슈퍼 연료?

게시됨 2020년 12월 24일 오후 5:13 G. Allen Brooks 작성

(원본 기사는 2020년 9월/10월 판에 게재되었습니다.)

파란색, 녹색, 갈색, 회색 등 원하는 색상을 선택하세요. 이는 수소가 생산되는 방식에 따라 다양한 형태의 수소에 할당되는 색상입니다. 수소는 갑자기 재생에너지의 슈퍼맨이 되었습니다. 메트로폴리스를 구하기보다는 화석 연료 연소로 인한 과도한 탄소 배출로 인해 발생하는 파괴적인 미래로부터 세상을 구하는 것이 필요합니다.

지구 온난화에서 기후 변화, 기후 위기로 전환함에 따라 청정 에너지원을 찾는 필요성이 더욱 시급해졌습니다. 한때는 석탄에 비해 CO2 배출량이 절반에 불과한 천연가스가 그 연료원이었습니다. 백만 Btus당 8~12달러의 고가 천연가스는 더 비싼 풍력 및 태양광 발전과의 격차를 좁혔습니다.

셰일 혁명으로 인해 가스 가격이 2달러/mmBtu 아래로 떨어지면서 그 격차는 더욱 벌어졌습니다. 그런 다음 환경론자들은 청정 연료 구세주로서 천연가스에서 수소로 충성을 바꿨습니다. 수소 시대가 본격적으로 시작되기 위해서는 연료가 여러 가지 기술적, 비용적 장애물을 극복해야 합니다.

속성

수소(기호 H와 원자 번호 1의 화학 원소)는 우주에서 가장 가벼운 원소로, 공기보다 14배 가벼워서 풍선에 유용합니다. 또한 우주 질량의 75%를 차지하는 가장 풍부한 원소이기도 합니다. "수소"는 "물"을 의미하는 그리스어 "hydro"와 "창조자"를 의미하는 "genes"에서 유래합니다. 즉, 수소가 연소된 후 남는 "물에서 태어난"을 의미합니다.

핵에 양성자가 하나만 있는 수소는 가장 작은 화학 원소입니다. 중성자가 없어도 존재할 수 있습니다. 수소의 작은 크기와 낮은 밀도로 인해 운송 및 저장 문제가 발생합니다. 상대적으로 높은 결합 강도를 감안할 때, 수소를 순수한 형태로 분리하려면 많은 양의 에너지(예: 전기분해)가 필요하므로 비용이 추가됩니다.

수소는 1766년 위대한 실험과학자 헨리 캐번디시(Henry Cavendish)에 의해 처음으로 확인되었습니다. 그는 전기 스파크의 도움으로 수소와 산소로부터 물을 생성했습니다. 수소와 산소를 전기 에너지로 변환하는 최초의 연료 전지는 1838년 William Grove 경이 아연과 백금 전극을 사용하여 개발했습니다. 석유시대가 도래하기 20년이나 앞서 있었지만 발견은 시들해졌다. 최초의 상업용 연료전지는 거의 한 세기(1932년) 동안 개발되지 않았습니다.

상용화

상업적으로 수소는 발견된 지 약 25년 후인 1792년에 '도시가스'로 알려진 석탄가스 생산에 처음 사용되었습니다. 19세기와 20세기 초 가스등 시대 가로등에 전력을 공급했던 도시가스 사용량의 거의 절반을 수소가 차지했다.

아마도 가장 놀라운 수소 예측은 Jules Verne의 1875년 모험 소설 The Mysterious Island에서 언급된 것입니다. 여기서 그는 "언젠가는 물이 연료로 사용될 것이며, 이를 구성하는 수소와 산소는 단독으로 또는 함께 사용되어 수소를 공급할 것입니다. 석탄이 낼 수 없는 강도의 빛과 열의 무한한 원천이다."

Verne은 여러 면에서 선구자였습니다. 이 책은 미국 남북 전쟁 중에 5명의 전쟁 포로가 탈출을 위해 수소로 채워진 관측 기구를 납치하는 것으로 시작됩니다. 수소는 앞으로 수십 년 동안 제플린 비행선을 들어올리고 대서양 횡단 여행과 군사 전술에 혁명을 일으키는 부력 요소가 될 것입니다.

제플린 여행의 시대는 1939년 뉴저지주 레이크허스트에서 발생한 끔찍한 폭발과 화재로 승객 35명이 사망하고 수소의 안전성에 대한 의문이 제기된 참혹한 힌덴부르크 사고로 끝났습니다. 모든 화석 연료와 마찬가지로 수소는 가연성이 높지만 휘발유보다 거의 3배의 농도가 필요합니다. 즉, 휘발유는 수소보다 3배 더 가연성이 높습니다.