(www.h2fc.or.kr) 미래에너지와에너지안보 ( 수소경제와연료전지 ) 2011. 6. 10. 한국과학기술연구원연료전지연구센타홍성안
학생들과의대화 과학기술에대한흥미유발눈높이강연쉽고재미있게학생들의참여
물로자동차를움직이는기술 매연 배출 1 2 3 석유 가솔린직류교류내연기관 제어기 감속모터기모터 구동 : 엔진대신전기모터 연료 : 수소가스 동력원 : 연료전지에서생성된전기 배기 : 수증기 ( 무공해 ) H 2 O + 열 H 2 + O 2 수증기 배출 1 2 3 물 수소 제어기 연료전지 공기 직류 교류 감속모터기모터 공기공급기
목차 강의순서 - 에너지란 - 에너지의종류 - 우리나라에너지현황 - 연료전지란 - 연료전지의종류 - 수소경제와연료전지 - 결론
에너지란무엇일까요? 우리생활에전기가없다면? 가정에도시가스공급이끊긴다면? 바람을에너지로이용한다면?
에너지란무엇일까요? 우리생활에전기가없다면?
에너지란무엇일까요? 가정에도시가스공급이끊긴다면?
에너지란무엇일까요? 바람을에너지로이용한다면?
에너지의종류 인류최초의에너지는불 ( 불에너지 ) 가축에너지자연에너지 ( 수차, 풍차 ) 증기기관 ( 석탄 ) 자동차, 비행기 ( 석유 ) 전기에너지
에너지의종류 인류최초의에너지는 불입니다. 가축에너지 불에너지
에너지의종류 자연에너지 ( 수차, 풍차 ) 증기기관 ( 석탄 )
에너지의종류 자동차, 비행기 ( 석유 ) 전기에너지
에너지란? 에너지원인나무, 석탄, 석유, 천연가스는탄소 (C) 와수소 (H) 로구성 C + O 2 2H 2 + O 2 CH 4 + 2O 2 C 3 H 8 + 5O 2 CO 2 + 열 2H 2 O + 열 CO 2 + 2H 2 O 3CO 2 +4H 2 O
전기는어떻게만들어지나? 화력발전수력발전풍력발전원자력발전미래에너지기술연료전지, 태양광발전
전기는어떻게만들어지나? 화석연료 화력발전 버너보일러터빈발전기 화학에너지열에너지기계적에너지전기에너지
전기는어떻게만들어지나? 수력발전 풍력발전
전기는어떻게만들어지나? 원자력발전
부족한에너지 석탄 : 231 년 석유 : 43 년
부족한에너지 천연가스 : 62 년 우라늄 : 72 년
부족한에너지 에너지문제 / 에너지위기
없어서는안될석유
우리나라의에너지문제 에너지다소비형산업구조 / 소비구조높은해외의존도 (97 %) 석유의존도 (77 %) 중동의존도 (77 %) 환경문제
우리나라의에너지문제 세계 10 위에너지소비국세계 5 위석유소비국수입액의 25.5 % 가에너지 (66.7조원 / 2006 년 )
화석연료이용과환경문제 대기오염산성비수질오염과토양오염지구온난화문제
화석연료이용과환경문제 대기오염 산성비
화석연료이용과환경문제 수질오염과토양오염 지구온난화문제
온도를따듯하게유지하는예 낮에유리로된온실이나비닐하우스에 들어가면바깥보다따뜻하다. 여름에자동차의문을닫고한참뒤에열 어보면온도가높이올라가있다.
