미래의 자동차가 오늘 여기에 있습니다. 물론 아직 구입할 수 없습니다. 그러나 캘리포니아에 거주하는 경우 임대할 수 있습니다. 휘발유를 사용하지 않으며 공기를 오염시키지 않습니다. 실제로 배기 대신 증기를 생성합니다. 그렇다면 미스터리 연료는 무엇일까요? 수소 - 우주에서 가장 단순하고 가장 풍부한 원소. 그리고 어떤 사람들은 20~30년 안에 우리 모두가 이 수소 동력의 연료 효율적인 차량을 운전하게 될 것이라고 생각합니다.
수소 동력 자동차는 공상 과학 소설의 품질을 가지고 있지만 아이디어는 실제로 새로운 것은 아닙니다. 사실, 수소를 사용하여 전력을 생산하는 기술은 19세기 초반부터 존재해 왔습니다. 이는 자동차보다 더 오래되었습니다. 새로운 점은 도로에서 역겨운 가스 대신 배기 파이프에서 증기가 나오는 수소 동력 자동차를 실제로 볼 수 있다는 것입니다. 현재 몇 대의 수소차가 존재하지만 대부분이 콘셉트카다. 이러한 친환경 주행 기계로는 Chevrolet Equinox, BMW 745h 및 현재 캘리포니아에서 임대 가능한 Honda FCX가 있습니다.
수소 자동차를 가능하게 하는 것은 연료 전지라는 장치입니다. , 수소를 전기로 변환하고 부산물로 열과 물만 방출합니다. 무공해 수소는 21세기에 이상적인 연료로 보입니다. 정부와 자동차 업계의 많은 사람들이 그 잠재력에 흥분하고 있습니다. 수소차는 연료 효율이 높고 친환경적인 녹색 운전의 희망을 제시합니다. 그러나 수소가 현재의 화석 연료 사용에 많은 변화를 가져오기에 충분한 사람들이 선택할 수 있는 연료가 되기 전에 극복해야 할 많은 문제와 대답해야 할 질문이 여전히 있습니다. 예를 들어 수소는 어디에서 얻을 수 있습니까? 이 연료 효율적인 자동차를 구입하려면 얼마나 비쌀까요? 탱크를 채울 수소 충전소를 찾을 수 있습니까? 그리고 아마도 가장 중요한 것은 연료로서 수소가 실제로 보이는 것처럼 무공해입니까?
다음 페이지에서 이러한 질문을 살펴보겠지만 지금 바로 한 가지 빠른 답변을 드릴 수 있습니다. 우연히 그 나라의 아주 특정한 지역에 살고 주머니에 현금이 가득하지 않는 한 수소 자동차를 기대하지 마십시오. 향후 10년 이내에 귀하의 진입로에서.
콘텐츠
1839년에 웨일스의 과학자 William Robert Grove 경은 전기를 사용하여 물에서 수소를 생산하는 친숙한 전기화학적 전기분해 과정을 취하고 그것을 반대로 하여 수소로부터 전기와 물을 생성합니다. 그는 그의 발명을 가스 볼타 배터리라고 불렀지만 오늘날 우리는 그것을 수소 연료 전지로 알고 있습니다. 훨씬 후인 20세기 중반에 이 기술은 발명가 Francis Bacon에 의해 더욱 발전되었습니다. 이 두 발명가가 고안한 기술은 수소 자동차의 작동에 필수적입니다.
최초의 실용적인 연료 전지 시스템은 궤도 우주 캡슐에 사용하기 위해 General Electric에서 1960년대 초에 개발했습니다. 그러다가 1990년대부터 시내버스에 연료전지가 등장하기 시작했다. 그래서 우리는 연료 전지로 차량에 동력을 공급하는 것이 가능하다는 것을 알고 있습니다. 연료전지는 연료를 내부에 보관하는 반면 연료전지는 다시 채워야 한다는 점을 제외하면 일종의 배터리로 생각할 수 있습니다. 수소연료전지의 연료는 이름에서 알 수 있듯 수소다. 고등학교 화학 수업에서 기억할 수 있듯이 수소는 모든 원소 중 가장 단순한 원소입니다. 수소 원자는 단일 전자와 단일 양성자로 구성됩니다. 연료 전지는 양성자에서 전자를 제거하고 전자를 사용하여 순수한 전기 흐름을 생성함으로써 전기를 생성합니다. 이온화된 수소 원자는 산소와 결합하여 물을 형성합니다. 이 과정의 다른 부산물은 열이므로 이 물은 일반적으로 증기의 형태를 취합니다. 친환경 운전은 어떤가요?
