그리드에서 벗어나 생활하기: '수소 주택'을 만나보세요

Rick Laezman
2022년 12월 19일
4분 분량

원문 링크 : https://www.theearthandi.org/post/living-off-the-grid-hydrogen-houses

©Cal State LA

녹색 에너지 세계에서 수소는 놀라운 연료의 특성을 가지고 있습니다. 즉, 풍부하고, 소비해도 탄소가 배출되지 않으며, 빠르게 발전하고 있는 연료 전지 기술 분야에 적합한 깨끗한 연료입니다.

이미 진행 중인 많은 실험 프로젝트 중에서, 수소 연료 주택은 주거 환경에서 수소를 사용하는 데 따른 잠재력과 과제를 보여주고 있습니다.

수소 하우스 스웨덴

아마도 수소 연료 주택의 가장 널리 알려진 사례는 스웨덴 예테보리 근처의 소위 수소 주택, 또는 닐슨 주택일 것입니다. 이 주택은 전 산업 엔지니어 한스-올로프 닐슨이 개척했습니다. 여기서 수소는 주택이 완전히 탄소 중립적이고 완전히 오프그리드가 될 수 있도록 하는 여러 가지 에너지 기술의 복잡한 활용에서 중요한 연료 연결 고리입니다.

이 집의 많은 기술 중 하나는 재생 가능한 태양 에너지입니다. Nilsson House 지붕에는 피크 타임에 20킬로와트( kW )의 전기를 생성할 수 있는 태양 전지 패널이 있습니다.

스웨덴처럼 북쪽 지역에서는 태양이 항상 비치지 않기 때문에 진정으로 지속 가능한 주택이라면 나중에 사용하기 위해 태양 에너지를 포착하고 저장하는 기술을 사용해야 합니다.

그러한 목적을 위해 잉여 전기는 배터리 저장 시스템을 충전합니다. 배터리가 완전히 충전된 후 생성된 잉여 전기는 양성자 교환막(PEM) 전해조라는 장치를 통해 수소 형태로 "저장"됩니다. 잉여 전기를 사용하여 물(H2O)에 전류를 흐르게 하여 수소 분자(H2)와 산소 분자(O)의 결합을 끊고 수소 가스를 추출하는데, 이 과정을 전기 분해라고 합니다.

Nilsson House에서 전해조에서 추출한 수소는 가압되어 용기(탱크)에 저장됩니다. 스웨덴에 춥고 어두운 겨울이 찾아오면 수소는 저장 탱크에서 방출되어 연료 전지로 전달되는데, 이는 본질적으로 전해조에서 시작된 프로세스를 역전시켜 깨끗한 전기를 생산합니다.

연료 전지는 수소를 산소와 다시 결합시키는 전기화학 반응을 생성합니다. 이 과정은 배터리를 재충전하고 가정의 가전제품을 작동하는 데 사용되는 전기의 형태로 에너지를 방출합니다. 이 반응의 유일한 부산물은 물이며, 이를 재사용하여 더 많은 수소를 생성하고 과정을 처음부터 다시 시작할 수 있습니다. 또는 Nilsson 가족 구성원이 목마르면 물을 마실 수 있습니다. 그렇습니다. 정말 순수합니다.

이러한 기술을 혁신적으로 적용한 공로를 기려, 닐슨은 2022년 10월 27일 스웨덴 수소 협회로부터 "스웨덴 수소상"을 수상했습니다. 그는 국제적인 주목을 받았고, 수소 경제를 옹호하는 많은 사람들이 그의 집을 방문하고, 연구하고, 박수를 보냈습니다.

아마도 가장 놀라운 점은 그가 전적으로 혼자서 집을 짓고 자금을 조달했으며, 2015년부터 전력 공급 없이 집에서 살아왔다는 것입니다.

수소 하우스 아메리카

닐슨 하우스는 수소 연료를 사용하는 주택의 유일한 예는 아닙니다.

전 세계의 비영리 단체인 Hydrogen House Project는 뉴저지 주 호프웰에 매우 유사한 주거 시설을 선보입니다. 이 주택은 2011년 발명가 Mike Strizki가 설립했습니다. 5년 전, 그는 호프웰에 있는 자신의 집을 태양광과 수소 전력으로 가동되도록 개조했습니다.

스트리즈키는 뉴저지 공공사업위원회의 보조금과 자신의 개인 자금으로 보완하여 이 프로젝트를 완료했습니다. 그는 이를 "북미 최초의 태양열 수소 거주지"라고 설명합니다.

Nilsson House와 마찬가지로 주요 전력원은 태양광 패널에서 나옵니다. 태양광 패널에서 생성된 전기는 물을 분해하여 수소를 형성하는 전해조에 전력을 공급합니다. 수소는 압축되어 탱크에 저장되고 나중에 연료 전지에 공급되어 다시 전기를 생성할 수 있습니다.

수소는 집에 연료를 공급하는 데 그치지 않습니다. 스트리즈키는 또한 수소 연료 전지로 구동되는 자동차를 운전하는데, 이 자동차는 그의 집에서 생산되는 수소로 구동됩니다. 심지어 그의 잔디 깎는 기계도 수소 연료 전지로 구동됩니다. 그의 집은 추가 에너지원으로 지열 시스템도 사용합니다.

스트리즈키의 집은 20년 동안 효과적으로 완벽하게 독립형 전력망으로 운영되어 왔고, 이로 인해 그는 두 번째 수소 연료 주택을 짓게 되었습니다.

