와이라케이 지열 발전소의 증기 파이프 연료 전지로 구동되는 자동차에 대한 뉴스에서 매일 새로운 발표가 있는 것 같습니다. 연료 전지는 대기 오염을 크게 줄이는 동시에 자동차의 효율성을 매우 빠르게 두 배로 늘릴 수 있는 잠재력을 가지고 있기 때문에 그 약속은 감질나게 합니다.
동시에 석유와 관련된 문제에 대한 뉴스 기사가 수십 년 동안 있었습니다. 기름 유출에서 오존 경보, 지구 온난화에 이르기까지 모든 것은 우리가 화석 연료에 의존하기 때문입니다.
이 두 가지 힘은 세계를 수소 경제로 널리 알려진 방향으로 이끌고 있습니다. . 예측이 사실이라면 앞으로 수십 년 동안 우리 모두는 오늘날의 화석 연료 경제에서 훨씬 더 깨끗한 수소 미래를 향한 놀라운 변화를 목격하기 시작할 것입니다.
사회가 실제로 이러한 변화를 일으킬 수 있습니까? 아니면 기술, 경제 및 정치적 장벽으로 인해 다음 세기와 그 이후를 위해 석유 및 기타 화석 연료에 우리를 묶어 둘 것입니까? 이 기사에서는 잠재적인 문제와 함께 수소 경제의 이점에 대해 배울 것입니다. 또한 전환을 가능하게 하는 몇 가지 기술을 검토할 것입니다.
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현재 미국과 전 세계 대부분은 화석 연료 경제에 갇혀 있습니다. . 우리의 자동차, 기차 및 비행기는 거의 전적으로 가솔린 및 디젤과 같은 석유 제품으로 연료를 공급받습니다. 우리 발전소의 상당 부분이 석유, 천연 가스 및 석탄을 연료로 사용합니다.
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미국으로 향하는 화석연료의 흐름이 끊어지면 경제는 멈춘다. 공장에서 생산하는 제품을 운송할 방법이 없을 것입니다. 사람들이 직장에 차를 몰고 갈 방법이 없을 것입니다. 전체 경제, 그리고 사실상 서구 사회 전체가 현재 화석 연료에 의존하고 있습니다.
화석 연료는 사회를 오늘날과 같은 수준으로 만드는 데 중요한 역할을 했지만 화석 연료는 다음과 같은 네 가지 큰 문제를 야기합니다.
대기 오염 - 자동차가 휘발유를 태울 때 이상적으로는 완벽하게 연소되고 배기 가스에는 이산화탄소와 물만 생성됩니다. 불행히도 내연 기관은 완벽하지 않습니다. 휘발유를 태우는 과정에서 다음도 생성됩니다.
촉매 변환기는 이러한 오염을 상당 부분 제거하지만 완벽하지는 않습니다. 자동차와 발전소의 대기 오염은 대도시에서 심각한 문제입니다.
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여름에 많은 도시에서 대기 중에 위험한 수준의 오존이 발생하는 것은 이제 충분히 나쁩니다.
환경 오염 - 기름을 운반하고 저장하는 과정은 일이 잘못될 때마다 환경에 큰 영향을 미칩니다.
 사우디아라비아에서 기름을 싣고 있는 슈퍼탱커 |
기름 유출, 파이프라인 폭발 또는 유정 화재는 큰 혼란을 일으킬 수 있습니다. Exxon Valdez 유출은 문제의 가장 잘 알려진 예이지만 경미한 유출은 지속적으로 발생합니다.
지구 온난화 - 차에서 1갤런의 휘발유를 태울 때 약 5파운드(2.3kg)의 탄소를 대기 중으로 방출합니다. 그것이 고체 탄소라면 그것은 극도로 눈에 띄게 될 것입니다. 그것은 연소된 가스 1갤런당 5파운드의 설탕 봉지를 차 창 밖으로 던지는 것과 같을 것입니다. 그러나 5파운드의 탄소는 보이지 않는 기체인 이산화탄소로 나오기 때문에 우리 대부분은 그것을 모르고 있습니다. 모든 자동차 배기관에서 나오는 이산화탄소는 온실 가스입니다. 그것은 천천히 행성의 온도를 높이고 있습니다. 궁극적인 영향은 알려지지 않았지만 결국 지구상의 모든 사람에게 영향을 미치는 극적인 기후 변화가 있을 가능성이 높습니다. 예를 들어, 만년설이 녹으면 해수면이 크게 상승하여 오늘날 존재하는 모든 해안 도시가 범람하고 파괴됩니다. 그것은 큰 부작용입니다.
의존성 - 미국과 대부분의 다른 국가들은 수요를 충족시키기에 충분한 석유를 생산할 수 없기 때문에 석유가 풍부한 국가에서 수입합니다. 그것은 경제적 의존성을 만듭니다. 중동 산유국들이 유가를 인상하기로 결정하면 나머지 세계는 더 높은 가격을 지불할 수밖에 없습니다.
