수소로 달리는 자동차: 인도의 국립 수소 미션(National Hydrogen Mission) 살펴보기
인도는 수소를 에너지원으로 사용하기 위한 로드맵을 작성할 국가 수소 임무를 발표했습니다. 이 이니셔티브는 교통을 변화시킬 잠재력이 있습니다.
2020년 12월 도쿄에서 열린 출시 행사에서 도요타의 개조된 미라이 수소 연료 전지 자동차가 엔지니어링을 보여주고 있습니다. (사진: 로이터) 전통적으로 프론티어 전기 자동차(EV) 기술에서 느린 움직임을 보였던 인도는 우주에서 가장 풍부한 원소인 수소의 에너지 잠재력을 활용하기 위한 경쟁에 비정상적으로 일찍 진입했습니다. 미국 에너지부가 수소 생산 및 연료 전지 기술 연구 개발에 최대 1억 달러를 투자한다고 발표한 지 4개월도 채 되지 않아 인도는 국가 수소 임무를 발표했습니다.
예산안의 제안은 향후 몇 개월 동안 임무 초안이 뒤따를 것입니다. 특히 녹색 수소에 중점을 둔 에너지원으로 수소를 사용하기 위한 로드맵, 수소 경제와 함께 성장하는 인도의 재생 가능 용량에 부합한다고 정부 관리들이 밝혔습니다. .
제안된 최종 사용 분야에는 철강 및 화학 물질이 포함되지만 수소가 변화시킬 잠재력이 있는 주요 산업은 운송입니다. 이 산업은 모든 온실 가스 배출량의 3분의 1을 기여하고 수소가 화석 연료의 직접적인 대체품으로 여겨지는 곳입니다. 기존 전기차에 비해 특별한 이점이 있습니다.
소수의 이동성 연결 파일럿이 이미 진행 중입니다.
10월에 델리는 6개월간의 파일럿 프로젝트에서 수소 스파이크 압축 천연 가스(H-CNG)로 운행하는 버스를 운영하는 인도 최초의 도시가 되었습니다. 버스는 기존의 혼합 방식에 의존하지 않고 천연 가스에서 직접 H-CNG(CNG의 18% 수소)를 생산하기 위해 Indian Oil Corp의 특허를 받은 신기술로 운행됩니다.
전력 메이저인 NTPC Ltd는 레와 델리에서 10대의 수소 연료 전지 기반 전기 버스와 연료 전지 전기 자동차를 운영하기 위해 파일럿을 운영하고 있으며 안드라 프라데시에서 녹색 수소 생산 시설을 설립하는 것을 고려하고 있습니다.
IOC는 또한 파리다바드(Faridabad)에 있는 R&D 센터에 버스를 운행하기 위한 수소 생산 전담 장치를 설치할 계획이다.
지원 규제 프레임워크로 도로교통부는 작년 말에 수소 연료 전지 기반 차량에 대한 안전 평가 표준을 포함하도록 중앙 자동차 규칙(1989)에 대한 수정안을 제안하는 고시를 발표했습니다.
왜 수소와 그 유형
청정 연료원으로서의 수소의 잠재력은 거의 150년에 이르는 역사를 가지고 있습니다. 1874년, 공상과학 소설가 쥘 베른은 신비한 섬에서 언젠가 물을 연료로 사용하고, 물을 구성하는 수소와 산소가 단독으로 또는 함께 사용되어 무한한 자원을 제공하게 될 세계에 대한 선견지명을 제시했습니다. 석탄이 감당할 수 없는 강도의 열과 빛.
1937년 독일 여객선 LZ129 Hindenburg가 수소 연료를 사용하여 대서양을 가로질러 비행했지만 뉴저지의 Lakehurst 해군 비행장에 정박하던 중 폭발하여 36명이 사망했습니다. 1960년대 후반, 수소 연료 전지는 NASA의 아폴로 달 탐사에 동력을 공급하는 데 도움이 되었습니다.
