수소 생산용 전해조에 대한 가이드
CO2 포획 시스템에 중점을 둔 수소 생산 기술
미래의 에너지원으로서 수소는 지구 온난화와의 싸움에서 중요한 역할을 합니다. 안정적인 가스 공급을 위해서는 적절한 수소 생산 기술이 필요합니다. 즉, 무엇보다도 물이 수소와 산소로 분리되는 장치인 “전해조”라고 불리는 기술이 필요합니다.
그런 다음 수소를 고압으로 압력 용기에 보관할 수 있습니다. 필요에 따라 연료 전지라고 불리는 장치를 사용하면 청정에너지를 생성할 수 있습니다.
문제는 수소가 알려진 분자 중 가장 작아서 저장 공간을 너무 많이 차지한다는 것입니다. 이러한 이유로 압축이 선행되어야만 합니다.
4가지 주요 수소 생산 기술
“친환경 수소 생산”은 물 분자를 분해하여 수소와 순수 산소를 생성하는 것입니다. 이를 위해서는 전해조가 필요하며, 이는 일반적으로 자본 및 운영 비용 측면에서 이러한 설비의 가장 비싼 부분입니다. 전해조는 이러한 유형의 수소 생산 기술 총비용의 약 70%를 차지합니다.
그러나 모든 전해조가 동일하지는 않습니다. 실제로, 4가지 주요 기술이 있습니다. 수소를 직접 생산하려면 먼저 어떤 유형의 전해조가 작업에 가장 적합한 솔루션인지 결정해야 합니다.
이는 고객의 응용 분야에 따라 다릅니다. 수소에서 얻는 에너지는 수소 구동 버스에서부터 발전소에 이르기까지 다양한 분야에서 사용할 수 있습니다.
4가지 다른 전해조 유형과 그 차이점을 확인해 보세요.
- 알칼리성 전해조: 이는 가장 오래된 산업용 전해조이며 오랫동안 사용되어 왔습니다. 여기에서 수산화물 이온은 전해질(이 경우 알칼리성 용액)을 통해 음극에서 양극으로 전달됩니다. 그러면 수소가 생성됩니다.
- 고분자 전해질막(PEM): 이 전해조에서는 고체 폴리머 전해질을 사용하여 양성자를 양극에서 음극으로 전도합니다. 동시에 전극은 전기적으로 절연됩니다.
- 고체 산화물 전해조: 이 전해조는 고체 세라믹 물질을 전해질로 사용하여 다른 방식으로 수소를 생성합니다. 높은 온도를 사용하면 전해질이 음전하를 띤 산소 이온을 전도합니다.
- 음이온 교환막(AEM): 이 새로운 기술은 알칼리성 전해와 유사하게 작동합니다. 그러나 PEM 전해와는 달리, 고가의 귀금속을 사용할 필요가 없습니다.
서로 다른 전해조의 장단점
각 전해조 시스템에는 고유한 장단점이 있습니다.
- 알칼리성: 이 유형의 전해조는 희유금속을 필요로 하지 않으며 PEM보다 훨씬 저렴합니다. 반면, 변동에 대한 반응이 느리며, 시작하는 데 약 20분이 걸립니다.
- PEM: 이것은 매우 인기 있는 기술이 되었습니다. 희유금속이 필요하기 때문에 알칼리성 전해조보다 비용이 많이 듭니다. 그러나 변동에 신속하게 대응하고 즉시 시작됩니다.
- 고체 산화물: 이는 가장 효율적인 기술이며 산업화에 가깝습니다. 그러나 현재로서는 매우 비쌉니다. 이 기술이 더 널리 사용되면 시간이 지나면서 비용이 절감될 것으로 생각됩니다.
- AEM: 알칼리성 및 PEM의 조합인 이 기술은 아직 산업화되지 않았습니다. 유연하며 희유금속을 사용할 필요가 없습니다. 이 기술이 더욱 발전하면 PEM의 지속 가능한 대안이 될 수 있습니다.