자동차에 사용되는 연료 전지의 종류는 고분자 교환막(PEM) 연료 전지입니다. PEM 연료전지는 가볍고 작은 장점이 있습니다. 그들은 두 개의 전극(음으로 하전된 양극과 양으로 하전된 음극), 촉매 및 멤브레인으로 구성됩니다. 수소는 각각 2개의 수소 원자를 포함하는 H2 분자의 형태로 양극에서 연료 전지로 들어가게 됩니다. 양극의 촉매는 분자를 수소 이온(양성자)과 전기 흐름(전자)으로 분해합니다. 이온은 막을 통과하지만 전기는 순환해야 합니다. 그렇게 하는 동안 작업을 수행하는 데 활용할 수 있습니다. 수소가 양극에서 연료 전지로 강제 유입되는 것처럼 산소는 음극에서 강제 유입됩니다. 양성자와 전자는 음극에서 재결합하고 산소와 결합하여 물을 형성하며 대부분이 연료 전지의 배기 가스가 됩니다. 연료전지는 납작하고 얇게 설계되어 주로 쌓을 수 있습니다. 스택에 연료 전지가 많을수록 스택이 생산하는 전기의 전압이 높아집니다.
많은 사람들은 수소 동력 자동차와 같은 연료 효율적인 차량이 21세기의 에너지 수요를 충족하는 데 중요할 것이라고 생각합니다. 2003년 조지 W. 부시 대통령은 연료 전지 기술 개발을 지원하기 위해 12억 달러의 자유 연료 계획을 발표했습니다. 연료 전지는 화석 연료에 비해 두 가지 주요 이점이 있습니다. 첫째, 세계의 유한한 석유 공급을 고갈시키지 않기 때문에 기존 공급을 유지하는 데 도움이 되며 외국 석유에 대한 의존도를 줄일 수 있습니다. 둘째, 연료전지 작동의 유일한 부산물은 열과 물이다. 이는 연료전지가 공해를 일으키지 않는다는 것을 의미한다. 이는 자동차의 탄소 배출이 지구 온난화를 촉진한다고 여겨지는 시기에 매우 중요합니다.
다음 페이지에서는 수소 자동차와 연료 전지가 어떻게 생산되는지 살펴보겠습니다. 그리고 아마도 더 중요한 것은 수소 자체가 어디에서 오는지 살펴볼 것입니다.
그렇다면 제조업체는 실제로 연료 전지 자동차와 같은 연료 효율적인 차량을 어떻게 제작할까요? 뭐, 수소차 생산은 일반 자동차 생산과 크게 다르지 않습니다. 물론, 예를 들어 드라이브 트레인과 전기 시스템은 연료 전지가 전기를 생성하기 때문에 다소 독특할 것입니다. 따라서 수소차와 전기차는 그런 면에서 공통점이 많다. 아마도 더 중요한 질문은 수소 자체가 어떻게 생산될 것인가입니다. 수소가 우주에서 가장 풍부한 원소로 존재하는 원자의 약 90%를 구성한다는 점을 감안하면 이것이 문제가 되지 않을 것이라고 생각할 것입니다. 자, 다시 생각해 보세요. 수소는 또한 우주에서 가장 가벼운 원소이며 지구 표면에 함유되지 않은 수소는 즉시 우주 공간으로 떠내려갈 것입니다. 이 행성에 남아 있는 수소는 분자 형태로 다른 원소와 결합되어 있으며, 가장 일반적으로 물(H2O) 분자입니다. 그리고 지구 표면에는 많은 양의 H2O가 존재합니다.
그러나 물의 수소 분자와 산소 분자를 어떻게 분리합니까? 그리고 물을 수소원으로 사용하지 않는다면 다른 곳에서 수소를 얻을 수 있습니까?
물에서 수소를 얻는 가장 간단한 방법은 William Grove 경이 150년 이상 전에 알고 있었던 전기분해입니다. 물에 전류를 흐르게 하면 H2O 분자가 분해됩니다. 연료 전지 작동과 유사하게 이 공정은 일반적으로 불활성 금속으로 만들어진 양극과 음극을 사용합니다. 물에 전류를 가하면 음극에서 수소가 생성되고 양극에서 산소가 생성된다. 이 프로세스는 느리지만 대규모로 수행할 수 있습니다.
수소의 대체 공급원은 천연 가스로 천연 탄화수소로 구성되어 있습니다. 증기 개질이라고 하는 과정을 사용하여 가스의 수소를 탄소에서 분리할 수 있습니다. 현재 이것은 산업적 규모의 수소 생산의 가장 일반적인 방법이며 연료 전지 차량용 수소를 생산하는 데 사용되는 첫 번째 방법이 될 것입니다. 불행히도 이 프로세스는 천연 가스인 화석 연료를 사용하므로 수소로 구동되는 자동차를 만드는 목적이 화석 연료 매장량의 고갈을 방지하는 것이라면 천연 가스가 이 연료의 가장 나쁜 공급원이 될 것입니다.
일부 전문가들은 평범한 사람의 차고에 들어갈 수 있는 소형 수소 공장을 짓는 것이 가능할 수 있다고 제안했습니다. 따라서 자동차의 수소 탱크를 채우기 위해 지역 주유소까지 운전할 필요조차 없을 것입니다. 이 아이디어의 가장 극단적인 형태는 전기분해가 자동차 자체 내부에서 수행될 수 있다는 제안으로, 이는 물 위에서 달리는 자동차의 놀라운 아이디어를 가능하게 할 것입니다! 그러나 전기분해를 위한 전력은 일종의 배터리에서 나와야 하므로 수력 자동차는 주기적으로 충전해야 합니다.
