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개인 정보 보호 개요
세계는 수요와 공급, 비용, 환경적 영향의 균형을 맞추는 에너지 수요 문제에 직면해 있으며 이 문제에 대한 한 가지 잠재적 해결책은 수소입니다.
수소는 연소 엔진, 연료 전지의 연료원 및 천연 가스 가열의 대안으로 유망합니다. 연소의 유일한 잔여물은 물이며 탄소 배출의 위협 없이 가스를 생산하는 여러 가지 방법이 있습니다.
그러나 순수한 수소 가스는 기존 화석 연료에 비해 지속 가능하게 생산하는 데 비용이 많이 들고 저장 및 운송 비용도 더 많이 듭니다. 에너지 연구자들은 천연 가스나 석유화학 제품의 진정한 경쟁자가 되기 위해 수소를 조달하는 가장 좋은 방법과 수송을 위한 가장 실용적인 방법을 찾기 위해 노력해 왔습니다. 이 문제에 접근하는 몇 가지 방법이 있습니다. 아래에서 자세히 알아보세요.
모든 용도에 대해 순수한 이원자 수소는 더 큰 규모에서 실용적이지 못하게 하는 한계가 있습니다. 수소 연료의 생산은 온실 가스로부터 엄격히 자유롭지 않으며, 지속 가능한 것과 지속 불가능한 것이 모두 있습니다. 생산 방법 고려해야 할 사항입니다. 현재 가장 유망한 것은 결과적으로 수소와 산소 가스를 생성하는 물의 전기 분해(재생 에너지 사용)입니다.
생산 문제가 해결되면 효율성 문제가 구체화됩니다. 주변 압력과 온도에서 수소 가스 단위 부피당 에너지가 충분하지 않아 화석 연료에 상응하는 조치를 제공할 수 없습니다. 당 수소 가스의 에너지 밀도 킬로그램 기존 연료의 거의 XNUMX배이지만 당 현실적인 에너지 용량은 리터 훨씬 더 작습니다.
수소 가스는 고압에서 압축할 수 있지만 이를 위해서는 특수 장비와 더 많은 에너지가 필요하며 여전히 단위 중량당 약 5%의 수소만 달성할 수 있습니다(나머지 95%는 가압 용기의 중량입니다). ). –253°C 이하의 온도가 필요하고 냉각 장비와 추가 전력이 필요한 액화 수소의 경우에도 마찬가지입니다.
과학자들이 발견한 수소의 효율적인 사용과 운송을 위한 최상의 솔루션은 실제로 순수한 수소가 아닙니다. 잠재력이 큰 대안, 즉 화학적 저장 및 물리적 저장이 있습니다.
화학 저장은 수소 원자가 화학 결합을 통해 분자 내에 저장되어 화학 반응이 발생한 후에만 방출되는 곳입니다. 금속 수소화물 또는 유기 분자(예: 알코올, 탄수화물)와 같은 수소의 화학적 운반체에 대한 많은 잠재적인 옵션이 있습니다.
가장 효과적이려면 재료의 수소 용량이 최소 7중량%이고 작동 온도가 0~100°C여야 합니다. 많은 금속 수소화물이 수소를 방출하려면 최소 200°C의 온도가 필요합니다. 유기탄화수소도 유사한 위치에 있으며 CO 배출이라는 단점이 추가되었습니다.2 반응 생성물로.
물리적 저장 옵션을 사용하면 자체적으로 포함된 가스를 남기는 것보다 훨씬 더 많은 양의 수소를 재료 표면에 흡착할 수 있습니다. 이들 중 가장 일반적인 것은 활성탄 또는 금속-유기 프레임워크(MOF)와 같은 다공성 스폰지와 같은 물질입니다. 2020년에 보고된 MOF는 14중량%의 뛰어난 수소 용량을 달성하는 것으로 나타났습니다. 그러나 많은 MOF의 한계는 매우 낮은 온도(대부분 약 –200°C)에서 흡착을 가장 잘 수행하고 온도가 증가함에 따라 효율성이 떨어진다는 것입니다.
암모니아는 200년 전 세계 연간 생산량이 2021억 톤을 넘어설 정도로 이미 비료의 필수 성분으로 이름을 알렸습니다. 또한 화학적 수소 저장 방법으로 영감을 불러일으켰습니다.
현재 암모니아 생산 방법은 친환경적이지 않습니다. Haber 공정은 질소 가스와 수소 가스를 고온 및 고압에서 함께 반응시키는 것을 수반하며, 문제의 수소는 대부분 화석 연료에서 공급됩니다. 그러나 에너지 과학자들은 암모니아가 연료, 비료 등에 더 친환경적인 발자국을 남길 수 있는 연료 전지 및 멤브레인 반응기와 같은 대체 생산 방법으로 발전하고 있습니다.
암모니아는 하나의 질소 원자와 세 개의 수소 원자로 구성된 무기 분자입니다. 이 수소 밀도는 순수한 액체 수소를 운반하는 대신 에너지 목적으로 수소의 매력적인 화학적 운반체입니다. –253°C 이하의 온도를 요구하는 대신 암모니아는 대기압에서 –77°C, 약간 더 높은 압력에서 –10°C까지만 액체입니다. 또한 암모니아에는 탄소가 포함되어 있지 않으므로 탄소 중립 연료원으로서 잠재력이 큽니다. 그것은 이원자 질소가 환경에 해를 끼치지 않고 단순히 대기에 다시 합류할 수 있는 역 연료 전지에서 수소와 질소 가스로 분리될 수 있습니다.
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