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[화학] 수소의개요 평가B괜찮아요

수소의 개요/ 장단점1) 개요수소에너지는 미래의 청정에너지원 가운데 하나이다. 수소는 연소시 극소량의 질소가 생성되는 것을 제외하고는 공해물질이 배출되지 않으며, 직접 연소를 위한 연료 또는 연료전지 등의 연료로 사용이 간편하다. 또한 수소는 이 세상에서 가장 풍부한 화학원소로서 지구 표면을 덮은 바다에는 13억7천만㎦의 물이 있고 바닷물 1kg에는 0.108g의 수소가 있다.수소에너지란 수소를 연소시켜서 얻는 에너지이다. 수소를 태우면 같은 무게의 가솔린 보다 3배나 많은 에너지를 방출한다. 수소는 전기에너지와 함께 현재의 에너지 시스템을 유지할 수 있는 에너지 매개체이다.수소는 가스나 액체로 쉽게 저장 수송할 수 있다. 게다가 산업용 기초소재에서부터 일반연료, 자동차, 비행기, 연료전지 등 현재의 에너지시스템에서 사용되는 거의 모든 분야에 응용돼 미래의 에너지시스템에 가장 적합한 에너지원으로 평가되고 있다.수소의 에너지 시스템을 실용화하기까지는 제조, 수송, 저장, 변환, 이용 등 모든 분야에 있어서 해결해야 할 많은 화학적인 개발 문제가 있다. 수소 에너지 시스템을 개발하기 위하여 수소를 싼값으로 대량 생산할 수 있는 제조법, 경제적인 저장과 수송법, 공해 없는 연소, 연료 전지 등의 이용법이 연구 과제이며 또한 해결하지 않으면 안 되는 문제점이다.안전성을 고려한 수소가 대량으로 값싸게 제조되어서 보급된다면 현재의 에너지 시스템에 큰 변화를 가져올 것이 확실하며 머지 않아 현재의 전력 경제에 맞먹는 수소 경제가 이루어질 것이 기대된다.2) 장점수소에너지는 공해물질이 배출되지 않아 대안에너지의 가장 이상적인 매개체라 할 수 있다.수소를 얻을 수 있는 원료로 물이 풍부하게 존재하고, 여러 가지의 1차 에너지를 사용하여 제조할 수 있다. 따라서, 자원적으로 제약을 받지 않는다.수소가 연소되거나 전기로 변환되어 산출된 물은 환경에 완전 무해하고 다시 사용될 수 있다. 수소의 사용은 기후변화의 원인물질의 배출을 줄일 수 있고 대기오염 물질을 줄일 수 있으며 그로 이다. 따라서, 에너지원으로는 특수 용도를 제외하고는 거의 쓰이지 않으며, 대부분 산업용이다. 수소에너지체계로 가는데 있어 가장 큰 걸림돌은 수소의 가격이며, 이를 해결하기 위해 노력하고 있다.궁극적인 미래 대체에너지원 또는 에너지 매체(Energy carrier)로서의 수소의 장점은 다음과 같다.수소는 연료로 사용할 경우에 연소시 극소량의 NOx 발생을 제외하고는 이산화탄소와 같은 온실효과를 나타내는 가스의 발생이 없을 뿐만 아니라, SOx, NOx, 분진 등의 대기오염물질의 방출이 없다.수소는 가스나 액체로서 쉽게 수송할 수 있으며, 고압가스, 액체수소, Metal hydride(금속수소화물 또는 수소흡장합금) 등의 다양한 형태로 저장이 용이하다.수소는 궁극적으로는 무한정인 물을 원료로 하여 제조할 수 있으며, 사용 후에는 다시 물로 재순환이 이루어진다.{수소는 산업용의 기초 소재로부터 일반원료, 수소자동차, 수소비행기, 연료전지 등 현재의 에너지 시스템에서 사용되는 거의 모든 분야에 이용될 수 있다. 수소는 가스상태로 주거용, 난방용, 발전용으로 쓸 수 있으며, 가스연료를 대신하여 그대로 사용할 수 있다. 다만 발열량은 부피기준으로 천연가스의 1/3수분이나, 버너구조 개조로 쉽게 이용 가능하다. 