수소 저장 솔루션 : 지속 가능한 미래를 위한 과제 극복

수소 저장 솔루션 : 지속 가능한 미래를 위한 과제 극복

세계가 기후 변화에 대항하기 위해 보다 깨끗한 에너지원으로 이행함에 따라 수소는 유망한 대체 수단으로 부상하고 있습니다. 에너지 운반체로서의 범용성과 다양한 분야의 탈탄소화 가능성이 매력적인 솔루션입니다. 그러나 수소의 가능성을 최대한 활용하기 위해서는 효과적인 저장 솔루션이 필수적입니다.  수소 저장과 관련된 풀어가야 하는 과제와 지속 가능한 미래를 확보하기 위해 개발되고 있는 혁신적인 솔루션에 대해 알아 보도록 합니다.

 

수소 저장의 중요성

수소를 저장하는것은 수소 경제의 중요한 구성 요소입니다. 수소는 쉽게 운반·저장할 수 있는 화석연료와 달리 저장을하기에는 엄청난 어려움을 가지고 있습니다. 수소는 부피별로 에너지 밀도가 낮아 기체 상태로 저장하기 어렵습니다. 또한 수소 분자는 작고 저장 용기에서 쉽게 탈출할 수 있어 안전상의 우려와 효율 저하로 이어집니다.

효과적인 수소 저장 솔루션은 몇 가지 이유로 필수적입니다.

1. 에너지 저장 : 수소는 풍력이나 태양광과 같은 재생 가능 에너지원에서 발생하는 초과 에너지를 저장할 수 있습니다. 이 저장된 에너지는 날씨에 따라 재생 에너지 생산이 불가능 할 때 방출되어 안정적인 에너지 공급을 제공합니다.

2. 수송 수단 : 수소는 자동차의 연료 전지, 난방, 산업 프로세스에 관계없이 최종 사용자에게 효율적으로 저장 및 운송되어야 합니다.

3. 산업응용 : 많은 산업에서는 암모니아 생산, 정제, 철강 제조 등의 공정에 수소가 필요하며 효율적인 저장 솔루션이 필요합니다.

 

 

현재의 저장 방법

현재 몇 가지 수소 저장 방법이 사용되고 있으며, 각각의 장점과 과제가 있습니다:

1. 압축수소 저장 : 이 방법에서는 수소 가스를 고압(통상 350~700bar)으로 압축하여 원통형 탱크에 저장합니다. 이 방법은 널리 사용되고 있지만 고압을 견디기 위해서는 견고한 재료(탄소나노튜브등..)가 필요하며 압축을 통해 에너지 소비량이 증가할 수 있습니다.

2. 액체 수소 저장 : 수소는 저온(-253℃)에서 액체의 형태로 저장할 수도 있습니다. 액체 수소는 압축 수소보다 에너지 밀도가 높아 항공 우주 등 특정 용도에 적합합니다. 그러나 액상화와 저온 유지에 필요한 에너지는 상당한 것이 되어 효율의 저하로 이어집니다.

3. 금속제 수소화물 : 금속 수소화물은 수소가 특정 금속과 반응하여 생성되는 화합물입니다. 이러한 재료는 비교적 낮은 압력과 온도에서 수소를 흡수 및 방출할 수 있어 유망한 저장 솔루션이 됩니다. 그러나 비용, 중량 및 재료의 안정성에 관한 과제는 여전히 널리 채택되는 데 큰 장벽이 되고 있습니다.

4. 화학적 수소 저장 : 이 방법은 암모니아나 탄화수소 등의 화합물에 수소를 저장하는 것을 포함합니다. 수소는 필요에 따라 화학 반응에 의해 방출됩니다. 이 접근 방식은 더 높은 에너지 밀도를 제공할 수 있지만, 많은 경우 수소 추출에는 복잡한 프로세스가 필요하며, 저장 재료 제조에 화석 연료를 사용할 경우 탄소 배출을 수반할 수 있습니다.

 

 

극복해야 할 과제

다양한 수소저장방법을 이용할 수 있음에도 불구하고 청정에너지 캐리어로서 수소의 광범위한 채택을 가능하게 하기 위해서는 몇 가지 과제에 대처해야 합니다:

1. 비용 : 수소 저장 시스템, 특히 첨단소재 및 극 저온 기술을 사용해야 하므로 비용은 매우 높을 수 있습니다. 수소 저장을 상업 용도로 이용 가능하게 하기 위해서는 기술의 진보와 규모의 경제에 의한 비용 절감의 경우 필수적으로 이루어져야 합니다.

