 풍력 설비가 증가할수록 더 많은 미회수 에너지가 발생하기 때문에 재생 에너지의 비율이 높아질수록 수소의 경제성 있는 대용량 생산이 가능해짐
분산공급방식으로 수소충전소에서 CNG, LPG 개질 또는 수전해(+알루미늄 수소발생장치)하여 수소 생산
수소차 장단점(전기차 대비)
장점
- 긴 주행거리: 수소차의 1회 충전 주행거리는 현재 내연기관차와 동등한 수준(약 600~800km)
- 짧은 충전시간: 내연기관차와 동등한 수준 (약 5분)
- 공기정화 기능: 기존 내연기관차보다 훨씬 촘촘한 고가의 화학필터를 사용해 불순물이 걸러진 공기를 발전에 사용함으로써 '물'이라는 깨끗한 부산물만 내놓는다는 강점
단점
- 차량 가격 비쌈: 연료전지에서 촉매로 고가의 백금을 사용함으로 인해
- 낮은 에너지 효율: 전기차보다 월등히 낮은 에너지 효율
- 부족한 충전 인프라
정부는 수소경제 초기에는 석유화학 공정에서 나오는 부생수소와 천연가스 등을 변환해 얻는 '추출수소'를 중점적으로 이용하고 향후 호주, 일본 등 해외에서 들여오는 '수입 수소'와 물을 전기분해해 얻는 '수전해수소'의 비중을 점차 늘려갈 계획이다.
수소차는 자동차 외에 더 요긴한 사용처는 없나?
- 지게차, 포크레인 등: 전기로 하면 배터리 충전이 번거로워 가동률이 떨어지기 때문이다. 아마존, 월마트가 이미 자사의 거대한 자동화 창고에서 총 2만 대의 수소연료전지 지게차를 운용. 높은 가동률 때문.
- 혹한 지역 등에서도 배터리보다 수소연료전지가 유리하다. 배터리는 추운 환경에서 효율이 떨어지지만 연료전지는 상대적으로 강하다.
수소 경제성 원가
정부보조가 없는 경우 수소제조별
수소판매가격(원/kg)
부생수소 3,100
메탄개질수소 4,000
수전해수소 16,000
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수소운송비 8,000
수소충전소비용 44,000
수소판매가격=수소원료비+운송비+충전소비용
부생수소의 경우
55,100=3,100+8,000+44,000
메탄개질수소의 경우
56,000=4,000+8,000+44,000
수전해수소의 경우
68,000=16,000+8,000+44,000
* 수소는 1kg에 약 100km 갈 수 있는 훌륭한 연비를 자랑하며, 수소 6kg을 3분이면 완충한다.
* 전기분해로 수소 1kg 생산시 30% 저항 손실 감하면 총 52kWh의 전력 필요
결국 수소 1kg의 수분해 전기분해가격은 52Kwh* 125원/kWh = 6,480원임.
* 당사 알루미늄 수소발생장치에서는 수소 1kg 생산에 필요한 알루미늄은 9kg이 필요하며
즉, 통상적인 알루미늄 잉곳을 사용함에도, 당사 기술로 수소 생산 한다면 알루미늄 원료는 반응후 부산물인
수산화 알루미늄으로 전량 100% 회수되므로 실제 생산비는 kg당 0원으로 가격 경쟁력이 탁월함
(당사 알루미늄 On-Site 수소발생장치는 수소충전소에서 직접적으로 생산하므로 운송비 8,000원도 미발생)
수소연료 공급자 판매가격 현황
자료출처 - 월간수소경제
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