액체수소연료는 단위무게로 볼 때 매우 높은 열량을 가지고 있으므로, 보다 큰 연료탱크를 필요로 한다고 하는 단점에도 불고하고 jet fuel과 경쟁력이 있으며, 로케트연료로는 널리 쓰이고 있다.장기적으로는 수소는 [그림1]의 예에서와 같이, 태양에너지를 이용하여 물을 분해하여 얻는 것을 목표로 하고 있지만, 단기적으로는 현재 가장 경제적이고, 기존시스템에 큰 충격 없이 원천적으로 이산화탄소 등을 상당부분 제거하여 화석원료의 청정화 이용에도 기여한다는 점에서, 수소원으로서 화석연료가 상당한 비중을 차지하게 될 것이다. 무한정인 물과 유기물질(바이오매스)을 원료로 하여 수소를 제조 이용한다면, 재순환되므로 자원고갈 우려가 없어, 화석연료 자원이 빈약한 국가에 적합한 에너지 패스' (hard energy path)와 대비하였다. 오늘날의 선진 각국이 채택하고 있는 에너지 정책의 기본방향은 바로 이와 같은 하드 패스의 노선(路線)이라 하겠으며 장래의 에너지 수요 추세는 과거의 소비증대 추세의 연장선상에 있다고 보고 한결같이 공급증대에만 치중하여 결과적으로 수요증대를 자극하여 에너지의 낭비를 초래한 것이 사실이다.이리하여 하드 패스에 있어서는 고도의 전문화된 기술을 집중하여 전력과 같은 질이 높은 에너지를 대규모로 공급하기 때문에 에너지의 수송, 분배, 변환과정에서 손실이 크고 더욱 에너지의 소비증대를 촉진하게 된다. 반면에 소프트 패스에 있어서는 각 소재지의 최종수요자의 용도나 규모 및 소요에너지의 질에 적합한 재생가능 에너지를 선택하여 개발·공급함으로써 1차에서 2차 에너지로의 유통과정에서의 손실을 줄이는 동시에 전체에너지 소비량을 절감할 수 있게 되는 것이다. 사실 에너지의 최종 수요 구조 내지는 최종소비형태를 분석해 보면 예를 들어 미국의 경우 1977년 한해 동안의 최종소비에너지의 58%는 열로서 이용되었는데, 그 중 35%가 100℃ 이하이고, 100∼600℃가 15%, 600℃ 이상의 고열을 필요로 하는 것은 8%에 불과하다. 열수요에 있어서 난방이나 급탕 등 100℃ 이하인 것은 물론이고 300℃까지도 현재 기술 수준의 태양열 이용으로 충분히 그 대체가 가능한데 이 정도의 열을 이용하는 데 효율이 낮고 비싼 화석연료나 질이 높은 에너지인 전력을 굳이 소비한다는 것은 마치 수박을 쪼개는 데 전기톱을 사용하는 것과 같은 넌센스이며 엄청난 에너지의 낭비라고 아니할 수 없다.소프트 에너지의 노선은 이와 같이 공해가 없고 재생가능한 태양에너지의 흐름에서 유래된 다양한 에너지원 내지는 지열까지 포함한 모든 자연에너지의 흐름에 의지하여 마치 생물들이 그들이 처해 있는 환경에 적응하여 진화함으로써 적자만이 살아남아 번성해 왔듯이 각 에너지원을 선택·조합하고 소규모 분산적으로 그 지역의 최종 수요패턴에 맞는 합리적이고 에너지 고 있다. 이 법안은 학계, 산업계의 수소관련전문가로 구성된, 수소기술자문위원회(HTAP; Hydrogen Technical Advisory Panel)를 설립하여 수소에너지개발에 대한 자문을 하도록 하고 있다. 1996년 미의회는 또 수소미래법안(Hydrogen Future Act)를 통과시켜, 1996년부터 2001년까지 1.6억달러를 수소의 생산/저장/이용 등에 관한 연구와 실증사업에 투자하도록 하였다. 이러한 법안에 힘입어 미국에너지성은 수소에너지프로그램을 진행 중에 있으며, 중장기적인 안목으로 수소를 에너지 체계에 도입하고자 시도하고 있다.