2. 안전성 : 수소는 인화성이 높고 공기와 폭발적인 혼합물을 형성할 수 있습니다. 안전한 보관과 취급을 확보하는 것이 가장 중요합니다. 여기에는 누출 위험을 최소화하고 신뢰성 높은 감시 시스템을 확보하기 위한 견고한 재료와 기술 개발이 포함됩니다.

3. 에너지 효율성 : 많은 보존 방법은 압축이나 액화와 같은 에너지 집약적인 프로세스를 수반합니다. 수소 저장 시스템의 에너지 효율을 높이는 것은 에너지 캐리어로서의 수소의 전체적인 지속 가능성을 극대화하기 위해 중요합니다.

4. 재료 제한 : 금속수소화물 등의 수소 저장 시스템에 사용되는 일부 재료는 고가이거나 사이클의 안정성이 제한되어 있을 수 있습니다. 수소를 보다 효율적이고 지속적으로 저장할 수 있는 새로운 재료에 대한 연구는 저장 기술의 발전에 매우 중요합니다.

 

상상 그 이상의 현식전인 솔루션

다행히 전 세계의 연구자와 기업은 수소 저장 과제에 대처하기 위한 혁신적인 솔루션에 적극적으로 임하고 있습니다. 다음과 같은 유망한 개발이 있습니다:

1. 첨단 소재 : 연구자들은 더 높은 수소 저장 능력과 더 높은 안정성을 갖춘 새로운 재료를 연구하고 있습니다. 예를 들어 금속-유기 프레임워크(MOF)와 공유 유기 프레임워크(COF)는 높은 표면적과 조정 가능한 구조이기 때문에 가역적인 수소 저장 가능성을 보여줍니다.

2. 고체 수소 저장 : 수소의 흡수와 방출을 화학 반응에 의존하는 고체 저장 시스템이 주목을 받고 있습니다. 이러한 시스템은 안전성과 에너지 효율을 향상시키는 동시에 고압 또는 저온 환경의 필요성을 줄일 수 있습니다.

(다음번에 SOFC에 대해서 다뤄 볼수 있도록 하겠음.)

3. 통합 수소 시스템 : 생산, 저장, 이용을 결합한 통합 수소 시스템을 개발함으로써 효율성을 높이고 비용을 절감할 수 있습니다. 예를 들면, 재생 가능 에너지원으로부터의 수소 생산을 온사이트 스토리지와 조합하는 것으로, 운용을 합리화하고, 수송상의 과제를 최소한으로 억제할 수 있습니다.

4. 연구 및 개발 투자 : 연구 개발에 대한 투자의 증가는 수소 저장 기술의 진보에 필수적입니다. 민관 파트너십과 정부 자금은 혁신을 가속화하고 확장 가능한 솔루션 개발을 추진할 수 있습니다.

 

 

 

지속 가능한 미래가 기다리고 있습니다

수소 저장 솔루션은 청정 에너지 운송수단으로서의 수소의 가능성을 발휘하기 위해 중요합니다. 저장에 관한 과제를 극복함으로써 수소가 에너지 시스템의 중심 역할을 하는 지속 가능한 미래를 창조할 수 있습니다.

기술이 진보하고 비용이 감소함에 따라 수소 저장은 운송에서 산업 프로세스에 이르기까지 다양한 용도로 점점 더 이용 가능해집니다. 혁신적인 솔루션에 투자하고 부문 간 협업을 촉진함으로써 우리는 기후 목표를 지원하고 지속 가능한 경제 성장을 촉진하는 수소 동력의 미래를 위한 길을 열 수 있습니다.

주류 에너지원으로서의 수소로의 이행은 이제 막 시작되었으며 저장의 어려운 과제를 극복하는 것은 이 변혁의 중요한 전환점이 될 것입니다. 결의와 혁신으로 우리는 수소의 힘을 이용해 미래 세대를 위해 보다 깨끗하고 환경 친화적인 세상을 만들 수 있습니다.