연료 전지 차량으로

 

 

연료 전지 차량으로도 알려진 수소 자동차는 연료 전지 내의 수소와 산소 사이의 화학 반응에 의해 생성된 전기로 구동됩니다. 전통적인 가솔린 자동차와 달리, 수소 자동차는 배출 가스를 전혀 배출하지 않으며 온실가스 배출량을 줄이고 기후 변화를 방지하기 위한 가장 유망한 해결책 중 하나로 여겨집니다. 이에 대한 답변으로 수소차의 탄생 스토리, 발전 과정, 특성 등을 설명하겠습니다.

 

탄생 이야기

수소 연료 전지 차량의 개념은 웨일즈의 판사이자 물리학자인 윌리엄 그로브에 의해 1800년대 초에 처음 소개되었습니다. 하지만, 1960년대가 되어서야 NASA는 우주선에 사용할 연료 전지를 개발하기 시작했습니다. 1970년대 동안, 석유 위기는 자동차를 위한 수소 연료 전지를 포함한 대체 에너지 자원에 대한 연구를 촉진했습니다.

1990년대에, 도요타와 혼다는 연료 전지 차량을 개발하기 시작했고, 2002년에 세계 최초의 연료 전지 차량인 Toyota FCHV가 일본에 소개되었습니다. 그 이후로, 현대, 메르세데스-벤츠, 그리고 BMW를 포함한 몇몇 다른 자동차 제조업체들도 연료 전지 차량을 도입했습니다.

 

개발 과정

수소 자동차는 자동차의 바퀴를 구동하는 전기 모터에 동력을 공급하는 전기를 생산하기 위해 연료 전지 스택을 사용합니다. 연료 전지 스택은 양극, 음극 및 전해질 막을 포함하는 여러 개의 셀로 구성됩니다. 수소 가스는 양극으로 공급되고, 공기로부터 산소는 음극으로 공급됩니다. 수소 가스는 전해질 막을 통과하는 양성자와 전자로 분리됩니다. 전자는 자동차에 전력을 공급하는 전류를 생성하고, 양성자는 산소와 결합하여 수증기를 생성하며, 수증기는 자동차의 배기관에서 방출됩니다.

수소 자동차 개발의 가장 큰 어려움 중 하나는 수소의 생산과 저장이었습니다. 현재, 대부분의 수소는 증기 메탄 개질이라고 불리는 과정을 통해 천연가스로부터 생산됩니다. 하지만, 이 과정은 이산화탄소를 생산하는데, 이것은 수소를 연료로 사용하는 것의 환경적 이점을 상쇄합니다. 태양열과 풍력과 같은 재생 가능한 에너지원을 사용하여 물을 전기분해 하는 것과 같은 수소를 생산하는 다른 방법들이 있지만, 이러한 방법들은 여전히 비싸고 아직 널리 이용할 수 없습니다.

또 다른 도전은 수소의 저장이었습니다. 수소는 가연성이 높은 기체이고, 고압을 견딜 수 있는 특수 저장 탱크가 필요합니다. 이 탱크들은 부피가 크고 무거워서 자동차의 효율과 주행 거리를 줄일 수 있습니다.

 

장점

• 배출 제로: 수소 자동차의 가장 중요한 장점 중 하나는 배출가스가 전혀 발생하지 않는다는 것입니다. 수소 연료 전지 기술의 유일한 부산물은 수증기인데, 수증기는 그것들을 깨끗하고 환경친화적인 운송 수단으로 만듭니다.
• 조용하고 매끄러움: 전통적인 가솔린 자동차와 달리, 수소 자동차는 조용하고 운전하기 쉽습니다. 그들은 연소 엔진이 없고 전기 모터는 소리 없이 작동합니다.
• 장거리 주행 범위: 수소차는 전기차보다 주행거리가 더 깁니다. 그들은 전통적인 휘발유 자동차처럼 빠르고 쉽게 주유될 수 있고, 수소 한 탱크로 300-400마일까지 이동할 수 있습니다.
• 급유: 수소 자동차는 전기 자동차 배터리를 충전하는 것보다 훨씬 빠른 가솔린 자동차와 유사하게 단 몇 분 만에 주유할 수 있습니다.
• 높은 효율성: 연료 전지 자동차는 전통적인 가솔린 자동차보다 에너지 효율이 높습니다. 그들은 수소 에너지의 최대 60%를 자동차에 전력을 공급하기 위해 사용할 수 있는 전기로 변환하는 반면, 가솔린 자동차는 연료 에너지의 약 20%만 사용 가능한 전력으로 변환합니다.