1970년대 오일쇼크 이후 수소가 화석연료를 대체할 가능성이 심각하게 고려되기 시작했다. 일본의 혼다와 도요타, 한국의 현대 등 3개 자동차 회사는 그 이후로 비록 제한된 규모이지만 기술 상용화 방향으로 결정적으로 움직였다.
자연에서 가장 흔한 요소는 자유롭게 발견되지 않습니다. 수소는 다른 원소와 결합해서만 존재하며 물(수소 원자 2개와 산소 원자 1개의 조합)과 같이 자연적으로 발생하는 화합물에서 추출해야 합니다. 수소는 깨끗한 분자이지만 추출 과정은 에너지 집약적입니다.
수소가 파생되는 소스와 프로세스는 색상 탭으로 분류됩니다. 화석 연료에서 생산되는 수소를 회색 수소라고 합니다. 이것은 오늘날 생산되는 수소의 대부분을 구성합니다. 탄소 포집 및 저장 옵션이 있는 화석 연료에서 생성된 수소를 청색 수소라고 합니다. 재생 가능한 전원에서 완전히 생성된 수소를 녹색 수소라고 합니다. 마지막 과정에서는 재생 에너지로 생성된 전기를 사용하여 물을 수소와 산소로 분해합니다.
녹색수소 사례
녹색 수소는 특정한 이점이 있습니다. 첫째, 그것은 철과 철강, 화학, 운송을 포함한 다양한 부문을 탈탄소화할 수 있는 깨끗한 연소 분자입니다. 둘째, 그리드에서 저장하거나 사용할 수 없는 재생 가능한 에너지를 사용하여 수소를 생산할 수 있습니다.
이것이 2021~2022년에 출범하는 정부의 수소에너지 미션이 지향하는 바이다. 인도의 전력망은 주로 석탄을 기반으로 하고 있으며 앞으로도 그럴 것이므로 이러한 차량에 전력을 공급할 전기를 생성하기 위해 석탄을 태워야 하기 때문에 대규모 EV 추진의 부수적 이점이 무효화됩니다. EV 추진에 나선 여러 국가에서 대부분의 전기는 재생 가능 에너지에서 생성됩니다. 예를 들어 노르웨이에서는 99%가 수력 발전에서 발생합니다. 전문가들은 수소 자동차가 장거리 트럭 운송 및 운송 및 장거리 항공 여행과 같이 전기화되기 어려운 부문에서 특히 효과적일 수 있다고 믿습니다. 이러한 응용 분야에서 무거운 배터리를 사용하는 것은 특히 전력 그리드가 석탄 화력으로 주로 사용되는 인도와 같은 국가에서 역효과가 될 것입니다.
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특히 한국과 일본은 자동차 시장을 수소와 연료전지의 잠재력으로 옮기는 데 집중하고 있다. 연료전지란?
수소는 에너지원이 아니라 에너지 운반체입니다. 수소 연료는 자동차나 트럭에 전력을 공급하는 데 사용되기 전에 연료 전지 스택이라는 장치에 의해 전기로 변환되어야 합니다. 연료 전지는 산화 환원 반응을 통해 산화제를 사용하여 화학 에너지를 전기 에너지로 변환합니다. 연료 전지 기반 차량은 가장 일반적으로 수소와 산소를 결합하여 탑재된 전기 모터에 전력을 공급하는 전기를 생산합니다. 연료 전지 차량은 전기를 사용하여 주행하기 때문에 전기 자동차로 간주됩니다.
각 개별 연료 전지 내부에서 수소는 온보드 가압 탱크에서 끌어 당겨져 일반적으로 백금으로 만들어진 촉매와 반응하도록 만들어집니다. 수소가 촉매를 통과할 때 전자가 제거되고 강제로 외부 회로를 따라 이동하여 전류를 생성합니다. 이 전류는 전기 모터에서 차량에 전력을 공급하는 데 사용되며 부산물은 수증기뿐입니다.
