수소 생산방법 공부

수소 생성방법 공부

요즘 환경 문제로 인해 다양한 분야에서 친환경적인 시스템으로 구축하기 위해 정부와 기업들이 많은 노력들을 하고 있는 현시대에, 다가오는 전기차 시대에 한 축이 될 수소 전기차에 꼭 필요한 그 수소를 만드는 과정에 대해서 공부해 보려고 한다.

수소를 만드는 과정에 대해 공부를 하고 나면 수소 충전소에 대한 투자 아이디어도 얻을 수 있을 것이기 때문에 깊진 않더라도 해당 분야에 관련된 지식은 공부해 보려 한다.

수소 생산에는 여러 가지 방법이 있다. 그중에서 현재 가장 많이 사용되고 있는 방법 3가지는 아래와 같다.

현 세계에서 생산되는 수소 생산의 절반을 차지하는 방식으로 700 ~ 1,100˚C의 고온에서 (논문마다 조금씩 다름) 증기를 메탄과 혼합하여 촉매 반응기에서 3~25bar 압력으로 반응한다고 한다.

이때 촉매는 500 ~ 950˚C의 니켈이라고 한다. 흡열반응의 화학반응으로 외부에 열을 전달하기 위해 장치가 필요하고 후단에 수소로 전환을 촉진시키는 촉매 층을 두는 것이 일반적이다.

메탄과 물 모두 수소가 분리될 수 있어, 수소 생산 수율이 높다는 장점이 있는 제조법이라고 합니다.

하지만, 친환경적인 수소 에너지를 획득하기에 현재의 수증기 메탄 개질은 좋은 선택지가 되지 못하다.

현 수소 에너지 생산의 97%가 화석 에너지를 사용하고 있는데, 그중에서 48%가 이 수증기 메탄 개질로 상당 부분을 차지하고 있다. 이 방법은 고온의 물을 끓여 수증기를 만들기 위해 화석연료를 많이 사용한다고 한다.

세계에서 수소 에너지가 차지하는 비중은 2% 밖에 되지 않는다고 하는데, 그 2%를 만드는 97%가 화석연료를 통해 얻어지니 어찌 친환경적이겠는가?

이 수소 생산 방법은 화석 에너지의 사용을 줄이기 위해 수소에너지로 대체하자는 것의 모순이 되기 때문에 수소 생산에 적합하지 않다. 그래서 다른 방법들이 많이 연구되고 있는 것이겠지.

부분 산화 법은 천연가스를 물과 이산화탄소로 산화하는데 필요한 산소량 보다 적은 양의 산소를 공급하여 수소와 일산화탄소 그리고 소량의 이산화탄소 등을 생산하는 공정이라고 한다.

이 반응은 발열반응으로 열 공급이 필요 없기 때문에 에너지 효율이 좋고 수증기 개질에 비해 반응속도가 빠르며 작은 반응기를 사용하는 장점이 있다.

반면에, 수소 생산 수율이 낮고 순산소를 사용할 때는 산소 플랜트가 추가되어 설비비용이 증가하며, or 천연 자연인 공기를 사용할 때는 질소산화물인 NOx가 배출된다는 단점이 있다.

질소산화물은 스모그나 산성비 등의 대기오염의 원인물질이기 때문에 친환경적인 수소 생산에 부분 산화 법도 적합하지 않다.

이 방법은 수증기 개질과 부분 산화의 조합 반응 기술이라 할 수 있다. 수증기 개질 방법에서 흡열반응을 할 때 필요한 열을 부분 산화 반응에서 자체적으로 공급하는 반응으로 열 공급원이 별도로 필요 없기 때문에 반응 속도가 빠르며, 경제성이 있다.

하지만, 온도 제어가 어렵고 두 가지 개질 법의 복잡한 장치 구조로 인한 단점이 있다다.

위 3가지 방법이 현재 상용되고 있는 수소 제조 방법으로 이 밖에도

다양한 개질 공정이 개발되고 있다.

이 중 가장 친환경적이라고 알려진 건 물 전기분해를 통한 수소 제조법인데, 아래 링크로 이어 볼 수 있다.