수소의 저장과 운송 방법

수소의 저장과 운송 방법

수소의 저장 문제와 해결책

수소 저장의 도전 과제: 저온, 고압

수소는 가장 가벼운 원소이기 때문에 에너지 밀도가 낮아 저장이 어려운 도전 과제입니다. 수소를 저장하기 위해서는 극저온에서 액체로 냉각하거나, 고압에서 압축해야 합니다.

• 저온 저장은 수소를 -253°C까지 냉각하여 액체 상태로 보관하는 방식입니다. 그러나 극저온 저장은 많은 에너지를 소모하고, 저장 탱크 설계에 있어 높은 기술력이 필요합니다.
• 고압 저장은 수소를 350~700바(bar) 이상의 압력으로 압축하여 저장하는 방식으로, 압축 과정에서 에너지가 많이 소비되고, 고압 탱크의 안정성을 유지하는 데 비용이 발생합니다.

수소 저장 기술: 압축 저장, 액체 수소, 화학적 저장

현재 상용화된 수소 저장 방식에는 크게 압축 저장, 액체 수소 저장, 화학적 저장이 있습니다.

• 압축 저장은 고압 저장 탱크를 사용하여 수소를 압축 상태로 보관하는 방법입니다. 이는 주로 수소 연료전지 차량이나 산업용 수소 저장에 사용됩니다.
• 액체 수소 저장은 항공우주, 해상 운송 등에서 활용될 수 있는 방식으로, 대량 저장이 가능하지만 냉각 비용이 높고, 장기 저장 시 수소가 증발할 수 있는 단점이 있습니다.
• 화학적 저장은 수소를 화학적으로 결합된 상태에서 보관하는 방식입니다. 예를 들어, 암모니아(NH₃)나 메탄올(CH₃OH) 등의 화합물로 저장하여 필요할 때 다시 수소를 추출할 수 있습니다. 이 방식은 수소의 휘발성 문제를 줄일 수 있지만, 추출 과정이 복잡할 수 있습니다.

금속 수소화물과 기타 신기술

금속 수소화물은 수소를 고체 물질에 흡수시켜 저장하는 기술로, 저온 및 상온에서도 수소를 저장할 수 있어 안전성과 안정성이 높습니다. 대표적인 예로는 마그네슘 기반 수소화물이 있으며, 이 방식은 수소를 고밀도로 저장할 수 있는 장점이 있습니다. 그러나 금속 수소화물의 높은 비용과 무게는 상업적 활용에 있어 해결해야 할 과제로 남아 있습니다. 추가로 탄소 나노튜브와 같은 나노 소재 기술도 수소 저장에 대한 연구가 진행되고 있으며, 이 기술들은 더 높은 효율성과 안정성을 목표로 합니다.

 

수소 운송: 수송 체계의 혁신

기존의 파이프라인과 운송 기술

수소 운송의 가장 전통적인 방식 중 하나는 파이프라인* 이용한 운송입니다. 이미 천연가스 운송을 위한 파이프라인 인프라가 많이 구축되어 있으며, 일부는 수소 혼합이나 전환을 통해 수소 운송에 활용될 수 있습니다. 그러나 수소는 천연가스보다 분자 크기가 작아 누출의 위험이 높고, 기존 파이프라인을 사용하는 데 기술적 한계가 존재합니다. 수소 전용 파이프라인이 필요한 상황이며, 이는 대규모 투자가 필요합니다.

액체 수소와 암모니아를 이용한 운송

액체 수소는 극저온에서 수소를 액체 상태로 변환해 운송하는 방식으로, 높은 에너지 밀도 덕분에 대량 운송에 적합합니다. 액체 수소는 주로 해상 운송이나 대륙 간 운송에 사용될 가능성이 높습니다. 그러나 극저온 유지의 비용이 크고, 증발 손실이 발생할 수 있습니다. 또 다른 방법은 암모니아(NH₃)**이용한 운송입니다. 암모니아는 수소를 저장할 수 있는 안정적인 화합물로, 액체 형태로 쉽게 운반할 수 있습니다. 운송 후 암모니아에서 수소를 추출하는 과정이 필요하지만, 암모니아는 기존의 석유화학 인프라를 활용할 수 있다는 장점이 있습니다.

수소 운송에서의 비용 절감 방안과 기술 발전

수소 운송에서 가장 큰 도전 과제는 비용 절감입니다. 파이프라인 구축, 액체 수소 저장 및 운송 과정에서 드는 비용을 낮추기 위한 다양한 기술이 연구되고 있습니다. 수소 액화 기술의 효율성을 높이기 위한 연구, 새로운 합금 소재를 통한 고압 탱크 경량화, 혼합 가스 운송을 통해 수소와 천연가스를 동시에 운송하는 방식 등이 검토되고 있습니다. 또한, 수소 충전 인프라도 중요한 과제입니다. 수소차, 수소 트럭과 같은 수소 연료전지 차량이 상용화되기 위해서는 효율적인 수소 충전소 네트워크가 필요하며, 이를 위한 기술 개발과 투자도 진행되고 있습니다.