각 기술에서의 최적 지점
이러한 수소 생산 기술에는 각각 고유한 "최적 지점"이 있습니다. 이는 최적으로 사용할 수 있는 응용 분야를 결정합니다(아래 수치는 배출 압력이 5~100bar라고 가정합니다.)
- 알칼리성: 공급 압력은 상대적으로 낮으며 범위는 0~16bar이고, 드물게는 그보다 약간 더 높습니다. 잘 구축된 이 기술은 10~20MW의 응용 분야에 적합합니다.
- PEM: 이 기술의 정상적인 입구 공급 압력은 30bar이지만, 10bar 더 높거나 더 낮을 수도 있습니다. 빠른 반응 시간 덕분에 소규모 플랜트에 적합하며, 가격은 더 비싸지만 10~40MW 범위의 더 넓은 응용 분야에도 적합합니다.
- 고체 산화물: 이 기술에는 증기가 필요하므로 공정 증기를 생성하는 모든 작업에 적합합니다. 입구 공급 압력은 대기압과 거의 같습니다. 이 기술은 여전히 매우 새로운 기술로, 5~20MW의 응용 분야에 가장 적합합니다.
- AEM: 응용 측면에서 PEM과 유사합니다. 입구 공급 압력은 일반적으로 30bar이지만, 10bar 더 낮거나 높을 수 있습니다. 이 기술은 여전히 개선 중이며 10~40MW의 응용 분야에 매우 적합합니다.
수소 생산용 컴프레서
이러한 모든 기술의 공통점은 컴프레서가 필요하다는 것입니다. 실제로 컴프레서는 수소 생성 시스템 총비용의 10%에 불과하지만 매우 중요한 요소입니다. 즉, 신뢰할 수 있는 고품질 컴프레서가 없으면 아무것도 할 수 없습니다.
압축의 필수 요소는 흡입 압력입니다. 압력이 낮을수록 컴프레서의 요구 사항은 높아집니다.
또한, 수소를 단일 단계에서 무한히 압축할 수는 없습니다. 그 이유는 압축 과정에서 가스의 온도가 상승하지만, 온도는 130°C 이하로 유지되어야 하기 때문입니다. 따라서 더 높은 압력이 필요할 경우 여러 단계가 필요할 수 있습니다.
수소 연료 충전소
하이브리드 전해조 솔루션
아트라스콥코는 모든 유형의 전해조 기술을 보완하기 위해 자체적으로 여러 기술을 개발했습니다. 여기에는 다양한 유형의 전해조와 응용 분야에서 작동하는 하이브리드 솔루션도 포함됩니다.
이와 같은 유연성이 여러분에게 도움이 될 것 같거나, 어떤 기술이 가장 적합한지 확신이 서지 않는다면, 지금 바로 당사의 수소 생산 전문가에게 문의하십시오. 최적의 솔루션을 찾을 수 있도록 도와드리겠습니다.
| 기술 | 장점 | 단점 | 최적 지점 |
|---|---|---|---|
| 알칼리성 | 확립된 기술 | 변동에 느리게 반응 | DP: 0~16bar |
| 희유금속 필요 없음 | 느린 시작(20분) | 10~20MW에 적합 | |
| 낮은 비용 | |||
| PEM | 매우 높은 인기 | 알칼리성보다 높은 비용 | DP: 30bar(+/- 10bar) |
| 변동에 대한 신속한 대응 | 희유금속 필요 | 10~40MW에 적합 | |
| 즉시 시작 | |||
| 고체 산화물 | 최고의 효율 | 아직 산업화에 대한 준비가 안 됨 | DP: 대기 |
| 향후 비용 절감 예상 | 매우 높은 비용 | 5~20MW에 적합 | |
| AEM | PEM과 알칼리성의 장점 결합 | 아직 산업화되지 않음 | DP: 30bar(+/- 10bar) |
| 유연성 | 추가 개발 필요 | 10~40MW에 적합 | |
| 희유금속 사용되지 않음 |
