수소 란?

친환경 에너지가 주목받으면서 화석연료를 대체하는 신에너지원으로 수소를 사용하는 사회로 변화를 모색하고 있다. 이에 수소의 물성과 장단점, 수소 사용 의미를 정리해보고자 한다.

 

수소

주기율표의 가장 첫 번째 화학원소로, 원소 기호는 H, 원자번호는 1이다. 표준 원자량은 1.008로, 질량 기준으로 우주의 75%를 구성하고 있는 우주에서 가장 많은 원소이다.

 

수소의 특징

1. 수소는 가벼운 원소로 비중은 0.0695이다.

2. 공기 중 확산 계수는 0.71 cm^2/s로 기체 중에서 최대 확산 속도를 가진다.

3. 지구 중력이 붙잡아 둘 수 없어 우주로 확산한다. 따라서 지구 대기 중 비율은 0.001%만 존재한다.

4. 무색무취의 가연성 기체이다.

5. 자연발화 온도는 500°C로 자연적 발화 가능성이 낮다.

 

 

수소의 장단점

장점

1. 전기화학적 반응 속도가 빠르다.

2. 단위 무게 당 에너지밀도가 높다. 약 120kJ/g

3. 연소 시 물만을 배출한다. 따라서 공해물질 발생이 없다.

4. 다양한 원료로부터 수소 생산이 가능하다.

5. 우주에서 가장 흔한 원소이므로 고갈위험이 없다.

 

단점

1. 수소를 얻기 위해서는 화합물로부터 추출 과정이 필요하다.

2. 액화에 필요한 에너지가 많이 들어 다른 기체보다 저장이 쉽지 않다.

3. 발화에너지가 낮아 안전에 더 주의해야 한다.

 

 

수소의 사용 의미

수소는 저기에너지로 활용도가 높고, 이를 통해 생산한 전기는 품질이 우수한 장점이 있다. 하지만 수소는 주로 기체 상태로 존재하기 때문에 대용량으로 저장이 어렵다는 단점이 있다. 또한 효율면에서도 배터리보다 낮은 효율을 보여 완벽한 에너지원은 아니다.

 

* 배터리 효율 [에너지(100) → 충전(95) → 방전(90)]

* 연료전지 효율 [에너지(100) → 전기에서 수소로 전환(95) → 연료전지로 전력 생산(55)]

 

따라서 수소의 사용은 필요할 때 꺼내 사용할 수 있는 에너지 저장 개념으로 바라봐야 한다.

잉여전력을 수소 에너지로 저장하고 필요할 경우 다시 연료전지를 활용해 전기로 전환하는 과정이다.

 

 

 

수소의 안전성

수소와 같은 가연성 기체 물질은 대기 중에 일정 농도 이상이면 폭발가능하다. 이와 같은 수소 특성으로 사람들은 수소를 공포의 에너지원으로 보고 있는 경향이 있다. 이는 1937년 힌덴부르크 참사와 관련이 있다.

 

힌덴부르크 참사

1900년대 초반에는 수소의 가벼운 특성을 운송수단으로 활용했다. 따라서 수소비행선을 당시에 많이 사용하게 된다. 하지만 1937년 비행선의 외관의 알루미늄 섬유의 정전기로 인해 공중에서 비행선에 화재가 발생해 전소되는 사고가 발생하게 된다. 이 참사 이후 수소의 연관 단어는 폭발, 폭탄로 굳혀지게 되었다.

 

하지만 수소는 다루는데 주의가 필요한 것은 맞지만 다른 가스에 비해 안전성이 높은 에너지원이다. 우리가 일상에서 연료전지 원료로 사용하는 수소는 경수소(기본수소)로, 수소폭탄의 핵융합 반응을 일으키는 삼중수소(트리튬)과는 거리가 있다.

 

또한, 수소의 누출은 수소의 빠른 확산으로 위험성이 낮아지기 때문에 차량에 화재가 발생할 시 내연기관 차량보다 안전하다. 수소가 누출되면 초기에 빠른 확산속도와 탱크의 압력차로 인해 수직 화염이 발생하게 된다. 이는 더 빠르게 공기 중에 희석되게 되어 소염 현상을 일으키기 때문에 탑승자의 안전을 내연기관보다 더 확보할 수 있다.

수소차 & 내연기관 화재 발생 시