이전 섹션에서 우리는 화석 연료로 인해 발생하는 중대한 전 세계적인 문제를 보았습니다. 수소 경제는 화석 연료 경제가 만들어내는 모든 문제를 제거할 것을 약속합니다. 따라서 수소 경제의 장점은 다음과 같습니다.
화석 연료 경제의 문제는 매우 크고 수소 경제의 환경적 이점은 매우 중대하여 수소 경제에 대한 추진력이 매우 강력합니다.
| 아시나요? 수소 구동 내연 기관의 잠재적 누출을 감지하는 센서는 NASA에서 우주 왕복선 발사 중 수소 누출을 감지하기 위해 개발했습니다. |
수소 경제의 가장 큰 질문은 "수소는 어디에서 오는가?"입니다. 그 다음은 수소를 수송, 분배 및 저장하는 문제입니다. 수소는 천연 가스 형태로 부피가 크고 까다로운 경향이 있습니다.
이 두 가지 질문이 경제적으로 해결되면 수소 경제가 실현될 것입니다.
다음 섹션에서 이러한 각 질문을 개별적으로 살펴보겠습니다.
수있는
수소 경제의 더 흥미로운 문제 중 하나는 수소 자체입니다. 어디에서 올까요? 화석 연료 경제를 사용하면 화석 연료를 땅에서 퍼올리고(석유 시추 작동 방식 참조) 정제하기만 하면 됩니다(석유 정제 작동 방식 참조). 그런 다음 에너지원으로 태웁니다.
우리 대부분은 석유, 휘발유, 석탄 및 천연 가스를 당연하게 여기지만 실제로는 아주 기적적인 것입니다. 이 화석 연료는 저장된 태양 에너지를 나타냅니다. 수백만 년 전부터. 수백만 년 전 식물은 태양 에너지를 사용하여 성장했습니다. 그들은 죽었고 결국 석유, 석탄 및 천연 가스로 변했습니다. 우리가 땅에서 기름을 퍼 올릴 때 우리는 그 거대한 태양 에너지 저장고를 "무료로" 활용합니다. 휘발유 1갤런을 태울 때마다 저장된 태양 에너지를 방출합니다.
수소 경제에서는 활용할 창고가 없습니다. 실제로 실시간으로 에너지를 생성해야 합니다.
수소에 대한 두 가지 가능한 소스가 있습니다.
두 번째 옵션은 물론 약간 비뚤어진 것입니다. 당신은 수소 경제를 위한 수소의 원천으로 화석 연료를 사용하고 있습니다. 이 접근 방식은 대기 오염을 줄이지만 온실 가스 문제(대기 중으로 탄소가 계속 배출되기 때문에)나 의존성 문제(여전히 석유가 필요함)를 해결하지 못합니다. 그러나 수소 경제로의 전환 과정에서 취할 수 있는 좋은 임시 조치가 될 수 있습니다. 지금 자동차 회사에서 개발 중인 '연료전지차'를 들으면 거의 대부분이 리포머를 이용해 휘발유에서 연료전지용 수소를 얻을 계획이다. 그 이유는 가솔린이 쉽게 구할 수 있는 수소 공급원이기 때문입니다. 지금 우리가 주유소를 갖고 있는 것처럼 구석구석에 "수소 충전소"가 있을 때까지는 이것이 차량의 연료 전지에 전력을 공급하기 위해 수소를 얻는 가장 쉬운 방법입니다.
첫 번째 옵션에 대한 흥미로운 점은 그것이 실제 수소 경제의 핵심이라는 것입니다. 순수한 수소 경제를 갖기 위해 , 수소는 재생 가능한 공급원에서 파생되어야 합니다. 대기 중으로 탄소 방출을 중단하기 위해 화석 연료보다. 물과 수소를 분리할 수 있는 충분한 전기를 보유하고 화석 연료를 사용하지 않고 전기를 생산하는 것은 수소 경제를 창출하는 데 있어 가장 큰 변화가 될 것입니다.
 Bayswater 발전소(호주 뉴사우스웨일즈)는 가압 터보 제너레이터를 실행하는 증기. |
물의 전기분해를 위한 전기는 어디에서 올까요? 현재 미국에서 생산되는 전력의 약 68%(기준)가 석탄이나 천연 가스에서 나옵니다. 모든 발전 용량은 수소 경제에서 재생 가능한 자원으로 대체되어야 합니다. 또한 현재 운송에 사용되는 모든 화석 연료 에너지(자동차, 트럭, 기차, 보트, 비행기)는 수소로 변환되어야 하며 그 수소도 전기로 생성됩니다. 다시 말해, 운송 수요를 감당하기 위해 국가의 발전 용량을 두 배로 늘려야 하며, 그런 다음 모두 화석 연료에서 재생 가능한 자원으로 전환해야 합니다. 그 지점에서, 그리고 그 지점에서만 대기로의 탄소 흐름이 멈출 것입니다.
