< 표 2-1> 수소제조원 원료원 세계생산비율. % 천연가스 48 기름 30 석탄 18 전기분해 4
< 표 2-2> 개질기술에따른수소대이산화탄소생산비율 (1) CO 2 /H 2 개질기술 0.25 수증기메탄개질법 0.31 수증기펜탄개질법 0.33 메탄부분산화법 0.59 중유부분산화법 1.0 석탄부분산화법
< 표 2-3> 천연가스이용주요수소제조기술 원료원기술수준기술의종류 천연가스 재래방식 첨단방식 스팀개질비촉매부분산화자열개질 CO 2 개질직접분해촉매부분산화플라스마촉매개질흡착부과반응
< 표 2-4> ICI 수증기개질촉매의물성 (10) Catalyst ICI 25-4 ICI 57-4 length(mm) 19.3 19.3 OD(mm) 14 14 holes(mm) 4x4 4x4 charged density(g/cc) composition 0.9 0.85 nickel oxide dispersed on a calcium aluminate ceramic support promoted with alkali nickel oxide dispersed on a calcium aluminate ceramic support
< 그림 2-1> 천연가스의부분산화반응네트워크 ( 백금스펀지촉매및온도 700 800 ) (11)
< 그림 2-2> Ni/Al 2 O 3 촉매상에서 CH 4 /H 2 의합성가스반응 메커니즘 (12)
< 표 2-5> 천연가스개질에의한수소제조방법의비교 (1) 수소제조방법 CH 4 및첨가물 반응온도 ( ) 수율 (%) 발생가스특징비고 스팀개질법 CH 4/H 2O 800 900 75 수소, CO 2, CO 공정이복잡함 가장많이상용중임 부분산화법 CH 4/O 2 ( 공기 ) 1,100 1,200 - CO, CO2, soot, H 2O, NOx 공해발생 에너지효율높음 플라스마개질법 CH 4, 디젤, 메탄올 /O 2( 공기 ) 2,000 95 수소 /CO 소형화, 이동형액체원료가능 신기술
< 표 2-6> 암 혐기발효와광합성발효생성물의물질수지 (5) Dark Fermentation C 6 H 12 O 6 + 2H 2 O 4H 2 + 2CO 2 + 2CH 3 COOH C 6 H 12 O 6 + H 2 O 2CH 3 CHOHCOOH C 6H 12O 6 + H 2O 2CO 2 + 2H 2 + CH 3(CH 2) 2COOH Photosynthetic Fermentation CH 3 COOH + 2H 2 O 2CO 2 + 4H 2 CH 3 CHOHCOOH + 3H 2 O 3CO 2 + 6H 2 CH 3(CH 2) 2COOH + 4H 2O 4CO 2 + 7H 2
구분 < 표 2-7> 열화학사이클에사용된비금속원소 (16) 단계 2 3 4 5 6 7 8 계 As 1 8 9 Br 3 10 6 4 23 C 7 17 13 5 1 43 Cl 2 13 25 13 3 1 1 58 I 1 16 10 4 7 38 N 1 6 4 3 2 16 P 1 1 2 S 11 13 24 43 14 3 108 Se 1 10 2 1 14 Te 6 6 계 15 60 91 107 37 4 2 316
< 그림 2-3> 고온가스로이용수소생산개념도 (19)
< 그림 2-4> 요드 - 황 (IS) 사이클개념도 (19)
< 그림 3-1> USDOE 수소연구개발비변경추이 (3)
< 그림 3-2> EIHP2 프로젝트협력업체 (8,25)
< 표 3-1> 유럽국가참여수소개발프로그램 (8.18) Hydrogen 개발 Program DOE Hydrogen E. Program WE-NET Euro-Quebec IEA-Hydrogen Program Annex-1-15 Norway-Germany HY_SOLAR Space-station German Hydrogen Project 관련국가미국, 일부유럽국가참여일본, 유럽국가캐나다, 유럽연합미국, 일본, 캐나다, 독일, 유럽연합노르웨이, 독일독일, 사우디아라비아다국적프로그램독일
< 그림 3-3> 토호가스 ( 주 ) 설치수소제조장치 ( 수소스테이션 ) (17)
< 그림 3-4> 천연가스제조, 저장, 충전의흐름도 (17) ( 원료) 천연가스 물 수소의개질 수소가주성분인가스 정제 고순도수소 (99. 999%) 저장 분리가스 ( 가열연료로서이용 ) ( 설치한범위 ) ( 충전방식 ) ( 충전소 ) 수소흡장흡착방식 ( 흡장합금, 등 ) 수소 압축수소방식 액화수소방식 등
< 그림 3-5> 수소제조 USPA-IPC main-group 기술별건수 건수 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 C01B-003 154 28 20 18 16 14 8 8 7 5 5 3 3 3 C25B-001 B01J-023 B01J-008 H01M-008 C25B-009 C01B-031 C25B-015 IPC C10J-003 B01J-027 B01J-007 C25B-011 H01M-004 B09B-003