2015년 수소 주택 프로젝트는 "세계에서 최초로 상업적으로 생산된 완전 허가를 받고 저렴한 태양열 수소 온/오프 그리드 주택"을 건설했다고 발표했습니다. Strizki가 건설한 두 번째 주택은 역시 뉴저지에 위치한 페닝턴 타운에 건설되었습니다. 이 주택은 40kW 생산 용량의 태양광 패널, 수소를 생성하는 전해조, 수소 연료 전지, 저장된 수소에서 생산되는 20kW 용량의 연료 전지 백업 전력을 갖추고 있습니다. 그 이후로 Strizki는 수소 주택을 8채 더 건설했으며, 8채 더 건설할 계획입니다.

Strizki는 수소 주택 프로젝트에 적용된 기술을 사용하여 Joule Box라고도 하는 독특한 오프 그리드 휴대용 충전소 도 발명 했습니다. 수소 주택의 모든 혁신적인 에너지 기능을 소형 독립형 "박스"에 패키징하여 가정에서 필요한 모든 편의 시설에 전기를 공급할 수 있으며, 전력망 장애 시 전체 주방, 세탁실, 욕실, 온수 욕조 및 멀티미디어 엔터테인먼트 시스템에 전력을 공급할 수 있습니다.

Joule Box는 지속적인 오프그리드 전기를 공급할 수 있는 휴대용 충전소로 기능합니다. GPS 기술과 배터리 백업 전력 저장을 갖춘 추적 태양열 패널이 특징입니다. 선택 사항인 풍력 터빈과 온보드 수소 가스 생성은 추가 에너지 생산 및 저장 용량을 제공할 수 있습니다. 이 박스는 심지어 전력을 전기 그리드로 역공급할 수도 있습니다.

시드니 근처에 건설 중인 두 개의 새로운 주택을 특징으로 하는 수소 연료 주택이라는 개념은 다른 나라에서도 인기를 얻고 있습니다. 2020년 수소 주택 프로젝트는 시드니 근처에 건설 중인 두 개의 새로운 주택을 특징으로 하는 수소 주택 호주를 발표했습니다.

비용에서 이익 분리

미래의 연료원으로서 수소에 대한 열광은 한 가지 뚜렷한 의문을 제기합니다. 왜 이 연료가 널리 사용되지 않을까요?

답은 다른 깨끗하고 풍부한 재생 에너지원과 마찬가지로 수소를 활용하는 것이 쉽지 않다는 것입니다.

긍정적인 측면에서, 수소는 풍부합니다. 사실, 수소는 우주에서 가장 풍부한 원소입니다. 태양과 다른 별들은 본질적으로 수소 가스의 큰 공입니다.

그러나 수소는 지구상에서 물, 천연가스, 석유, 석탄과 같은 다른 원소와 화합물 형태로만 존재합니다. 수소를 연료로 사용하려면 이러한 다른 원소와 분리해야 합니다.

천연가스, 석유, 석탄에서 수소를 추출하면 유해한 탄소가 배출되는데, 이는 깨끗한 에너지 미래에서 피할 수 있는 바로 그 종류입니다.

수소를 물에서 분리하면 이 문제를 해결할 수 있지만, 그 자체의 어려움이 있습니다. 전기 분해 과정에는 에너지가 필요합니다. 따라서 물에서 수소를 추출하는 것은 그것을 생성하는 데 사용된 전기가 태양광이나 풍력과 같은 재생 에너지에서 나오는 경우에만 탄소 중립적입니다.

수소는 효율적인 연료이지만, 수소를 저장하기 위해 전기 분해하고 압축하는 과정은 많은 에너지를 소모하므로 연료의 효율성이 저하됩니다.

수소의 광범위한 사용을 방해하는 또 다른 장애물은 기존 공급 인프라가 부족하다는 것입니다.

수소는 저장, 운송 및 분배 시 고압 또는 액화되어야 합니다. 더 많은 주택, 자동차, 건물 및 산업이 수소로 운영될 수 있도록 하려면 국가 에너지 운송 인프라를 수정하고 확장하여 이러한 요구 사항을 충족해야 합니다. 예를 들어 연방 에너지부는 이러한 과제를 해결하기 위해 광범위한 연구에 참여하고 있습니다.

마지막으로, 인프라를 업그레이드하는 데 필요한 막대한 투자 외에도 수소 에너지를 사용하려는 사람들은 주택, 상점, 사무실을 개조해야 합니다. 스웨덴과 뉴저지의 두 수소 주택에 있는 수많은 태양광 패널, 전해조, 압축기, 연료 탱크, 연료 전지를 보면 이 풍부한 자원을 활용하기 전에 상당한 선행 투자가 필요하다는 것을 열광하는 사람이라면 누구나 상기할 것입니다.

반면에, 깨끗한 에너지로의 전환은 낙관주의, 독창성, 그리고 끈기에 의해 추진됩니다. 얼마 전만 해도 태양광과 풍력은 엄청나게 비싼 꿈처럼 보였지만, 지금은 더 저렴하고, 접근 가능하며, 흔해지고 있습니다.

수소 주택 프로젝트의 마이크 스트리즈키는 "수소를 더 저렴하고 재생 가능하게 만드는 새로운 방법이 앞으로 몇 년 안에 많이 나올 것이고, 그것이 정말로 성배입니다."라고 말했습니다.

화석 연료를 없애려면 모든 옵션과 가능성이 필요합니다. 지속적인 연구, 개선 및 비용 절감을 통해 수소는 곧 기후 변화에 대항하는 가장 강력한 무기 중 하나가 될 수 있습니다.

*Richard Laezman is a freelance writer in Los Angeles, California. He has a passion for energy efficiency and innovation. He has been covering renewable power and other related subjects for more than ten years.