수소 기술에서의 혁신이 성장을 촉진하다

원문 : https://www.theearthandi.org/post/hydrogen-technology-future

생산, 저장, 전력 및 운송의 혁신으로 전 세계 수소 경제가 확대되고 있습니다.

최근 수소는 세계가 탄소를 배출하는 화석 연료에 대한 의존도를 벗어나는 데 도움이 되는 주요 후보로 떠올랐습니다. 전 세계적으로 수많은 획기적인 발전이 이 유비쿼터스 자원에 대한 시장 확대를 촉진합니다.

왜 수소인가?

수소는 우주에서 가장 풍부한 원소 이며 지구에도 풍부합니다. 또한 깨끗합니다. 수소 연료 전지의 유일한 부산물은 물입니다. 효과적으로 활용하면 전 세계적으로 깨끗한 전력 변환을 촉진할 수 있습니다. 운송, 발전 및 전력 저장과 같은 전체 산업은 "녹색"이 되는 데 도움이 되는 방대한 연료원을 갖게 될 것입니다.

그럼에도 불구하고 수소는 많은 과제에 직면해 있습니다. 수소를 추출하고, 운송하고, 소비하기 위한 안정적이고 깨끗하며 안전한 방법을 대량으로 개발, 정제하고 상용화해야 합니다.

수소 채굴

올해 5월, 이러한 과제에 집중하는 프랑스 에너지 생산업체인 La Française D'Énergie(FDE)는 소위 "화이트 수소"라고 불리는 "상당한 농도"의 천연 수소를 발견했다고 발표했습니다. 이는 지질학적 지하 매장지에서 발견되는 자연 발생 수소입니다.

FDE는 프랑스 동부 지역인 로렌에서 이전에 굴착한 우물 중 하나에서 이 매장지를 발견했습니다. 이 회사는 채굴 분지 내 유체의 수소 농도가 1,000m(0.6마일) 깊이에서 15%, 3,000m(1.8마일) 깊이에서 98%라고 확인했습니다.

측정에 회사와 협력한 로렌 대학의 연구원에 따르면, 이 매장량은 "유럽에서 발견된 가장 큰 잠재적 천연 수소일 수 있다."

같은 연구자들에 따르면, 로레인 분지에는 4,600만 톤의 천연 수소가 저장되어 있을 수 있는데, 이는 현재 전 세계 수소 생산량의 절반에 해당합니다.

해당 회사는 이제 광산 분지에서 수소를 추출하기 위한 독점 허가를 신청했습니다.

자연적으로 발생하는 이 양의 수소에 접근하면 에너지 생산자가 수소를 잠재적인 연료원으로 고려할 때 직면하는 가장 큰 과제 중 하나를 해결할 수 있습니다. 대부분의 경우, 다른 분자에 부착되는 분자로서 자연 상태에서 분리해야 합니다. 이 과정은 매우 에너지와 자원 집약적일 수 있으며 항상 "깨끗"하지는 않습니다.

깊은 지하 우물에서 생 수소를 추출하면 이러한 과제가 해결됩니다. 수소는 다양한 과정을 통해 지구에서 자연적으로 발생합니다. 예를 들어, 사문석으로 알려진 광물을 형성하는 지질학적 과정인 사문석화는 초염기성 암석(무게 기준 45% 미만의 실리카)이 물과 반응할 때 수소가 풍부한 유체를 생성합니다. 박테리아나 조류와 관련된 생물학적 과정도 수소를 방출하고, 자연적 탈기(용존 가스 제거)는 지구의 지각과 맨틀에서 수소를 방출합니다. 이러한 과정과 다른 과정은 바람과 태양과 마찬가지로 소비 후 스스로 보충되는 엄청난 재생 가능 자원을 제공합니다.

©스미소니언 국립 자연사 박물관

그러나 이러한 퇴적물은 수소가 무취 무색 가스이고 지하 원소는 일반적으로 그것을 먹는 자연적으로 발생하는 미생물에 의해 가려지기 때문에 쉽게 발견할 수 없습니다. 따라서 첫 번째 과제는 수소를 어디에서 찾을 수 있는지 알아내는 것입니다.