그렇다면 연료전지 자동차와 같은 친환경 자동차는 과연 미래의 자동차일까? 많은 사람들이 그렇게 되기를 희망하지만, 사람들이 수소로 달리는 자동차를 타고 다니는 세상으로 가는 길에는 몇 가지 잠재적인 장애물이 있습니다. 다음 페이지에서 살펴보겠습니다.
많은 사람들은 수소 연료 전지가 현재 개발 중인 가장 중요한 대체 연료 기술이라고 믿습니다. 그러나 문제가 없는 것은 아니며 연료 전지 기술이 널리 사용되기까지는 수십 년이 걸릴 수 있습니다. 우리는 수소의 문제를 세 가지 범주로 대략 분류할 수 있습니다. 기술 개발 비용, 수소 저장의 어려움과 위험, 이 "무공해 기술"이 결국 무공해가 아닐 가능성입니다. 가까운 장래에 처리할 것으로 예상할 수 있는 수소 자동차의 차질은 다음과 같습니다.
수소 기술 개발 비용은 높습니다. 연료 전지와 자동차를 설계하고 개발해야 할 뿐만 아니라 이러한 연료 효율적인 차량을 지원하는 인프라도 개발해야 합니다. 현재 수소 자동차를 소유하고 있다고 상상해보십시오. 탱크를 채우려면 어디로 가겠습니까? 차고에 수소 생산 시설이 없다고 가정하면 수소 충전소가 필요하며 현재 상당한 수의 충전소가 있는 곳은 Arnold Schwarzenegger 주지사가 있는 캘리포니아 주뿐입니다. 수소 미래를 지원하기 위해 최선을 다하고 있습니다. 좀 더 비관적인 추정에 따르면 상당한 수의 수소 자동차를 허용하는 인프라 구축 비용이 5000억 달러에 이르고 인프라를 생산하는 데 드는 시간이 40년에 달할 수 있습니다!
차값도 비싸다. 연료 전지에서 가장 널리 사용되는 촉매로 백금을 사용하는 단일 연료 전지 차량의 가격은 현재 $100,000 이상이며 아마도 훨씬 더 높을 것입니다. 이것이 바로 현재 귀하가 운전할 수 있는 유일한 수소 자동차가 리스 차량인 이유입니다. , 비매품. 그렇게 비싼 차를 살 수 있는 사람은 거의 없습니다. 아마도 백금보다 저렴할 다른 촉매가 개발되고 있지만 이것이 얼마나 빨리 대규모로 사용될 수 있을지는 아무도 모릅니다.
보관 문제도 골칫거리다. 수소는 기체이며 퍼지기를 좋아합니다. 차에 싣는다는 것은 적당한 크기로 짜낸다는 뜻인데, 그게 쉽지가 않다. 게다가 수소는 주차된 자동차의 탱크에 있는 동안 따뜻해져서 가스가 팽창합니다. 이것은 탱크가 자동차에서 주기적으로 수소를 배출해야 함을 의미합니다. 수소차를 며칠 이상 방치하면 연료가 모두 소진됩니다. 수소는 또한 인화성이 매우 높습니다. 1930년대 비행선 Hindenburg의 놀라운 폭발은 일부 사람들은 수소 화재의 결과로 여겨집니다. 따라서 수소가 탱크에서 나오면 위험할 가능성이 있습니다. . 다행히 수소 화재는 휘발유 화재만큼 뜨겁지 않고 2차 화재를 일으킬 가능성이 적습니다. 그리고 수소가 상승하기 때문에 탈출한 대부분의 수소는 실제로 해를 입히기 전에 떠오릅니다.
그리고 수소는 정말 무공해입니까? 연료 전지는 배기 가스로 열과 물만 생성하지만 수소를 생성하는 데 사용되는 프로세스가 반드시 깨끗하지는 않습니다. 전기 분해는 전기를 사용하며 전기는 종종 오염이 심한 석탄을 태우는 공장에서 나옵니다. 그리고 천연 가스에서 수소를 추출하면 탄소 배출이 발생합니다. 이는 우리가 처음부터 수소를 사용하여 피하려고 하는 것과 정확히 일치합니다.
많은 사람들은 우리가 이러한 장애물을 결국 극복할 것이라고 생각하지만 어려울 것입니다. 다른 사람들은 가까운 장래에 연비와 친환경 운전을 위한 최선의 선택은 수소가 아니라 Toyota Prius, Ford Fusion 하이브리드 및 기타 유사한 하이브리드 자동차와 같은 하이브리드 전기 자동차에 있다고 믿습니다. 하지만 앞으로 20년 안에 수소 연료 전지 자동차를 소유하게 될 수도 있습니다.
대체 연료, 하이브리드 자동차 및 기타 관련 주제에 대한 자세한 내용은 다음 페이지의 링크를 참조하십시오.