온실효과
온실효과를일으키는주요기체 : 수증기, 이산화탄소, 메탄, 이산화질소, 프레온
에너지 issue 지구온난화 자원고갈 에너지수요의급증 고용량휴대용전원수요의증가
에너지역사 탄소 (c) zero 나무에너지시대석탄에너지시대석유에너지시대수소에너지시대 증기기관 내연기관 연료전지
화석연료의유한성 에너지문명 화석에너지시대 신. 재생에너지 석유 석탄, 중질유 천연가스 1000 1500 2000 2500 3000 YEAR
연료전지란 연료 공기 Fuel Cell 전기 열 물
연료전지원리 Anode Electrolyte Cathode Air Anode : H 2 2H + + 2e - Cathode : 1/2 O 2 + 2H + + 2e - H 2 O Total : H 2 + 1/2 O 2 H 2 O Fuel Gas Electricity Water Heat 단위전지 적층 서브스택스택연료전지발전소
연료전지원리 H 2 H 2 H 2 H 2 e - e- H 2 H 2 O 2 H + H + O 2 O 2 연료극공기극 (Anode) 전해질 (Cathode) (Electrolyte) H 2 O O 2 O 2 H 2 O H 2 O 수소이온, 즉 proton 이연료극에서만들어져전해질을통과해공기극에서산소와만나물을생성 (PEMFC) 연료극 : 2H 2 4H + + 4e - 공기극 : O 2 + 4H + + 4e - 2H 2 O 반응식 : 2H 2 + O 2 2H 2 O
연료전지원리 수소 산소 연료극 전해질 물배출 공기극
연료전지의장단점 기존화력발전의발전방식 화학에너지열에너지기계에너지전기에너지 연료전지의발전방식 화학에너지 전기에너지 고효율 무공해 무소음 다연료 모듈화용이 열병합가능
연료전지종류및응용분야 휴대용수백 W 이하 가정용 3 kw 수송용 75 kw 발전용 250 kw 이상 응용분야 대상연료전지 DMFC PEMFC SOFC MCFC SOFC 수소에너지 수소저장기술 ( 고압수소, 액체수소, CNT, 화학수소화물 ) 수소생산기술 ( 화석연료 / 신재생에너지 ) 수소인프라구축 ( 수소스테이션 )
수소경제사회의부상 가채량제한 환경오염 NIMBY 에너지안보 수소경제 수소에너지 : 가시권에있는인류에너지문제의유일한대안 ( 수소경제 ) 연료전지 : 수소에너지활용기술의핵심기술 10 대차세대성장동력
수소경제와연료전지 과도기 ( 현재 ) 열화학분해 원자력 고온전기분해 장기 화석연료 천연가스 석탄 석유 / 잔사유 수증기개질 열분해 가스화 물 전기분해 풍력 태양광 광분해 생물학적분해 대체에너지 발전소제철소 CO 2 수소 유기성폐기물 화학적수소저장 (CO 2 활용 ) 물리적수소저장 ( 합금, LH 2, CNT, 고압가스 ) 연료전지 발전용가정용수송용휴대용
한 미 일의개발의지 Hydrogen fuel cells represent one of the most encouraging, innovative technologies of our era. Join me in this important innovation to make our air significantly cleaner, and our country much less dependent on foreign sources of energy. 수소에너지개발에 $ 1.2 billion 투자 천명 ( 부시대통령국정연설, 03.1) 연료전지자동차와가정용연료전지 시스템을 3 년이내에실용화 ( 고이즈미총리국회연설, 02. 2) 명실공히수소시대로가고있다. 제임기동안적극적으로밀어드리겠다. 자랑스럽다. ( 노무현대통령연료전지시승후, 05.3)
국내기술현황 휴대용 발전용 (LG 화학 ) ( 삼성 SDI) 포스코파워 한전 Hydrogen Fuel Cell GS-Caltex 가스공사 SK 수소생산 수송용 ( 현대자동차 ) (GS FuelCell) (FCP) 건물용
친환경자동차구분 자동차는현재의내연기관차로부터수소또는전기를사용하는차량으로변화되어가고있음 에너지효율향상 & 대체연료확대 자동차 Trend : 가솔린차 디젤차 하이브리드차 플러그-인하이브리드차 수소연료전지차, 전기자동차 핵심부품 연료 자동차 엔진모터배터리연료전지 구성도 설 명 내연기관차 E - 엔진內연료의연소에의한 폭발력으로차량을구동 화석연료 ( 가솔린, 디젤, LPG 등 ) 하이브리드차 E B M - 엔진을주동력원으로사용하고, 배터리를보조동력원으로사용하여연비를향상시킴 플러그 - 인하이브리드차 E B M - 하이브리드차와기본구성은동일하나배터리용량을높여주동력원으로사용 - 배터리는외부전원으로충전 전기 전기차 B M - 대용량배터리를주동력원으로사용 - 배터리는외부전원으로충전 - 수소를연료로사용 수소 연료전지차 F B M - 연료전지를주동력원으로사용하고, 배터리등을보조동력원으로사용 E : 엔진, M : 모터, B : 배터리, F : 연료전지
수소연료전지차개발효과 주행비용 현재향후 (2015) CO 2 배출량 (g/km) 가솔린내연기관 190 원 / km 300 원 / km 140 ~ 240 연료전지 60 원 / km 25 원 / km 0 중형차 ( 현재 1,900 원 /l, 2015 년 3,000 원 / l,10km/l) 기준 수소가격 ( 현재 5,000 원 /kg, 2015 년 2,500 원 /kg, 세전 ) 기준
