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수소 연료전지 원리 활용

수소 연료전지 원리 활용에 관하여 알아봅시다.

지금부터 알아볼 수소 연료전지 원리 활용에 관하여 어떠한 장점들이 있어 활용이 될지를 간단하게 알려드리겠습니다.
연료전지 종류에 관한 내용들은 다음번에 포스팅하고자 하니 관심 있는 분은 참고해주시길 바라겠습니다.

수소에너지와 연료전지

수소는 전기에너지를 이용하여 전기분해로 만드는 것이 가장 일반적으로 생각할 수 있으나 바이오매스를 이용한 수소 제조 등 다양한 방법이 연구되고 있습니다.
수소 에너지는 에너지를 만들고 저장하며 소비하는 과정에서 수소를 활용하는 방법들이 개발되고 있으며 그중 연료전지(Fuel cell)가 가장 관심을 끌고 있습니다.
연료전지는 다양한 크기로 개발이 가능합니다.
  • 소형에는 휴대용 전자기기
  • 중형에는 자동차와 같은 수송 기관
  • 대형에는 발전용

연료전지는 연료로 화석 연료를 사용하는 대신에 수소를 사용하고 부산물로는 물과 산소가 만들어지기 때문에 친환경적이라고 할 수 있습니다.
  • (Anode) H₂ → 2H⁺ + 2e⁻
  • (Cathode) ½O₂ + 2H⁺ + 2e⁻ → H₂O

연료전지(Fuel cell)란?

연료전지란 연료와 산화제를 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시키는 장치입니다. 이 반응은 전해질 내에서 이루어지며 일반적으로 전해질이 남아있는 한 지속적으로 발전이 가능하다. 연료 전지는 전지라는 단어가 붙어있기는 하지만 일반적인 전지와는 다릅니다.
  • 전지는 닫힌 계에 화학적으로 전기에너지를 저장한다.
  • 연료전지는 수소와 같은 연료를 소모하여 전력을 생산하는 변환 장치라고 볼 수 있다.
  • 전지의 전극은 반응을 하여 충전, 방전 상태에 따라 바뀌지만 연료전지의 전극은 촉매작용을 하므로 상대적으로 안정적이다.
  • 결과적으로 전지+연료 공급= 전지와 내연기관의 중간급

연료전지의 장점과 이용 방안

연료와 산화제로는 여러 가지를 이용할 수 있습니다.
  • 수소 연료전지는 수소를 연료로, 산소를 산화제로 이용하며, 그 외에 탄화수소, 알코올 등을 연료로, 공기, 염소, 이산화염소, 등을 산화제로 이용할 수 있습니다.
  • 연료 전지의 발전 효율은 40~60% 정도로 대단히 높으며, 반응 과정에서 나오는 배출 열을 이용하면 전체 연료의 최대 80%까지 에너지로 바꿀 수 있습니다.
  • 천연가스와 메탄올, LPG(액화석유가스, propane gas), 나프타, 등유, 가스화된 석탄 등의 다양한 연료를 사용할 수 있기 때문에 에너지 자원을 확보하기 쉽습니다.
또한 연료를 태우지 않기 때문에 지구 환경보호에도 기여할 수 있습니다. 또한 질소산화물과 이산화탄소의 배출량이 석탄 화력 반전의 각각 1/38과 1/3 정도이며, 소음도 화력발전 방식에 비해 매우 적다는 장점이 있습니다.
  • 모듈화에 의한 건설 기반의 단축 설비 용량의 증감이 가능
  • 화력발전 방식에 비해 훨씬 적은 토지 면적을 필요로 하기 때문에 입지 선정이 용이 

따라서 도심 지역 또는 건물 내에 설치하는 것이 가능하여 경제적으로 에너지를 공급할 수 있습니다.
연료전지는 기존의 화력 발전을 대체할 수 있으며, 분산 전원용 발전소, 열병합 발전소, 더 나아가서는 무공해 자동차의 전원 등에 적용될 수 있습니다.
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