수소 연료 전지는 기존 엔진과 같이 연료를 연소하는 대신 전기화학 공정을 통해 작동합니다. 전기를 생산하기 위해 수소 원자는 전해질 막의 한 면에서 이온화됩니다. 양성자가 빠져나가는 동안 전자는 외부 회로를 통해 먼 길을 돌아서 이동하면서 전류를 생성해야 합니다. 전자가 반대쪽에 도달하여 양성자와 짝을 이루면 수소가 공기 중의 산소와 결합하여 부산물로 약간의 열과 물이 생성됩니다.
기본 수준에서 프로세스는 매우 효율적입니다. 수소 연료 전지의 유형에 따라 효율 비율은 위의 프로세스에서 방출되는 총 에너지 양의 약 60%를 평균화하는 경향이 있습니다. 그러나 전해질 막으로 용융 탄산염 또는 고체 산화물을 사용하는 대규모 수소 연료 전지는 추가 효율을 위해 생성된 열과 전기를 모두 사용할 수 있어 최대 85%까지 얻을 수 있습니다. 한편, 미국 에너지부에 따르면 연료 전지 자동차에 사용되는 고분자 전해질 막(PEM)과 같은 휴대용 연료 전지는 효율이 50%에서 60% 사이입니다.
알겠습니다. 하지만 일반 자동차와 비교하면 어떤가요? 믿을 수 없을만큼 잘. 기본적으로 통제된 폭발과 액체 공룡에 해당하는 수준에서 자동차를 운전하는 것은 멋진 일이지만 내연 기관은 전혀 효율적이지 않습니다. 공회전 시간, 구동 라인을 따른 에너지 손실, 공기 저항 및 마찰을 제외하면 대부분의 가솔린 엔진은 낭비되는 열로 연료 에너지의 약 62%를 잃습니다.
그러나 열역학과 에너지 효율성을 만지작거리면 항상 문제가 있습니다. 수소의 경우 생산의 문제다. 수소는 우주에서 가장 풍부한 원소일 수 있지만 태양 표면에 떨어지고 싶지 않다면(차가운 음료수와 밑창이 두꺼운 신발을 가져오세요!), 공짜로 원소를 찾을 수 없습니다. 여기 지구상의 수소는 항상 무언가에 결합되어 있습니다. 즉, 추출해야 하며, 이는 비용이 많이 들고 시간이 많이 걸리며 막대한 에너지를 소모하는 과정입니다.
현재 대부분의 수소는 전기분해를 통해 생성되거나 증기 개질이라는 과정을 통해 천연 가스에서 제거됩니다. . (천연 가스도 화석 연료입니다.) 증기 개질은 산업용 수소 생산의 가장 일반적인 방법이지만 많은 열이 필요하고 매우 비효율적입니다. 증기 개질에 의해 생성된 수소는 실제로 증기 개질을 시작하는 천연 가스보다 에너지가 적습니다. 또한 수소 연료 전지와 달리 이 공정은 오염을 생성하므로 실제로 탄화수소 자체를 연료로 사용하는 것이 더 에너지 효율적입니다.
그러나 희망이 있습니다. 우리는 여전히 저렴하게 수소를 얻을 수 있는 실행 가능한 방법을 찾지 못했지만 상황은 점점 나아지고 있습니다. 재료 비용은 떨어지고 있으며 수소 생성 조류를 활용하고 매립지에서 메탄을 사용하는 것과 같이 재료를 수집하는 잠재적으로 더 쉬운 몇 가지 방법이 있습니다. 수소 동력의 미래가 눈앞에 와 있을 수도 있고, 적어도 지평선에 있는 한 점에 불과할 수도 있습니다.