< 그림 3-6> 수소제조 USPA-IPC main-group 기술별, 연도별건수 2004년 2003년 2002년 2001년 2000년 1990년 40 35 30 25 20 15 10 5 0 1991년 1992년 1993년 1994년 1995년 C01B-003 C25B-001 B01J-023 B01J-008 H01M -008 C25B-009 C01B-031 C25B-015 C10J-003 1999 년 1998 년 1997 년 1996 년
< 그림 3-7> 수소제조 USPA-IPC subgroup 기술별, 연도별건수 9 8 7 6 건수 5 4 3 2 1 0 1990년 1992년 1994년 1996년 연도 C25B-001/04 B01J-008/00 C01B-003/16 C01B-003/04 H01M-008/06 C25B-009/00 C25B-001/02 C01B-003/24 C01B-003/08 C01B-003/26 1998년 2000년 2002년 C01B-003/02 2004년 IPC 1990년 1991년 1992년 1993년 1994년 1995년 1996년 1997년 1998년 1999년 2000년 2001년 2002 년 2003년 2004년 C01B-003/02 0 2 1 0 2 3 3 0 2 3 6 5 9 7 0 C01B-003/26 1 1 1 0 2 2 0 0 2 3 5 8 6 3 2 C01B-003/08 0 0 0 1 0 4 0 0 0 1 7 3 5 7 0 C01B-003/24 0 1 0 0 1 2 1 0 0 4 1 7 1 6 0 C25B-001/02 1 0 0 1 0 2 1 2 2 0 2 1 1 3 0 C25B-009/00 1 1 1 0 0 1 1 3 0 0 0 4 0 0 0 H01M-008/06 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 5 5 1 0 C01B-003/04 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0 1 2 5 1 0 C01B-003/16 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 4 1 3 0
< 그림 3-8> 수소제조 EUPA IPC main-group 기술별점유율 (%) 기타, 22% C01B-003, 40% C25B-015, 1% B01J-027, 1% B01J-035, 1% B01J-007, 1% C10J-003, 2% C01B-031, 2% C25B-009, 2% B01J-019, 3% B01D-053, 3% B01J-008, 4% C25B-001, 5% B01J-023, 5% H01M-008, 8%
< 그림 3-9> 수소제조 EUPA-IPC subgroup 기술별점유율 (%) C01B-003/58, 3% C01B-003/34, 3% B01J-008/04, 3% C01B-003/26, 4% C01B-003/08, 5% C01B-003/56, 5% C01B-003/38, 16% H01M -008/06, 14% C01B-003/00, 5% C01B-003/04, 6% C01B-003/50, 6% C01B-003/02, 7% C01B-003/48, 7% C01B-003/06, 8% C01B-003/32, 8%
< 그림 3-10> 수소제조 JEPA 연도별일본특허건수 180 160 156 건수 140 120 100 80 60 40 20 19 27 20 32 28 25 33 43 54 66 97 118 17 0 1990 년 1991 년 1992 년 1993 년 1994 년 1995 년 1996 년 1997 년 연도 1998 년 1999 년 2000 년 2001 년 2002 년 2003 년
< 그림 3-11> 수소제조 JEPA IPC main-group 기술별, 연도별건수 200 180 160 140 건수 120 100 80 60 40 20 0 1990년 1991년 1992년 19 93 년 19 94 년 19 95 년 19 96 년 연도 19 97 년 19 98 년 19 99 년 20 00 년 20 01 년 20 02 년 20 03 년 B01J-037 C25B-011 B01J-021 C10J-003 B01J-020 B01J-035 C25B-009 C01B-031 B01D-071 B01D-053 C25B-001 B01J-023 H01M-008 C01B-003 IP C 1990 년 1991 년 1992 년 1993 년 1994 년 1995 년 