일본의 경우, 1999년말 현재, 28년(1993-2020)간에 걸치는 장기 연구개발 기간중 1단계 프로그램을 완료하고 2단계 연구개발 계획을 실시 중에 있으며, 미국도 향후 2025년까지 단기(∼2005년)/중기(∼2010년)/장기(∼2025년)로 나누어 수소도입목표를 정량적으로 제시하고 있으며, 장기목표로서는 2025년 전체에너지 공급량의 10%( 미국의 경우 원유의존도가 50% 수준으로 낮추어질 것으로 전망)를 태양 등 재생가능에너지로부터 제조된 수소를 공급하는 의욕적인 것이다. 독일은 미국과 같이 포괄적인 수소도입을 목표로 설정하고 있지는 않지만, 개별적인 프로젝트의 도입 목적을 뚜렷이 하고 있다. 대표적인 예가 뮌헨공항의 차량 수소화 프로젝트인데, 1998년에는 공항내 수소자동차의 운행을 개시하고 1999년까지 40대 정도의 수소자동차 도입을 목표로 하고 있다.해외의 수소 프로젝트의 공통적인 특징은 다음과 같다.기존의 기술을 활용하여 실용시스템을 만들고, 이용시 문제점을 찾아 해결할 뿐만 아니라, 시민에 대한 계몽을 하여 장래의 시장 도입을 용이하게 한다.환경개선효과가 큰 수소자동차의 개발 도입에 중점을 둔다.공공기관이 개발자금을 부담하여 적극적으로 개발을 지원한다.수소공급원으로서 중단기적으로는 천연가스 개질, 수전해, 바이오매스 가스화 등으로 수소를 공급하고, 재생가능 에너지 이용에 의한 대량공급을 장기 서 5년간 60억을 지원하여 고효율 수소제조기술개발을 시작하는 시점에 있다. 수소의 경제성은 단기간안에는 실현하기 어려울 전망이나 최근의 고유가에 따른 에너지 수급 불안의 충격에서도 알 수 있듯이, 에너지의 97%를 수입에 의존하고 연 200억$ 이상의 대가를 지불해야하는 국가 현실로 볼 때, 수소에너지 기술 개발이 주는 파급효과가 막대하기 때문에 장기적인 안목에서 진행되어야할 분야이다.수소에너지의 특징수소는 화학제품의 원료 및 화학공장의 공정가스로 널리 사용되고 있으며, 현재 인류가 당면하고 있는 환경문제 및 화석연료의 가격상승이나 고갈을 예상할 때 궁극적인 미래의 대체에너지원 또는 에너지 매체(Energy carrier)로 생각되고 있다. 이는 현재의 에너지시스템에 이용되는 화석연료가 사용후 NOx, SOx, 분진 등과 같은 대기오염물을 배출하여 지구의 환경을 오염시키고 있을 뿐만 아니라 최근에는 화석연료 연소에 따라 배출되는 이산화탄소의 대기중 농도증가로 지구온난화의 우려를 가중시키고 있다. 또다른 에너지원인 원자력은 그 사용과정이나 사용후에도 방사능오염에 대한 문제점이 야기되고 있어, 이들 에너지원의 지속적인 사용이 지구 생태계를 파괴시켜 인류의 생존을 위협하고 있다는 우려의 목소리도 있음이 현실이다.이에 비하여 에너지원으로의 수소는 다음과 같은 장점을 가지고 있어 미래의 에너지시스템에 가장 적합한 것으로 판단되고 있다.수소는 연료로 사용할 경우에 연소시 극소량의 NOx 발생을 제외하고는 공해물질이 생성되지 않으며, 직접 연소에 의한 연료로서 또는 연료전지 등의 연료로서 사용이 간편하다.수소는 가스나 액체로서 쉽게 수송할 수 있으며, 고압가스, 액체수소, Metal hydride (금속수소화물 또는 수소흡장합금) 등의 다양한 형태로 저장이 용이하다.수소는 궁극적으로는 무한정인 물을 원료로 하여 제조할 수 있으며, 사용후에는 다시 물로 재순환이 이루어진다.수소는 산업용의 기초 소재로부터 일반 연료, 수소자동차, 수소비행기, 연료전지 등 현재의 에너지 시스.

공학/기술| 2001.11.06| 11페이지| 무료| 조회(818)

공학, 수소, 수소에너지, 생성

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