어떤 수소 저장 방식이 더 유리할까요?

어떤 수소 저장 방식이 더 유리할까요?

수소 저장 기술은 산업 사슬의 수소 에너지 끝을 거쳐 연료 전지 끝까지 이어지며, 수소 비용을 통제하는 중요한 연결고리입니다. 수소의 저장방법은 사람들의 큰 관심사이다. 현재 일반적으로 사용되는 수소 저장 기술에는 주로 물리적 수소 저장, 화학적 수소 저장 및 기타 수소 저장이 포함됩니다.

1. 물리적 수소 저장
물리적 수소저장 기술은 수소저장 조건을 변화시켜 수소의 밀도를 높여 수소저장을 이루는 기술을 말한다. 이 기술은 순수 물리적 공정으로, 수소 저장 매체가 필요하지 않으며, 비용이 저렴하고, 수소 방출이 용이하며, 수소 농도가 높습니다. 크게 고압기체수소저장과 저온액화수소저장으로 나누어진다.
1) 고압 기체수소 저장
고압기체수소저장기술은 수소를 고압으로 압축해 고밀도 기체상태로 저장하는 기술을 말한다. 그것은 저비용, 낮은 에너지 소비, 쉬운 탈수소 및 넓은 작업 조건의 특성을 가지고 있습니다. 이는 가장 성숙하고 가장 일반적으로 사용되는 수소 저장 기술입니다. 그러나 매장량은 적고, 에너지 소모가 높으며, 내압용기가 필요하고, 수소 누출, 용기 폭발 등 불안전한 요인이 존재한다. 이 기술의 수소 저장 밀도는 압력에 의해 크게 영향을 받으며, 압력은 저장 탱크의 재질에 따라 제한됩니다. 따라서 현재 연구의 핵심은 저장탱크 소재의 개선이다. 30-40MPa에서는 증가가 더 빠르고, 압력이 70MPa보다 크면 변화가 매우 작습니다. 따라서 저장탱크의 작동압력은 35~70MPa 사이여야 합니다. 따라서 가볍고, 고압에 강한 수소저장탱크를 찾는 것이 고압기체수소저장의 핵심이 되었습니다. 현재 고압 기체 수소 저장 용기는 주로 순수 강철 금속 병(유형 I), 강철 라이너 섬유 고리형 병(유형 II), 알루미늄 라이너 섬유 완전 포장 병(유형 III) 및 플라스틱의 네 가지 유형으로 나뉩니다. 라이너 섬유 포장 병(유형 IV). 이 중 Type III 및 Type IV 병은 부피 대비 중량비가 작고, 단위 질량당 수소 저장 밀도가 높은 장점을 갖고 있어 수소연료전지 자동차에 널리 사용되고 있다. 고압 수소 저장병의 작동 압력은 일반적으로 35-70MPa입니다. 국내 온보드 고압 수소 저장 시스템은 주로 35MPa Type III 병을 사용하는 반면, 해외에서는 주로 70MPa Type IV 병을 사용합니다.
2) 극저온 액체수소 저장
극저온 액체수소 저장기술은 고압, 저온 조건에서 수소가 액화되는 특성을 이용하여, 부피밀도가 기체상태의 845배에 달해 효율적인 수소저장을 달성하고, 수송효율도 기체수소보다 높다. 그러나 저온 및 고압 조건을 보장하려면 저장 탱크의 재료에 대한 요구 사항이 있을 뿐만 아니라 그에 맞는 엄격한 단열 방식과 냉각 장비도 필요합니다. 따라서 극저온 액화액체수소 저장탱크의 용량은 일반적으로 작고, 수소의 질량밀도는 약 10%이다. 극저온 액체수소 저장 기술은 주로 군사 및 항공우주 분야에서 사용되고 있으며, 상업적인 연구 및 적용은 이제 막 시작되었습니다. 그러나 대규모 및 장거리 저장 및 운송에 대한 장점으로 인해 우리나라의 액화수소 3대 국가표준이 공식적으로 시행되고, 수소저장 기술의 지속적인 발전과 비용절감으로 인해 극저온 액화수소 저장은 미래에는 고압 기체 수소 저장이 가능해질 것입니다.

