힌덴부르크 비행선이 1937년 5월 6일 뉴저지주 레이크허스트에 있는 부두에 접근했을 때 승객 갑판을 높이 들어 올린 비행선은 수소로 가득 차 있었습니다. 우주에서 가장 단순하고 가장 풍부한 이 원소는 하나의 양성자와 하나의 전자가 주위를 돌고 있습니다. 수소는 또한 원자적으로 모든 원소의 무게가 가장 가볍습니다. 그것은 산소와 점화원이 도입될 때 엄청난 양의 에너지를 생성하여 상당한 펀치를 날릴 수 있습니다. 힌덴부르크가 폭발했을 때 세계는 수소의 힘을 목격했습니다.
5월 저녁에 Hindenburg가 도킹할 때 소형 비행선의 외부 피부가 정전기 불꽃에 노출되었습니다. 불과 몇 초 만에 화염이 비행선을 가로질러 화염구와 뒤틀린 금속으로 변했습니다. 이 재해로 36명이 목숨을 잃었습니다[출처:국립 기록 보관소]. 그리고 힌덴부르크가 불타오르는 속도만큼 수소에 대한 대중의 의견도 빠르게 불타올랐습니다. 재난 이후 수십 년 동안 수소는 회의적이고 심지어는 경각심을 불러일으키기까지 했습니다. 원소와 관련하여 개발된 "수소 공포 요인" [출처:Edwards].
오늘날 전 세계적으로 석유 공급이 줄어들고 석유에서 발생하는 오염 물질의 배출이 증가한다는 우려가 커지면서 에너지 연구자들은 수소를 연료 공급원으로 재고하고 있습니다. 수소는 온실 가스(GHG)를 거의 또는 전혀 배출하지 않습니다. 주요 부산물은 수증기와 열입니다. 수소는 모든 연료의 중량 기준으로 가장 높은 에너지 출력을 가지고 있습니다[출처:CECA]. 그리고 그것은 풍부합니다. 수소는 천연 가스에서 물 자체에 이르기까지 다양한 출처에서 생성될 수 있습니다.
그러나 문제는 여전히 남아 있습니다. 수소 연료가 우리 자동차의 안전한 에너지원입니까? 수소는 어떻게 연료로 사용될 수 있습니까? 다음 페이지에 간단한 입문서가 있습니다.
수소는 실제로 에너지원이 아니라 에너지 운반체입니다. [출처:CECA]. 수소는 생성될 때 생성되는 에너지를 운반합니다. 전기와 비슷합니다. 우리는 전기(에너지 운반체)를 태울 수 없지만 천연 가스나 석유와 같은 에너지원을 태워 전기를 생산할 수 있습니다. 그런 다음 전기는 이 에너지를 집의 콘센트와 같은 다른 장소로 전송합니다.
이것은 에너지 운반체가 운반할 에너지를 대략적으로 말해서 제공해야 함을 의미합니다. 그래서 우리는 수소를 만들기 위해 에너지를 만들어야 합니다. 이것은 우리의 주요 연료 공급원인 석유를 얻는 기존의 방법보다 훨씬 쉽습니다. 석유를 얻으려면 매장량을 시추하여 땅에서 퍼내고 정제하고 주유소로 보내야 합니다. 수소를 연료 공급원으로 사용함으로써 본질적으로 우리는 자체 연료를 생산할 수 있고 이러한 모든 단계를 제거할 수 있습니다. 그리고 아마도 석유가 야기하는 지정학적 분쟁일 수도 있습니다.
수소는 개질이라는 과정을 통해 생성됩니다. . 확실히, 우리는 천연 가스나 기타 탄소 기반 연료를 태워 에너지 전달 수단으로 수소를 생성할 수 있습니다. 사실, 메탄 개질(천연 가스를 연소시켜 탄화수소로부터 수소를 분리)은 현재 수소 연료를 생산하는 가장 실행 가능한 방법입니다. 그러나 이 방법을 통해 우리는 온실 가스(GHG) 배출에 관한 한 다시 원점으로 돌아갑니다. 수소에서 에너지를 전달하는 과정은 깨끗한 반면, 수소를 만드는 과정은 여전히 화석 연료를 태우고 GHG를 배출합니다.
전기를 생산하는 더 깨끗한 방법(예:수력 발전)이 있는 것처럼, 수소는 풍력이나 태양열 발전을 통해서도 깨끗하게 생성될 수 있습니다. 심지어 조류를 먹고 폐기물로 수소를 생성하는 미생물을 통해서도 가능합니다[출처:NREL]. 연구원들은 이러한 방법을 화석 연료를 태우지 않고 수소를 생산하는 신뢰할 수 있는 방법으로 평가하고 있습니다. 그리고 다른 사람들은 이렇게 생산된 수소를 사용하여 자동차에 동력을 공급하는 가장 좋은 방법을 찾고 있습니다.
자동차 엔지니어는 수소 를 고안했습니다. 연료 전지 . 이 연료 전지는 전기화학적 변환을 통해 자동차에 전력을 공급하는 전기를 생성합니다. . 순수한 화학 원소인 수소는 양성자와 전자로 분리되어 전기를 생성하는 과정입니다. 그것이 산소와 섞일 때, 그 과정의 부산물은 물입니다. 연료 전지는 자동차에 전력을 공급할 만큼 충분한 전기를 자체적으로 생산할 수 없기 때문에 연료 전지 스택을 생성하려면 전지를 조합해야 합니다. [출처:Fuel Economy.gov]. 하지만 몇 가지 스택을 모으면 차가 확대될 수 있습니다.