수소 연료 전지 자동차는 탄소 발자국이 거의 제로에 가깝습니다. 전기 화학 반응이 연소보다 훨씬 더 효율적이기 때문에 수소는 휘발유 연소보다 약 2~3배 효율적입니다.
FCEV 및 기타 EV
전기 자동차(EV)는 일반적으로 네 가지 범주로 분류됩니다.
* Toyota Camry와 같은 기존 하이브리드 전기 자동차 또는 HEV는 기존 내연 기관 시스템과 전기 추진 시스템을 결합하여 연료 사용량을 상당히 줄이는 하이브리드 차량 구동계를 만듭니다. 기존 하이브리드의 온보드 배터리는 IC 엔진이 구동계에 전력을 공급할 때 충전됩니다.
* 플러그인 하이브리드 차량 또는 Chevrolet Volt와 같은 PHEV에도 IC 엔진과 전력을 동력원으로 사용하는 하이브리드 구동계가 있으며, 전원에 연결할 수 있는 충전식 배터리로 뒷받침됩니다.
* Nissan Leaf 또는 Tesla Model S와 같은 배터리 구동 전기 자동차 또는 BEV에는 IC 엔진이나 연료 탱크가 없으며 충전식 배터리로 구동되는 완전 전기 구동계로 실행됩니다.
* Toyota의 Mirai, Honda의 Clarity 및 현대의 Nexo와 같은 연료 전지 전기 자동차 또는 FCEV는 수소 가스를 사용하여 온보드 전기 모터에 동력을 공급합니다. FCEV는 수소와 산소를 결합하여 전기를 생산하고 모터를 구동합니다. FCEV는 전적으로 전기로 구동되기 때문에 EV로 간주되지만 BEV와 달리 주행 거리와 연료 보급 프로세스는 기존 자동차 및 트럭과 비슷합니다.
BEV와 수소 FCEV의 주요 차이점은 BEV의 경우 30-45분 충전에 비해 후자는 5분의 충전 시간이 가능하다는 것입니다. 또한 소비자는 단위 부피 및 중량당 약 5배 더 나은 에너지 저장을 얻을 수 있어 라이더가 더 멀리 갈 수 있는 동시에 다른 물건을 위한 많은 공간을 확보할 수 있습니다.
임계 질량 문제
그 약속에도 불구하고 수소 기술은 아직 확장되지 않았습니다. 일론 머스크 테슬라 최고경영자(CEO)는 연료전지 기술이 믿기지 않을 정도로 어리석다고 말했다.
2020년 말까지 전 세계적으로 25,000대 미만의 수소 연료 전지 차량이 도로에 있었습니다. 이에 비해 전기차는 800만대였다.
수소 연료 전지 차량의 채택을 가로막는 큰 장벽은 주유소 인프라의 부족이었습니다. 연료 전지 자동차는 기존 자동차와 유사한 방식으로 연료를 보급하지만 동일한 충전소를 사용할 수는 없습니다. 오늘날 전 세계적으로 운영 중인 수소 충전소는 500개 미만이며 대부분 유럽에 있으며 일본과 한국이 그 뒤를 잇습니다. 북미에도 있습니다.
안전이 우려되는 사항으로 보입니다. 수소는 가압되어 극저온 탱크에 저장되고, 그곳에서 저압 셀로 공급되고 전기 화학 반응을 거쳐 전기를 생성합니다. 현대와 도요타는 수소연료탱크의 안전성과 신뢰성이 표준 CNG 엔진과 비슷하다고 밝혔다.
기술을 확장하고 임계 질량을 달성하는 것은 여전히 큰 과제입니다. 도로 위의 더 많은 차량과 더 많은 지원 인프라는 비용을 낮출 수 있습니다. 인도의 제안된 임무는 그 방향으로 가는 한 걸음으로 여겨진다.
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