우리는 이미 철강 생산, 발전기 냉각, 용접 가스 등 수소 경제에 살고 있습니다.

Mar 13, 2023

일반적으로 수소는 운송 및 에너지 저장의 맥락에서만 언급되지만, 지금까지 가장 유용한 응용 분야는 화학 산업, 철강 제조, 메탄올 및 비료 산업을 포함한 산업 응용 분야에서 발견됩니다. 이는 오늘날 생산되는 모든 수소의 대부분이 이러한 산업 응용 분야뿐만 아니라 냉각 터보 발전기와 같은 응용 분야에 어떻게 사용되는지를 통해 설명되며, 이러한 응용 분야에서 수소에 대한 수요는 급격히 증가하고 있습니다.

현재 오늘날 생산되는 거의 모든 수소는 증기 메탄 개질(SMR)을 통해 천연가스에서 나오며, 잠재적으로 메탄 열분해를 통해 천연가스 유래 수소를 저탄소 공급원으로 만듭니다. 나머지 수소는 석탄 가스화에서 나오며, 일부는 물 전기분해에서 나옵니다. 수소는 현장, 특히 산업 플랜트와 화력 발전소에서 생산되는 경우가 많습니다. 따라서 탈탄소화 노력 외에도 대중이 일반적으로 인식하지 못하는 것처럼 보이는 수소의 용도가 많이 있습니다.

이것은 우리를 다소 논란의 여지가 있는 수소 사다리로 이끈다.

우리 중 일부는 이미 Michael Liebreich가 대중화한 청정 수소 사다리를 접했을 수도 있습니다. 이는 가장 필수적이고 가장 경제적인 수소 응용 분야를 포착하려고 한다는 점에서 청정 수소 피라미드와 유사합니다. 예를 들어 주요 산업 용도를 강조하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있습니다.

이 수소 사다리의 논란이 되는 부분은 주로 Michael Barnard와 화학 공정 엔지니어 Paul이 작성한 CleanTechnica 기사 시리즈(1부, 2부)와 함께 '장기 보관' 및 '오프로드 차량'과 같은 카테고리를 배치한 데서 비롯됩니다. Martin은 여기서 어느 정도 세부적인 내용을 설명합니다. 수소를 사용한 장기 에너지 저장에 관한 한, 이는 보다 실용적인 그리드 수준 저장 기술에 대한 기사와 함께 에너지 저장 시스템에 대한 이전 기사에서 다룬 주제입니다.

이 이미지에 강조 표시된 'A' 및 'B' 라인 범주에만 초점을 맞출 때 이러한 범주에는 앞서 언급한 숫자와 함께 기본적으로 현재 수소 사용량의 모든 주요 형태가 포함되어 있다는 점을 기억하는 것이 중요합니다. 냉각수로 사용되지만 이 이미지에서는 다루지 않습니다. 그러나 지금까지 수소의 가장 큰 용도는 암모니아(NH3) 생산입니다. 암모니아는 용제, 가정용 세정제, 방부제, 냉매(R717), 아황산화물(SO2) 및 아산화질소(NOx) 세정기에 사용되지만 아마도 가장 본질적으로 비료 생산에 사용됩니다.

암모니아의 보다 논란이 많은 적용은 Juan D. Gonzalez et al.의 최근 연구에서 지적한 바와 같이 산소 함유 대기에서 NH3의 연소가 N2O(아산화질소)를 포함한 다양한 오염 물질을 생성하기 때문에 연료로 사용된다는 것입니다. (2017) 및 S. Mashruk et al. (2021). 웃음가스라고도 알려진 아산화질소는 강력한 온실가스이며 신경독성을 가지며 NMDA 수용체 길항제입니다. 이러한 문제로 인해 연료로서의 암모니아는 대안이 존재하는 곳에서는 크게 사용되지 않을 것입니다.

기체 냉각제 중에서 수소는 인기 있는 선택입니다. 수소는 다른 기체에 비해 훨씬 더 높은 열전도도를 갖고, 높은 비열 용량과 낮은 밀도를 갖고 있어 발전기와 같이 수소가 중요한 응용 분야에서 마찰이 매우 낮기 때문입니다. 이것이 터보 발전기가 일반적으로 수소 가스로 냉각되는 이유이며, 가열된 가스는 재순환되기 전에 가스-물 열교환기를 통과합니다. 이러한 수소 냉각식 터보 발전기를 유지 관리하면 수소의 가장 흥미로운 기능 중 하나인 수소 농도 4~74%에서 공기 중에서 연소할 수 있는 능력을 얻을 수 있습니다.

571°C의 수소 자동 점화점과 결합하여 이는 공기가 발전기로 누출되는 것을 방지하는 데 필수적이며 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 터보 발전기에 대한 유지 관리를 수행하기 전에 수소를 퍼지해야 하므로 효율성 향상과 유지 관리 용이성 사이에서 균형을 유지해야 합니다. 그리고 앞서 언급했듯이 대부분의 발전소에는 필요할 때 대체 수소를 생성하기 위한 현장 전해조가 있습니다.