현재 화석 연료를 사용하지 않고 전기를 생성하는 여러 가지 방법이 있습니다.
 오른쪽 위에서 시계 방향:태양광 발전소; 원자력 발전소; 수력발전 댐; 풍력 터빈 |
미국에서는 현재 전력의 약 20%가 원자력에서 나오고 7%가 수력 발전에서 나옵니다. 태양열, 풍력, 지열 및 기타 소스는 전력의 5%만 생성하므로 문제가 되지 않습니다.
미래에는 일부 기술 혁신이 없다면 수소 경제를 창출하는 두 가지 중 하나가 발생할 것 같습니다. 원자력 또는 태양광 발전 용량이 크게 증가할 것입니다. 순수한 수소 경제에서는 현재 석유에서 나오는 운송을 위한 모든 에너지가 전기적으로 생성된 수소로 대체되어야 하기 때문에 발전 용량이 약 두 배가 되어야 한다는 점을 기억하십시오. 따라서 발전소의 수는 두 배로 늘어나고 모든 화석 연료 발전소가 교체됩니다.
발전 문제는 아마도 수소 경제의 가장 큰 장벽일 것입니다. 기술이 정제되고 저렴해지면 10~20년에 걸쳐 수소로 구동되는 연료 전지 차량이 가솔린 내연 기관을 대체할 수 있습니다. 그러나 발전소를 원자력과 태양광으로 바꾸는 것은 그리 쉬운 일이 아닙니다. 원자력은 정치적, 환경적 문제가 있고 태양광 발전은 현재 비용과 위치 문제가 있습니다.
| 사업장 개방 미국, 아이슬란드, 일본, 독일 등 여러 국가에 수소충전소가 이미 개설되어 있습니다. 가까운 수소 충전소를 찾으려면 FuelCells.org - 전세계 수소 충전소를 참조하십시오. |
현시점에서 순수수소차의 도로주행 문제는 저장·운송 문제다. 수소는 부피가 큰 가스이며 가솔린만큼 다루기가 쉽지 않습니다. 가스를 압축하려면 에너지가 필요하며 압축된 수소는 같은 부피의 가솔린보다 훨씬 적은 에너지를 포함합니다. 그러나 수소 저장 문제에 대한 해결책이 떠오르고 있습니다.
예를 들어 수소는 수소화붕소나트륨이라는 화학물질에 고체 형태로 저장될 수 있으며, 이 기술은 최근 크라이슬러가 테스트 중이기 때문에 뉴스에 나왔다. 이 화학 물질은 붕사(일부 세제의 일반적인 성분)에서 생성됩니다. 수소화붕소나트륨이 수소를 방출하면 다시 붕사로 변하여 재활용될 수 있습니다.
일단 저장 문제가 해결되고 표준화되면 수소 충전소 네트워크와 운송 인프라가 이를 중심으로 발전해야 합니다. 이에 대한 주요 장벽은 기술적 분류 프로세스일 수 있습니다. 스테이션은 시장을 확실히 지배하는 스토리지 기술이 있을 때까지 빠르게 발전하지 않을 것입니다. 예를 들어, 모든 제조업체의 모든 수소 동력 자동차가 수소화붕소나트륨을 사용한다면 스테이션 네트워크가 빠르게 발전할 수 있습니다. 그런 종류의 표준화 역사가 어떤 지침이 된다면 빠르게 일어날 것 같지 않습니다.
경기장을 빠르게 바꿀 수 있는 기술적 돌파구도 있을 수 있습니다. 예를 들어 누군가가 고용량과 빠른 재충전 시간을 가진 저렴한 충전식 배터리를 개발할 수 있다면 전기 자동차에는 연료 전지가 필요하지 않으며 도로에서 수소도 필요하지 않을 것입니다. 자동차는 전기를 직접 사용하여 충전합니다.
앞으로 몇 달간 뉴스에서 수소 경제에 대해 더 많이 듣게 될 것입니다. 북소리가 점점 커지고 있기 때문입니다. 화석 연료 경제의 환경 문제는 연료 전지 기술의 획기적인 발전과 결합되고 있으며, 이 결합을 통해 우리는 첫 번째 단계를 밟을 수 있습니다.
우리가 보게 될 가장 확실한 단계는 연료전지 차량의 마케팅입니다. . 처음에는 가솔린과 개질기로 구동되지만 연료 전지는 내연 기관에 비해 두 가지 주요 개선 사항을 구현합니다.
가솔린 연료 전지 차량은 이러한 장점 때문에 탁월한 전환 단계입니다.
순수한 수소 경제로의 전환 더 어려울 것입니다. 발전소는 재생 가능한 에너지원으로 전환해야 하며 시장은 수소를 저장하고 운송하는 방법에 동의해야 합니다. 이러한 장애물로 인해 수소 경제로의 전환은 다소 긴 과정이 될 것입니다.
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