2. 화학적 수소 저장
화학적 수소저장 기술은 수소저장매체를 이용해 특정 조건에서 수소와 반응해 안정적인 화합물을 생성한 뒤, 조건을 바꿔 수소를 방출하는 기술이다. 주로 유기 액체 수소 저장, 액체 암모니아 수소 저장, 조정 수소화물 수소 저장, 무기 수소 저장 및 메탄올 수소 저장이 포함됩니다.
1) 유기액체수소 저장
유기액체수소저장기술은 촉매의 작용으로 불포화 액체유기물의 수소화 반응을 통해 안정적인 화합물을 생성한 뒤, 수소가 필요할 때 탈수소화 반응을 하는 기술이다. 일반적으로 사용되는 불포화 액체 유기물과 그 특성은 표에 나와 있습니다. .
2) 액체 암모니아 수소 저장
수소와 질소는 촉매 작용에 따라 액체 암모니아로 합성되어 액체 암모니아 형태로 저장 및 운송됩니다. 액체 암모니아는 상압, 약 400℃에서 분해되어 수소를 방출합니다. 저온 액체수소 저장기술이 요구하는 극히 낮은 수소 액화온도인 -253℃에 비해, 1기압에서의 암모니아의 액화온도는 -33℃로 훨씬 높으며, '수소-암모니아-수소' 방식은 소모량이 적다. 에너지는 구현 및 운송이 덜 어렵고 덜 어렵습니다. 동시에 액체 암모니아 수소 저장의 체적 수소 저장 밀도는 액체 수소보다 1.7배 높으며, 장관 트레일러 기체 수소 저장 기술보다 훨씬 높습니다. 이 기술은 장거리 수소 에너지 저장 및 운송에 특정 이점을 가지고 있습니다. 그러나 액체 암모니아 수소 저장에는 많은 단점도 있습니다. 액체 암모니아는 부식성이 높고 독성이 강하며 보관 및 운송 중에 장비, 인체 및 환경에 해를 끼칠 잠재적 위험이 있습니다. 우리나라의 합성 암모니아 공정은 상대적으로 성숙하지만 공정 전환 과정에서 일정 비율의 손실이 있습니다. 합성 암모니아 및 암모니아 분해 장비와 터미널 산업 장비는 여전히 통합되어야 합니다.
3) 메탄올 수소 저장
그린 메탄올은 에너지 밀도가 높으며 이상적인 액체 에너지 저장 및 운송 방법입니다. 재생에너지를 활용해 그린수소를 생성하고, 이를 이산화탄소와 결합해 저장과 운반이 용이한 그린메탄올을 생성하는 것은 탄소배출 제로를 위한 중요한 길이다.
3) 배위수소화물 수소저장
배위 수소화물 수소 저장은 알칼리 금속을 사용하여 수소와 반응하여 특정 조건에서 수소로 분해되는 이온성 수소화물을 생성합니다. 다음 표는 일반적인 배위수소화물의 수소 저장 특성을 보여줍니다.
4) 무기화합물에 의한 수소저장
무기 수소 저장 물질은 중탄산염과 포름산염 사이의 상호 전환을 기반으로 수소 저장 및 방출을 달성합니다.

요약: 현재 고압 기체수소 저장이 주류이지만 안전성으로 인해 개발이 제한되어 있고, 수소 저장 밀도가 낮아 대규모 장거리 운송에 적합하지 않습니다. 저온 액화수소 저장은 비용이 높고 저장 및 운송이 어렵기 때문에 중국에서 개발하는 데 많은 어려움에 직면해 있습니다. 액체 유기 수소 저장 기술은 안전성, 수소 저장 밀도, 저장 및 운송 효율성 측면에서 큰 이점을 가지고 있습니다. 우리나라의 70MPa 고압수소저장과 저온액화수소저장 모두 뒤쳐져 있다는 전제 하에, 향후 우리나라의 주요 수소저장 및 운송방식 중 하나가 될 것으로 예상된다. 수소저장재료로서 수소화물은 고압수소에 비해 낮은 압력에서 높은 밀도로 수소를 저장할 수 있는 장점이 있다.