연료 전지에 대한 기사를 읽으면 수소와 산소로 전기를 생산하고 증기만 방출한다는 것을 알 수 있습니다. 수소 구동 연료 전지의 주요 문제는 수소의 저장 및 분배와 관련이 있습니다. 자세한 내용은 수소 경제가 작동하는 방식을 참조하십시오.
수소 가스는 에너지 밀도가 높은 연료가 아니므로 가솔린이나 메탄올과 같은 액체 연료에 비해 단위 부피당 에너지가 거의 없습니다. 따라서 연료 전지 구동 자동차에 충분한 수소 가스를 장착하여 합리적인 주행 거리를 제공하는 것은 어렵습니다. 액체 수소는 에너지 밀도가 좋지만 극도로 낮은 온도와 고압에서 저장해야 합니다. 이로 인해 보관 및 운송이 다소 어려워집니다.
천연 가스, 프로판 및 가솔린과 같은 일반적인 연료와 메탄올 및 에탄올과 같은 덜 일반적인 연료는 모두 분자 구조에 수소를 가지고 있습니다. 이러한 연료에서 수소를 제거하고 연료 전지에 전력을 공급하는 데 사용할 수 있는 기술이 있다면 수소 저장 및 분배 문제가 거의 완전히 제거될 것입니다.
그 기술은 개발 중입니다. 연료 처리기라고 합니다. , 또는 개혁가 . 이번 HowStuffWorks 에디션에서 , 증기 개질기 작동합니다.
콘텐츠
연료 처리기의 역할은 쉽게 구할 수 있거나 쉽게 운반할 수 있는 연료를 사용하여 비교적 순수한 수소를 연료 전지에 제공하는 것입니다. 연료 처리업체는 오염을 최소화하면서 효율적인 방식으로 이를 수행할 수 있어야 합니다. 그렇지 않으면 애초에 연료 전지 사용의 이점을 무효화합니다.
자동차의 경우 주요 문제는 에너지 저장 장치입니다. . 크고 무거운 압력 탱크를 피하기 위해 액체 연료가 가스보다 바람직합니다. 회사는 가솔린 및 메탄올과 같은 액체 연료용 연료 프로세서에 대해 작업하고 있습니다. 메탄올 단기적으로 가장 유망한 연료입니다. 지금 휘발유와 거의 같은 방식으로 저장하고 유통할 수 있습니다.
주택 및 고정식 발전의 경우 천연 가스 또는 프로판과 같은 연료가 선호됩니다. 많은 발전소와 주택은 이미 파이프라인을 통해 천연 가스 공급에 연결되어 있습니다. 그리고 가스 라인에 연결되지 않은 일부 집에는 프로판 탱크가 있습니다. 따라서 이러한 연료를 고정형 연료 전지에 사용하기 위해 수소로 변환하는 것이 합리적입니다.
메탄올과 천연 가스는 모두 증기 개질기에서 수소로 전환될 수 있습니다. .
증기 개질기에는 두 가지 유형이 있으며 그 중 하나는 개질 메탄올입니다. 및 기타 개질 천연 가스 .
메탄올의 분자식은 CH입니다. 3 오 . 개질기의 목표는 수소(H ) 이 분자로부터 가능한 한 일산화탄소(CO)와 같은 오염 물질의 방출을 최소화합니다. ). 이 과정은 액체 메탄올과 물의 기화로 시작됩니다. 개질 과정에서 생성된 열은 이를 달성하는 데 사용됩니다. 이 메탄올과 수증기의 혼합물은 촉매가 포함된 가열된 챔버를 통과합니다.
메탄올 분자가 촉매에 부딪치면 일산화탄소(CO ) 및 수소 가스(H 2 ):
수증기는 수소 가스와 산소로 분리됩니다. 이 산소는 CO와 결합하여 CO2를 형성합니다. . 이러한 방식으로 대부분의 CO가 CO2로 변환되기 때문에 매우 적은 양의 CO가 방출됩니다. .
대부분 메탄으로 구성된 천연 가스(CH 4 ), 유사한 반응을 사용하여 처리됩니다. 천연 가스의 메탄은 수증기와 반응하여 일산화탄소와 수소 가스를 형성합니다.