발견되면 추출해야 합니다. 이는 지질 수소가 매우 멀리 떨어진 깊은 곳에서 발견되기 때문에 다음으로 큰 과제가 됩니다. 그러나 일부 사람들은 이 자원을 추구하는 것을 막지 못했습니다. 예를 들어, Shell, BP, Chevron을 포함한 여러 대형 석유 회사는 미국 지질 조사국 및 콜로라도 광산 학교와 컨소시엄을 구성하여 지질 수소의 잠재력을 연구하고 있습니다.

그 사이, 에너지 부문에서는 이 엄청난 자원의 잠재력을 활용하기 위해 편의성이 떨어지는 다른 분리 방법에 의존해야 할 것이다.

수소 운송

이러한 방법 내에서 다른 과제가 남아 있습니다. 가장 큰 과제 중 하나는 운송입니다. 다른 연료와 달리 수소는 운송 시 고압 또는 액화되어야 합니다. 연료가 대량 소비를 지원하는 규모로 이용 가능하려면 기존 인프라를 수정하여 이러한 고유한 요구 사항을 수용해야 합니다.

남태평양 지역에서는 공공 및 민간 기업이 국경을 넘어 협력하여 혁신적인 솔루션을 찾고 있습니다.

©뉴애니아트

작년에 호주 정부는 "세계 최초의 액화 수소 선적"이라고 묘사한 것을 발표했습니다. 특별히 제작된 Suiso Frontier 선박은 호주 빅토리아주의 Port Hastings에서 일본 고베까지 과냉각된 액화 수소를 운송했습니다. 116m(380ft) 길이의 이 선박은 세계 최초의 특수 제작 액화 수소 운반선입니다.

이 이정표는 두 나라 간 수소 에너지 공급망(HESC) 시범 프로젝트의 일부입니다. 이 프로젝트의 일환으로 호주와 일본 기업 컨소시엄이 호주 라트로브 밸리에 수소 생산 공장을 건설하여 99.99% 순도의 수소를 생산했습니다. 이 수소는 트럭으로 다른 시설로 운반되어 -253도 섭씨로 냉각되어 액화되었습니다. 그런 다음 기체 부피의 800배 미만으로 Suiso Frontier 에 적재되어 운송되었습니다 .

호주 정부는 HESC가 상업적 규모에 도달하면 약 225,000톤의 탄소 중립 액화수소를 생산할 수 있을 것으로 추정합니다.

작년 처녀 항해의 성공에 이어 수소 경제가 성장할 태세를 갖추고 있습니다. 작년 6월, 일본, 싱가포르, 호주 기업이 1억 1,700만 호주 달러를 투자하여 퀸즐랜드의 글래드스톤에 호주 최대 규모의 녹색 수소 생산 시설 중 하나를 건설하는 프로젝트에 참여했습니다.

이 프로젝트는 재생 에너지를 사용하여 녹색 수소를 생산합니다. 2028년까지 하루 200톤의 녹색 수소를 생산하도록 설계되었으며, 2031년까지 하루 최대 800톤의 생산 용량을 갖습니다. 그런 다음 녹색 수소를 액화하여 일본과 싱가포르로 수출합니다.

바다의 수소

수소는 바다를 건너 운송될 수 있고, 언젠가는 바닷물에서 추출하는 것도 가능할 것입니다.

수소는 전기 분해라는 화학적 과정을 통해 물에서 얻을 수 있으며, 물 속의 산소 원자로부터 수소 원자를 분리합니다.

물은 수소의 풍부한 공급원이 될 수 있습니다. 그러나 신선하고 깨끗한 물에 대한 수요가 많습니다. 이를 사용하여 세계의 연료에 대한 끝없는 욕구를 충족시키는 데 필요한 규모로 수소를 생산하면 동시에 물 공급에 심각한 부담을 줄 수 있습니다.

해수를 사용하면 이 문제를 해결할 수 있습니다. 미국 지질 조사국(USGS)의 수질 과학 학교 에 따르면 지구 물의 96.5%가 바닷물에서 소금물로 발견됩니다. 지구 물의 2%는 빙하, 빙하, 눈 덮인 산맥에 담수로 저장됩니다. 지구 물의 1%만이 일일 물 공급에 사용할 수 있습니다.

