수소 발전소 — 추세 및 전망
원자력 발전소는 오랫동안 매우 안전한 것으로 여겨져 왔지만 2011년 일본 후쿠시마 원자력 발전소 사고는 다시 한 번 전 세계 에너지 엔지니어들이 이러한 유형의 에너지와 관련된 가능한 환경 문제에 대해 생각하게 했습니다.
많은 EU 국가를 포함한 많은 국가의 정부는 향후 5-10년 동안 이 산업에 수십억 유로를 약속하면서 투자를 아끼지 않고 경제를 대체 에너지로 이전하겠다는 분명한 의도를 선언했습니다. 그리고 그러한 대안 중 가장 유망하고 환경적으로 안전한 유형 중 하나는 수소입니다.
석탄, 가스 및 석유가 고갈되면 순수한 형태로 저장되지 않고 물의 형태로 산소가 포함된 화합물 형태로 저장되지만 바다에는 수소가 무제한으로 존재합니다.
수소는 가장 친환경적인 에너지원입니다. 수소를 획득, 운송, 저장 및 사용하려면 금속과의 상호 작용에 대한 지식을 확장해야 합니다.
여기에는 많은 문제가 있습니다.멤브레인 필터(예: 팔라듐)를 사용하여 고순도 수소 동위원소 생산, 기술적으로 유리한 수소 배터리 생성, 재료의 수소 비용 문제 등이 해결책을 기다리고 있습니다.
다른 전통적인 유형의 에너지원과 비교할 때 수소의 환경적 안전성은 의심의 여지가 없습니다. 수소 연소 생성물은 다시 증기 형태의 물이며 완전히 무독성입니다.
연료로서의 수소는 터빈뿐만 아니라 근본적인 변화 없이 내연기관에서도 쉽게 사용할 수 있어 휘발유보다 더 많은 에너지를 얻을 수 있다. 공기 중 휘발유의 연소 비열이 약 44MJ / kg이면 수소의 경우이 수치는 약 141MJ / kg으로 3 배 이상입니다. 석유 제품도 독성이 있습니다.
수소의 저장 및 운송은 특별한 문제를 일으키지 않으며 물류는 프로판과 유사하지만 수소는 메탄보다 폭발성이 높기 때문에 여전히 약간의 뉘앙스가 있습니다.
수소 저장 솔루션은 다음과 같습니다. 첫 번째 방법은 수소의 액체 상태를 유지하기 위해 초저온을 보장해야 하는 전통적인 압축 및 액화입니다. 이것은 비싸다.
두 번째 방법은 더 유망합니다. 일부 복합 금속 스폰지(바나듐, 티타늄 및 철의 다공성 합금)가 수소를 능동적으로 흡수하고 낮은 열에서 방출하는 능력을 기반으로 합니다.
Enel 및 BP와 같은 주요 석유 및 가스 회사는 오늘날 수소 에너지를 적극적으로 개발하고 있습니다.몇 년 전 이탈리아 에넬은 대기를 오염시키지 않고 온실가스를 배출하지 않는 세계 최초의 수소 발전소를 가동했습니다. 그러나이 방향의 주요 연소점은 다음 질문에 있습니다. 수소의 산업 생산을 더 저렴하게 만드는 방법은 무엇입니까?
문제는 물의 전기분해 많은 전기가 필요하고 물의 전기 분해를 통해 수소 생산이 정확하게 진행된다면 단일 국가의 경제를 위해이 수소 산업 생산 방법은 매우 비쌀 것입니다. 4 배는 아니더라도 3 배 , 석유 제품의 등가 연소 열 측면에서 또한 산업용 전해조의 1제곱미터 전극에서 시간당 최대 5입방미터의 가스를 얻을 수 있습니다. 이것은 느리고 경제적으로 비실용적입니다.
산업 규모에서 수소를 생산하는 가장 유망한 방법 중 하나는 플라즈마 화학 방법입니다. 여기서 수소는 물을 전기분해하는 것보다 더 저렴하게 얻을 수 있습니다. 비평형 플라스마트론에서는 자기장에서 이온화된 가스를 통해 전류가 흐르고 "가열된" 전자에서 가스 분자로 에너지를 전달하는 과정에서 화학 반응이 발생합니다.
가스의 온도는 +300 ~ +1000 ° C 범위이며 수소 생산으로 이어지는 반응 속도는 전기 분해보다 높습니다. 이 방법을 사용하면 탄화수소에서 얻은 기존 연료보다 두 배(세 배 아님) 더 비싼 수소를 얻을 수 있습니다.
플라즈마 화학 공정은 두 단계로 진행됩니다. 먼저 이산화탄소가 산소와 일산화탄소로 분해된 다음 일산화탄소가 수증기와 반응하여 수소와 처음에 있던 동일한 이산화탄소(소모되지 않음, 전체 루프 변환을 보면).
실험 단계에서 - 가스 및 유전 개발의 모든 곳에서 유해한 제품으로 남아있는 황화수소로부터 수소의 플라즈마 화학 생산. 회전 플라즈마는 단순히 원심력에 의해 반응 영역에서 황 분자를 방출하고 황화수소로 전환되는 역반응은 배제됩니다. 이 기술은 전통적인 유형의 화석 연료로 생산되는 수소의 가격을 균등화하고, 또한 유황을 병렬로 채굴합니다.
그리고 일본은 이미 오늘날 수소 에너지의 실용적인 개발을 시작했습니다. Kawasaki Heavy Industries와 Obayashi는 2018년까지 고베 시에 전력을 공급하기 위해 수소 에너지를 사용하기 시작할 계획입니다. 그들은 실제로 유해한 배출물 없이 대규모 전기 생산에 수소를 사용하기 시작할 사람들 중 선구자가 될 것입니다.
1MW 규모의 수소 발전소가 고베에 직접 건설되어 10,000명의 지역 주민을 위한 국제 컨벤션 센터 및 사무용 사무실에 전기를 공급하게 됩니다. 그리고 수소로부터 전기를 생산하는 과정에서 스테이션에서 발생하는 열은 지역 주택 및 사무실 건물의 효율적인 난방이 될 것입니다.
가와사키 중공업이 생산하는 가스터빈에는 물론 순수한 수소가 공급되지 않고 수소 20%와 천연가스 80%만 포함된 혼합연료가 공급된다.이 발전소는 연간 20,000대의 수소 연료 전지 차량에 해당하는 양을 소비하지만 이 경험은 일본 및 그 외 지역에서 주요 수소 발전 개발의 시작이 될 것입니다.
수소 비축량은 발전소 영토에 직접 저장되며 지진이나 기타 자연 재해가 발생하더라도 스테이션에 연료가 공급되며 스테이션은 중요한 통신에서 차단되지 않습니다. Kawasaki Heavy Industries가 일본에서 대규모 수소 발전소 네트워크를 개발할 계획이므로 2020년까지 Kobe 항구는 주요 수소 수입을 위한 인프라를 갖추게 될 것입니다.