C01B-003 24 30 19 40 26 15 24 39 48 64 103 159 201 14 H01M -008 0 2 0 4 4 0 5 4 8 24 62 75 102 16 B01J-023 5 10 9 4 11 12 29 13 29 22 54 25 14 3 C25B-001 3 2 5 0 2 11 9 10 15 4 6 7 13 2 B01D-053 6 2 0 4 4 2 6 4 3 9 11 13 22 1 B01D-071 0 6 3 5 2 2 1 2 5 7 5 4 11 1 C01B-031 1 3 2 3 2 1 1 3 2 7 2 5 6 0 C25B 009 3 0 3 1 0 9 5 2 4 1 2 5 7 0 1996 년 1997 년 1998 년 1999 년 2000 년 2001 년 2002 년 2003 년
< 그림 3-12> 수소제조 JEPA IPC subgroup 기술별, 연도별건수 70 70 60 건수 50 40 30 33 48 20 21 10 0 1990 년 0 1 3 0 2 3 3 5 0 1991 년 1992 년 1993 년 1994 년 1995 년 1996년 1997년 연도 1998 년 1999년 2000년 2001년 2002년 2003년 10 C01B-003/26 C01B-003/06 C01B-003/48 C01B-003/40 B01D-053/22 C01B-003/02 B01D-071/02 H01M-008/04 C01B-003/00 C01B-003/04 C01B-003/56 C01B-003/32 C01B-003/38 H01M-008/06 IP C
< 표 3-2> 공정별수소사용량 (21) Nm 3 /hr 천톤 / 년 중질유분해 91,100 63.2 중질유탈황 123,400 86.3 경질유탈황 35,300 24.5 Cyclohexane 21,000 14.6 p-xylene 7,800 5.4 Totoray 9,400 6.5 Reformate upgrading 10,000 6.9 합계 299,000 207.3 < 표 3-3> 울산 H 2 생산업체및생산량 (21) 업체명 생산량 ( 톤 / 년 ) 삼성 BP 19,100 삼성정밀 700 태광산업 8,300 효성 4,900 SK 201,200 합계 234,100
< 표 3-4> 수소제조기술분야 (1) 기술개발분야 연구내용 자연에너지이용물분해수소제조기술화석연료이용수소제조기술 광촉매활용수소제조열화학적수소제조생물학적기술에의한수소생산화석연료이용수소제조기술 금속산화물 / 황화물광촉매가시광감응수소제조 가시광광촉매개발 광전기화학셀형수소제조 광전자촉매시스템수소제조 금속산화물이용열화학적수소제조기술 신기술을도입한고온열이용열화학공정 시스템운용기술및고효율화방안도출 스케일업 (PDU급) 설계데이터구축 광합성수소생산관련미생물관련기술 균체고정화 / 고농도배양 / 혐기배양 / 광합성배양 / 연속배양등배양기술 광합성배양시설설계및최적화 / 통합화 / 시설대형화연구 유전자, 광기구개량에의한수소생성율증진연구 관련폐기물발생및성상연구 고성능 CO 2 흡착제개발 흡착반응공정실험 촉매개발 PDU 실험 / 공정최적화 / 스케일업설계기술
< 표 3-5> 국내생물학적수소생산연구현황 (5) 연구기관한국에너지기술연구원, 한국과학기술연구원, 서울대학교, 서강대학교 내용 태양광이용생물학적물분해수소생산기술 연구기간 2000-2 005 지원기관과학기술부 ( 국책연구개발사업 ) 한국에너지기술연구소, Hawaii Natural Energy Inst. 바이오매스로부터생물학적및초임계수가스화기술에의한수소생산 1997-2 000 산업자원부 ( 대체에너지개발사업 ) 이화여자대학교 생물학적수소생산기초기술 1993-1 995 산업자원부 ( 대체에너지개발사업 ) 한국에너지기술연구소 기초연구 1987-1 988 자체개발 한국과학기술연구원 기초연구 1988 자체개발 연세대학교기초연구 1987 자체개발
< 그림 3-13> 수소제조연도별한국특허건수 특허건수 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 1990 년 1 2 1991 년 1 1 1992 년 1993 년 1994 년 1995 년 2 8 1996 년 3 2 1997 년 연도 4 6 1998 년 1999 년 2000 년 2001 년 2002 년 4 3 8 2003 년 5 2004 년 1 < 그림 3-14> 수소제조 KUPA IPC main-group 기술별, 연도별건수 5 4 건수 3 2 1 0 1 9 9 0 년 1 9 9 2 년 1 9 9 4 년 1 9 9 6 년 연도 C12P -001 B01J-023 B01J-027 C25B-001 1 9 9 8 년 2 0 0 0 년 2 0 0 2 년 2 0 0 4 년 C01B-003 IP C 기술