PEMFC Demonstration FCEV Driving Range Max. Speed Fuel Cell Power Battery Fuel 187 miles (300 km) 95 mph (152 kph) 107 hp (80 kw) LiPB 152V Hydrogen (350 Bar) Driving Range Max. Speed Fuel Cell Power 187 miles (300 km) 50 mph (80 kph) 267 hp (200 kw) Supercapacitor 9.7F Fuel Hydrogen (350 Bar)
R&D 성과물 수소스테이션 GS 칼텍스 ( 연세대 ) 한국가스공사 ( 인천 ) 수소스테이션준공 국내수소인프라구축의효시
11. 국내수소충전소운영현황 11 개운영중 2011 년 13 개운영, 2015 년 43 국내수소충전소구축현황 수도권 ( 운영 8) 충청도 ( 운영 1) 전라도 ( 운영 1) 출처 : 현대자동차내부자료 운영 (11 기 ) 2011 년예정 (2 기 ) 경상도 ( 운영 1, 예정 1) 제주도 ( 운영 1) # 도시 운영 연도 압력 ( 바 ) 1 용인 현대자동차 2005 350/700 2 서울 GS칼텍스 2006 350 3 인천 KOGAS 2007 350 4 대전 SK에너지 2007 350 5 서울 KIST 2008 350 6 화성 현대자동차 2008 350/700 7 울산 동덕가스 2009 350 8 여수 SPG화학 2009 350 9 서울 현대자동차 2009 350 10 서울현대자동차 2010 350 11 서울 서울시 2011 350 12 제주 현대자동차 2011 350 13 울산 동덕가스 2011 700
발전용연료전지개발현황 자체연구개발 ( 한국전력연구원 ) 25kW 시스템 100kW Stack 100kW 시스템 실증연구 ( 포스코 - 미국 FCE) 1호기 ( 포항 ): 포항산업과학연구원 2호기 ( 서울 ): 탄천하수처리장 3호기 ( 광주 ): 조선대학교 4호기 ( 분당 ): 남동발전
No. Location Capacity Date IR MCFC Power Plant Monitoring Project 1 RIST 250 kw 2005.4. 2 Tancheon 250 kw 2006.4. 3 Chosun U. Hospital 250 kw 2005. 11. Ilsan Incheon Commercial 1 KOSEF 250 kw 2006.11. 2 POSCON 300 kw 2008.3. 3 POSCO Power (Pohang) 2.4 MW 2008.8. 4 HS Holdings 2.4 MW 2008.10. 5 Natura Power 2.4 MW 2008.9. Nowon Sangam Tancheon Chucheon Bundang Boryung Chungbuk Bugok Pohang 6 KOMIPO 300 kw 2008.9. 7 Nowon 2.4 MW 2009.5. 8 Meiya 4.8 MW 2009.9. 9 GS EPS 2.4 MW 2009.9. 10 EWP 2.4 MW 2009.9. Jeongju Gunsan Yeosu Gwangju Busan 11 POSCO Power (Incheon) 2.4 MW 2009.10. Operation Construction To be constructed
RPG Monitoring Project
RPG Monitoring Project Natural Gas Pipeline Network
가정용 / 상업용연료전지개발현황 PEMFC system SOFC system Sanyo Matsushita Sulzer-Hexis IdaTech GS Fuel Cell
가정용 / 상업용연료전지개발현황 유형 : 고분자전해질연료전지 (PEMFC) 주관기관 : GS Fuel Cell, FuelCellPower 참여기관 : 에너지기술연구원, 한국전력연구원, 한국가스공사, 한국타이어, 대학등 GS Fuel Cell Fuel Cell Power
휴대용연료전지개발현황 마이크로개질기 + PEMFC MeOH 수소 마이크로개질기 PEMFC KIST 시작품 수소발생기 연료전지
휴대용연료전지의개발사례 DMFC LG Chemical Formic Acid FC KIST Butane- PEMFC Power Pack Samsung SDI DMFC Power Pack Samsung SDI
연료전지로봇 Stack BOP 롭해즈 (PEMFC) 휴보 (DMFC)
물로자동차를움직이는기술 매연 배출 1 2 3 석유 가솔린직류교류내연기관 제어기 감속모터기모터 구동 : 엔진대신전기모터 연료 : 수소가스 동력원 : 연료전지에서생성된전기 배기 : 수증기 ( 무공해 ) H 2 O + 열 H 2 + O 2 수증기 배출 1 2 3 물 수소 제어기 연료전지 공기 직류 교류 감속모터기모터 공기공급기
결언 수소 연료전지신산업창출
결언