메탄올을 개질할 때와 마찬가지로 수증기는 수소 가스와 산소로 분해되고, 산소는 CO와 결합하여 CO2를 형성합니다. .
이러한 반응 중 어느 것도 완벽하지 않습니다. 일부 메탄올 또는 천연 가스 및 일산화탄소는 반응하지 않고 통과합니다. 이들은 산소를 공급하기 위해 약간의 공기와 함께 촉매의 존재 하에 연소됩니다. 이것은 나머지 CO의 대부분을 CO2로 변환합니다. , 나머지 메탄올은 CO2로 그리고 물. 다양한 기타 장치를 사용하여 배기 흐름에 있을 수 있는 황과 같은 기타 오염 물질을 정화할 수 있습니다.
일산화탄소를 제거하는 것이 중요합니다. 두 가지 이유로 배기 스트림에서 발생합니다. 첫째, CO가 연료 전지를 통과하면 연료 전지의 성능과 수명이 감소합니다. 둘째, 규제된 오염 물질이므로 자동차는 소량만 생성할 수 있습니다.
전력을 생성하려면 여러 시스템이 함께 작동하여 필요한 전기 출력을 제공해야 합니다. 일반적인 시스템은 전기 부하로 구성됩니다. (예:집 또는 전기 모터), 연료 전지 및 연료 처리기 .
연료전지 자동차의 경우를 보자. 가스(수소) 페달을 밟으면 거의 동시에 여러 일이 발생합니다.
갑자기 전기 수요가 증가하면 유사한 일련의 사건이 집에서 발생합니다. 예를 들어, 에어컨이 켜지면 연료 전지의 출력이 빠르게 증가해야 합니다. 그렇지 않으면 연료 전지가 수요를 따라잡을 때까지 조명이 어두워집니다.
연료 처리 장치에는 오염을 비롯한 단점도 있습니다. 및 전반적인 연료 효율 .
연료 처리기는 내연 기관보다 훨씬 적은 오염을 생성하면서 연료 전지에 수소 가스를 제공할 수 있지만 여전히 상당한 양의 이산화탄소(CO2 ). 이 가스는 규제 오염 물질은 아니지만 지구 온난화에 기여하는 것으로 의심됩니다.
순수한 수소가 연료 전지에 사용되는 경우 유일한 부산물은 물(증기 형태)입니다. CO 없음2 또는 다른 가스가 방출됩니다. 그러나 연료 처리기를 사용하는 연료 전지 구동 차량은 일산화탄소와 같은 소량의 규제 오염 물질을 배출하기 때문에 무공해 차량 자격이 없습니다. (ZEV) 캘리포니아의 배기가스 배출법에 따릅니다. 현재 ZEV에 해당하는 주요 기술은 배터리 구동 전기 자동차와 수소 구동 연료 전지 자동차입니다.
규제된 오염 물질을 배출하지 않을 정도로 연료 처리기를 개선하는 대신 일부 회사는 차량에 수소를 저장하거나 생산하는 새로운 방법을 연구하고 있습니다. . 오보닉은 스펀지가 물을 흡수하듯이 수소를 흡수하는 금속수소화물 저장장치를 개발 중이다. 이를 통해 고압 저장 탱크가 필요하지 않으며 차량에 저장할 수 있는 수소의 양이 증가할 수 있습니다.
Powerball Technologies는 열고 물에 떨어뜨렸을 때 수소를 생성하는 수소화나트륨으로 가득 찬 작은 플라스틱 공을 사용하려고 합니다. 이 반응의 부산물, 액체 수산화나트륨 , 일반적으로 사용되는 산업용 화학 물질입니다.
연료 처리 장치의 또 다른 단점은 연료 전지 자동차의 전체 효율을 감소시킨다는 것입니다. 연료 처리기는 열과 압력을 사용하여 수소를 분리하는 반응을 돕습니다. 사용하는 연료의 종류와 연료 전지 및 연료 처리 장치의 효율성에 따라 기존 가솔린 자동차에 비해 효율성 향상이 상당히 적을 수 있습니다. 연료 전지 자동차, 가솔린 자동차 및 전기 자동차의 효율성 비교를 참조하십시오.