이러한 수치는 해수가 수소의 공급원이라는 강력한 주장을 합니다. 그러나 해수는 일반적으로 담수화와 정화가 필요한 고유한 과제를 안고 있으며, 이는 비용이 많이 들고 에너지 집약적인 공정으로, 그렇지 않으면 해수를 비실용적인 선택으로 만들 것입니다.

1월에 과학 저널 Nature Energy 에 연구 결과를 발표 한 애들레이드 대학의 연구원들은 이러한 장애물을 극복하는 방법을 찾았습니다. 그들은 기사에서 크롬 산화물로 코팅된 산화 코발트로 만든 저렴한 촉매를 통합한 특별히 설계된 전해조를 사용하여 처리되지 않은 해수에서 수소를 추출하는 데 거의 100%의 효율성을 달성했다고 발표했습니다.

연구진은 상업적 규모로 사용될 수 있는 더 큰 버전의 전해조를 개발하고 있다고 밝혔다.

수소 밸리

수소가 계속해서 추진력을 얻으면서, 이 산업은 수소를 주류로 이끌기 위해 가끔씩 획기적인 진전 이상의 것이 필요할 것입니다. 연구자와 개발자를 통합되고 확장된 시장으로 이끌기 위해 집중적이고 지속적인 혁신이 필요합니다.

유럽 ​​청정 수소 파트너십(이전 명칭: 연료 전지 및 수소 공동 사업) 은 수소 밸리를 "도시, 지역, 섬 또는 산업 클러스터와 같은 지리적 영역으로, 여러 수소 응용 분야가 통합 수소 생태계로 결합되어 상당한 양의 수소를 소비하고 프로젝트의 경제성을 개선하는 곳"이라고 정의합니다.

올해 6월, 핀란드의 에너지 회사 컨소시엄이 핀란드 우시마 지역에 산업용 수소 밸리를 개발하기 위해 모였다고 발표했습니다. 이 밸리는 녹색 수소 인프라, 저장 및 연료 전송을 결합합니다. 수소를 생산하는 사람과 소비자 모두에게 서비스를 제공합니다. (컨소시엄은 핀란드의 에너지 회사인 Neste Corporation, Helen, Vantaa Energy, Gasgrid, Finland로 구성됩니다.)

수소 밸리는 세계 다른 지역에서도 인기를 얻고 있습니다. 이번 달, 슬로베니아, 크로아티아, 이탈리아 프리울리베네치아줄리아 지방의 국제적 프로젝트 인 북아드리아해 수소 밸리(NAHV) 프로젝트가 2023년 9월 1일에 시행을 위한 공식 승인을 받았습니다.

S&P Global Commodity Insights에 따르면, 국내에서 "최소 20개 미국 그룹이 올해 에너지부(DOE)에 최종 신청서를 제출하여 6~10개의 청정 수소 허브 중 하나가 되기 위해 최대 12억 5천만 달러의 연방 자금을 받기를 희망"하고 있습니다 .

지원자들은 DOE의 지역 청정 수소 허브 프로그램(H2Hubs) 에서 자금을 얻기 위해 경쟁하고 있습니다. 여기에는 미국 전역에 지역 청정 수소 허브를 설립하기 위한 최대 70억 달러가 포함됩니다. 자금은 2021년에 통과된 양당 인프라법 (HR 3684) 에서 제공됩니다 .

수소로 연료를 공급하는 미래

수소는 미래의 깨끗한 연료가 될 잠재력이 있습니다. 다른 녹색 에너지원과 마찬가지로, 수소는 주류에 진입하는 데 많은 장애물과 과제에 직면해 있습니다. 최근의 발전은 투자자, 연구자, 에너지 공급자가 수소가 이러한 장애물을 극복할 수 있다는 강력한 의지를 보여줍니다. 지속적인 의지를 통해 수소로 구동되는 미래가 멀지 않을 수도 있습니다.

*Rick Laezman is a freelance writer in Los Angeles, California, US. He has a passion for energy efficiency and innovation. He has covered renewable power and other related subjects for over ten years.