그러나 큰 문제가 남아 있습니다. 바로 차량에 수소를 저장하는 것입니다. 일부 방법은 이미 사용 중입니다. 수소는 고압의 기체 또는 극저온 수소와 같은 극도로 차가운 액체의 형태로 저장될 수 있습니다. 이것은 연료 펌프에 수소를 저장하는 데 효과가 있지만 자동차에 연료를 운반하는 데는 실용적이지 않습니다. 극저온 수소 액체는 연료를 차갑게 유지하기 위해 추가 온보드 시스템이 필요합니다. 이것은 차량의 에너지 효율성에 영향을 미치는 무게를 추가합니다.
연구원들은 여전히 수소를 연료원으로 저장하고 활용하는 최적의 방법을 조사하고 있습니다. 그 연구의 일부는 수소 연료에 대한 대중의 두려움을 없애는 것을 포함합니다. 과학은 수소 연료 퍼즐을 풀 수 있을지 모르지만, 운전자가 여전히 휀더 뒤의 백열 화염 속에서 산 채로 스스로를 태우는 것을 상상한다면 누가 수소 연료 자동차를 사겠습니까? 아마도 다음 페이지가 당신의 걱정을 덜어줄 것입니다.
많은 경우 수소는 현재 우리가 자동차에 동력을 공급하는 데 사용하는 연료보다 안전합니다. 탄소 기반 연료는 액체로 퍼지는 경향이 있습니다. 연소될 때 기존 연료는 뜨거운 재를 생성하여 복사열을 생성합니다. 이것은 수소의 경우가 아닙니다. 순수한 형태의 수소는 탄소를 태우지 않고 뜨거운 재와 복사열을 거의 생성하지 않습니다[출처:RMI]. 또한 수소가 누출되면 대기 중으로 빠르게 상승하므로 연소 시간이 줄어듭니다[출처:Princeton].
그렇다면 힌덴부르크는? 수소 연료의 지지자와 반대자는 토론에서 불운한 비행선에 매달렸습니다. 반대론자들은 이것을 경고의 이야기라고 지적하지만 지지자들은 이것을 수소에 대한 면죄부로 봅니다.
Hindenburg의 수소는 확실히 엄청난 힘으로 연소되었지만 재앙을 일으킨 것은 수소가 아니라 알루미늄 가루였습니다. 햇빛을 반사하기 위해 힌덴부르크의 피부를 로켓 연료와 같은 형태인 이 가루로 덮었습니다[출처:RMI]. 그리고 비행선의 피부를 구성하는 면직물은 고인화성 아세테이트로 방수 처리되었습니다[출처:ABC]. 수소 지지자들은 또한 힌덴부르크 참사의 화염이 원소가 너무 가볍기 때문에 꺼지지 않고 위로 타올랐다고 지적합니다. 이로 인해 화물선 아래에 있는 승객들은 상대적으로 화염에 휩싸이지 않았습니다. 36명의 Hindenburg 사망자 중 35명은 비행선에서 뛰어내리는 승객의 결과였습니다. 배에 남아 있던 사람들은 모두 생존했습니다[출처:RMI].
수소 연료 저장이 제시하는 과제는 미래 세대를 위한 수소에 대한 경고가 되지 않는 저장 탱크를 만드는 방법을 찾는 것입니다. 즉, 자동차 사고 시 수소 폭발을 방지하기 위한 최고의 저장 탱크는 무엇일까요?
강철 탱크가 하나의 가능성입니다. 그들은 자동차의 수소 가스에 대한 안정적인 운반체 역할을 할 만큼 충분히 강합니다. 사고가 발생하면 강철 탱크는 펑크나 파열 없이 충격을 견딜 수 있을 것입니다. 그러나 강철의 한 가지 문제는 수소가 너무 가벼우므로 가솔린보다 밀도가 낮다는 것입니다. 가압 수소 연료를 담는 탱크는 자동차의 기존 가스 탱크보다 훨씬 커야 합니다. 강철 탱크는 꽤 무거우며 에너지 효율성을 감소시킵니다.
복합 재료는 강철보다 훨씬 더 많은 가능성을 제공하는 것 같습니다. 폴리에틸렌으로 만든 탱크는 가벼우며 자동차에 맞게 모양을 만들 수 있으며 분말하도록 설계되었습니다. -- 충격 에너지를 흡수하여 탱크를 먼지로 만들고 표면상 수소를 대기 중으로 안전하게 방출합니다[출처:Princeton].
수소는 궁극적으로 요소를 보유하고 필요할 때 방출할 수 있는 재료에 저장될 수 있습니다. 금속 수소화물과 같은 일부 금속 유형 , 구성 구조 내에서 수소 분자를 가둘 수 있습니다. 여기에서 수소는 안전하게 저장되었다가 금속이 가열되면 방출됩니다. 이 기술을 더욱 매력적으로 만드는 것은 금속 탱크에서 수소 분자를 방출하는 데 필요한 열이 수소 연료 전지에서 생성된 폐열에서 나올 수 있다는 것입니다[출처:DOE].
"수소 공포 요인"이 연료 공급원으로서의 생존 가능성에 대한 지속적인 연구를 단념시키기 위해 많은 일을 하고 있는 것 같지 않습니다. 그리고 세계에 정말로 석유가 고갈되고 있다면 우리는 그러한 두려움을 완전히 접어야 할 수도 있습니다.
수소 연료 및 기타 관련 주제에 대한 자세한 내용은 다음 페이지를 참조하십시오.
