수소 생산 방식

연료전지에 사용되는 수소의 생산 방식을 정리해보고자 한다. 수소 생산 방식은 크게 4가지로 구분된다. 화석연료 개질 및 추출 방식, 수전해 방식, 바이오 매스 방식, 부생수소 방식이 있다.

 

화석연료 개질 및 추출

화석연료 개질 및 추출 방식은 현재 산업 공정 상 최적화된 공정으로 가격 경쟁력을 가지고 있다. 하지만 화석연료를 활용하기 때문에 CO2가 발생하는 치명적인 단점이 존재한다.

개질 방식

1. 수증기 메탄 개질(천연가스)

메탄과 수증기(물)를 원료로 수소를 생산하는 방식으로 메탄뿐만 아니라 수증기에서고 수소를 생산하기 때문에 생산 수율이 높은 장점이 있다. 하지만 흡열반응이 필요하기 때문에 많은 열공급이 필요하고 대량의 CO2가 발생한다. 또한, Steam reforming공정과 Water gas shift공정이 필요해 복잡한 대형 공정이 필요하다.

 

2. 부분 산화법(천연가스)

부분 산화법은 발열반응으로 스스로 산화가 유지되기 때문에 최소한의 에너지로 변환이 가능한 장점이 있다. 하지만 CH4 산화에 필요한 산소량이 제한되므로 느린 반응 속도를 가지게 된다. 그리고 공기를 사용할 시 공해물질인 NOx가 발생한다.

 

3.  분리 포집 방식(석탄)

석탄 가스화 과정에서 나온 수소를 분리 포집하여 수소를 생산하는 방식이다.

 

 

 

 

수전해

신재생에너지로 얻은 전기로 물을 전기분해해 수소를 얻는 방식이다. 오염이 없는 친환경적인 생산이 가능하나, 가장 고비용으로 수익성이 가장 떨어지는 방식이다. 수전하는 기본적으로 연료전지 반응의 역반응을 이용한다. 

수전해 방식

 

1.  Alkaline Electrolysis

알칼라인의 저가 촉매와 액체 전해질을 사용하여 가성비가 높은 수전 해 방식이다. 30 Bar의 저압으로 이루어지고 낮은 에너지 밀도를 보인다. 액체를 사용하기 때문에 대용량 부피의 공정기구를 사용해야 한다.

 

2.  PEM Electrolysis

Proton Exchange Membrane의 얇은 막을 사용해 공정기구 부피가 10배 정도 감소한다. 200 Bar의 고압에서 이루어지고 산성에서 안정적인 고가의 귀금속 촉매가 필요하다.

 

 

바이오 매스

음식물 쓰레기나 쓰레기 처리 과정에서 나오는 바이오 매스를 에탄올과 같은 형태로 변환해 미생물을 이용하여 혐기성 분해 발효로 수소를 생산하는 방식이다.

바이오 매스 방식

 

부생수소

철강산업 등에서 나오는 코크스로 가스 등과 같은 부생가스에서 얻은 수소이다. 가장 저렴한 방식으로 가장 상업성이 좋은 수소 생산 방식이다.

부생수소 방식