[가스기술사 2023] 129회 2교시 - 6. 수소의 이용과 저장방법에 대하여 설명하시오.

자격증/가스기술사

31weeks 2025. 7. 25. 15:34

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문제 6. 수소의 이용과 저장방법에 대하여 설명하시오.

산업화에 따른 이산화탄소, 메탄 등 온실가스의 증가로 지구 온도가 지속 상승 중임. 이에 따라 전세계적으로 탄소중립을 위한 경제, 사회적 정책이 강화되고 있으며, 국내에서도 무탄소 신재생에너지로의 전환이 지속 이뤄지고 있음
수소의 경우, 대표적인 무탄소 에너지로써 연소 시 이산화탄소가 발생하지 않는 장점이 있기에, 생산, 저장, 운송, 이용 등 여러 분야에서 지속 연구개발 중임

1) 발전

연료전지와 가스터빈 발전으로 나눌 수 있음. 연료전지 발전은 수소와 산소의 전기화학반응을 이용하여 전기 및 열을 생산하는 기술이며, 가스터빈 발전은 수소를 직접 연소하거나 LNG 등에 수소를 혼합, 연소하는 기술이다.

2) 수송

3) 정유/석화공정

4) 도시가스 혼입

5) 철강

현재는 석탄에서 발생하는 일산화탄소를 철광석(Fe2O3)의 환원제로 사용하여 철(Fe)을 생산 중이며, 이 때 다량의 이산화탄소가 발생한다. 따라서 탄소배출 저감을 위해 환원제로써 일산화탄소 대신 수소를 사용하는 기술을 지속 연구개발 중이다.

1) 물리적 방식

고압기체
- 기체 수소를 350 ~ 700bar로 압축하여 저장탱크에 저장하는 방식임. 가장 보편적으로 사용되는 방법이나, 저장탱크 부피 대피 수소 저장량이 적다는 것이 단점임
저온액체
- 수소를 냉동기로 액화하여 저장탱크에 저장하는 방식임. 기체의 부피를 1/800로 감소시킬 수 있어 고압기체 방식 대비 4 ~5배 이상 효율이 높으나, 액화 및 증발가스 처리 과정에서 에너지가 많이 소모되는 단점이 있음
탄소나노튜브
- 탄소나노튜브에 초음파 등으로 틈새를 만들어 그 속에 수소를 저장하는 방식임. 화학적 결합이 아닌 물리적 저장방식으로써 흡/탈착이 용이하나, 탄소나노튜브와 수소간 인력이 약해 저장량에 한계가 있다는 단점이 있음

2) 화학적 방식

흡착제
- MOF(Metal Organic Framework) 또는 제올라이트 등과 같은 미세기공을 가진 물질에 수소를 흡착시켜 저장하는 방식이다.
금속수소화물
- 팔라듐, 마그네슘 등과 같은 가벼운 금속 또는 이들 금속과 붕소 등을 함유한 무기물간 합금에 수소를 저장하는 방식이다.
- 현재 개발 초기 단계로써 지속 연구개발 중이다.
유기수소화물
- 화학 반응을 통해 수소를 유기화학물로 만들어 저장하는 방식이다.
- 고압이나 극저온 상태를 만들지 않고도 많은 양의 수소를 저장할 수 있으며, 필요 시, 화학반응을 통해 수소를 만들어 낼 수 있다.
- 대표적인 유기수소화물로써 싸이클로알칸, N-헤테로 싸이클, 포름산 등이 있다.
무기수소화물
- 암모니아 등과 같이 탄소가 없는 무기화합물을 이용하여 수소를 저장하는 방식이다.
- 암모니아는 독성이 있으나 쉽게 액화시킬 수 있어 운송에 용이하다는 장점이 있다.

* 수소기술 미래전략(2022) 참고

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