 

단점

• 제한된 가용성: 현재 수소차는 널리 보급되지 않고 있으며, 이를 주유할 수 있는 인프라도 제한적입니다. 미국에는 수십 개의 수소 주유소만 있으며 주로 캘리포니아에 있습니다.
• 고가: 수소 자동차는 생산량이 증가함에 따라 비용이 감소할 것으로 예상되지만, 전통적인 휘발유 자동차보다 더 비쌉니다. 높은 비용은 연료 전지 제조에 사용되는 비싼 재료와 제한된 생산량 때문입니다.
• 스토리지 당면 과제: 수소는 높은 압력을 견딜 수 있는 특수 저장 탱크가 있어야 하는 가연성이 높은 가스입니다. 이 탱크들은 부피가 크고 무거워서 자동차의 효율과 주행 거리를 줄일 수 있습니다.
• 생산 과제: 수소를 생산하는 것은 현재 에너지 집약적인 과정이며, 대부분의 수소는 증기 메탄 개질이라는 과정을 통해 천연가스에서 생산됩니다. 이 과정은 수소를 연료로 사용하는 환경적 이점을 상쇄하는 이산화탄소를 생산합니다.

 

미래에 개선되어야 할 사항

• 제작: 수소 연료 산업이 직면한 가장 큰 문제 중 하나는 생산 비용입니다. 태양열과 풍력과 같은 재생 가능한 에너지원을 사용하여 물을 전기분해 하는 것과 같이 수소를 생산하는 더 효율적인 방법을 찾기 위한 연구가 진행 중입니다.
• 인프라: 수소 자동차에 연료를 보급하기 위한 인프라는 여전히 매우 제한적이며, 특히 캘리포니아 이외의 지역에서는 더욱 그렇습니다. 수소 자동차를 다른 지역의 사람들을 위한 실행 가능한 옵션으로 만들기 위해 더 많은 주유소가 건설될 필요가 있습니다.
• 저장소: 수소의 저장은 여전히 중요한 과제입니다. 연구원들은 수소 자동차를 더 효율적으로 만들고 주행 거리를 늘릴 수 있는 고체 수소 저장과 같은 더 효율적인 저장 방법을 개발하기 위해 노력하고 있습니다.
• 비용: 수소 연료 전지 기술의 비용을 절감하여 더 광범위한 소비자들이 더 저렴하고 쉽게 사용할 수 있도록 해야 합니다. 생산량이 증가함에 따라 규모의 경제는 비용을 절감하는 데 도움이 될 수 있습니다.
• 대중 인식: 마지막으로, 수소 연료 전지 기술에 대한 대중의 인식을 높일 필요가 있습니다. 많은 소비자가 수소차의 이점을 모르고 있고, 채택률을 높이기 위해서는 더 많은 교육이 필요합니다.

 

결론적으로 수소 자동차는 온실가스 배출량을 줄이고 기후 변화를 방지하기 위한 유망한 해결책입니다. 생산 및 저장과 관련된 어려움에도 불구하고, 여러 자동차 제조업체가 연료 전지 차량을 도입했으며, 수소를 생산하고 저장하는 대체 방법에 대한 연구가 진행 중입니다. 기술이 향상되고 생산 비용이 감소함에 따라, 수소 자동차는 운송의 주류가 될 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.