연료전지자동차용수소 제조와저장 운반기술동향 본분석물은미래창조과학부과학기술진흥기금과 복권기금을지원받아작성되었습니다.
머리말
년 월 한국과학기술정보연구원 원장한선화
제 1 장서론 1 제 2 장연료전지자동차용수소의제조와저장. 운반기술개요 5
제 3 장기술동향분석 23
제 4 장국내외학술정보분석 50 제 5 장기술개발전략...58 제 장결론 참고문헌 68 표목차
그림목차
1 서 론 1. 수소에너지의중요성
2
3 2. 수소에너지의저장운반
4
5 연료전지자동차용수소의제조와저장. 운반기술 개요 1. 수소의의의
6
7
8 전해질연료운전온도 ( ) 발전효율 (%) 특징운영분야 고체알칼리고분자형형 (PEFC) (AFC) 고체고분 KOH 자수용액수소, 순수한천연가스개질수소, 메타놀개질빙점이하상온 ~100 ~150 40~60 약60 고출력밀불순물도, 에저온동작열화자동차, 휴대기기, 우주선가정용전원 인산형 (PAFC) H 3PO 4 수용액천연가스개질, 메타놀개질약200 약40~4 5 중소규모분산화전원 용융탄산염형 (MC FC) MCO 3 천연가스개질, 석탄가스화 650~70 0 약45~6 0 귀금속불요, 가스터빈병용가능대규모전력사업용 고체산화물형 (SOFC) 안정화질코니아천연가스개질, 석탄가스화약700 ~1000 약50~6 0 귀금속불요, 가스터빈병용가능대규모전력사업용
9
10
11 원료와방법 온도 ( ) 제조반응 점유율 (%) 메탄수증기개질 800~900 개질반응 48.0 오일 / 나프타개 : CnHm+nH 2 O=nCO+(n+m/2)H 2 800~900 질 shift 반응 : 30.0
12 CO+2nH 2 O=nCO 2 +(2n+m/2)H 2 CnHm+O 2 =n/2co+(n+m/2)h 2 석탄가스화 1 0 0 0 ~ CHxOy+(1-y)H 2 O=(x/2+1-y)H 2 +CO 1500 CO+H 2 O=CO 2 +H 2 18.0 물전기분해 - H 2 O=1/2O 2 +H 2 3.9 바이오매스 8 0 0 ~ 목질바이오매스열분해로 H 2,CO,CO 2 ( 폐목재등 ) 1200 CH 4 생성중에 H 2 회수 <0.1 바이오수소 실온 바이오매스발효에의한수소회수 <0.1
13
14 1. C 6 H 10 O 5 셀룰로오스만가열한결과 온도 가스량 (l) H 2 (%) CH 4 (%) CO(%) CO 2 (%) 450~525 12.7 0.00 9.02 36.1 54.9 525 12.3 0.00 20.6 36.3 43.2 2. C 6 H 10 O 5 에 6Ca(OH) 2 를첨가하여가열한결과 온도 ( ) 가스량 (l) H 2 (%) CH 4 (%) CO(%) CO 2 (%) 450~525 8.67 93.9 5.18 0.91 0.01 525 9.10 89.1 9.97 0.89 0.06 3. 수소저장재료
15
16 수소흡장합금 수소함분해압력생성열유 (wt%) ( 온도 ) (kcal/molh 2 ) MgH 2 7.6 1(290) -17.8 Mg 2 NiH 4.0 3.6 1(250) -15.4 MgCaH 3.72 5.5 5(350) -17.4 Mg 2 CuH 3 2.7 1(239) -17.4 La 2 Mg 17 H 17 2.4 5(30) - CaNi 5 H 4.0 1.2 0.4(30) -8.0 LaNi 5 H 6.7 1.4 4(50) -7.2 MmNi 5 H 6.3 1.4 34(50) -6.3 MmCo 5 H 3.0 0.7 3(50) -9.6 MmNi 4.5 Mn 0.5 H 6.6 1.5 4(50) -4.2 MmNi 4.5 Al 0.5 H 4.9 1.2 5(50) -5.5 LaNi 4.6 Al 0.4 H 5.5 1.3 2(80) -9.1 TiFeH 1.85 Mn 0.15 H 1.9 1.8 10(50) -5.5 TiFe 0.9 1.8 5(40) - TiCoH 1.4 1.3 1(130) -13.8 TiCo 0.5 Mn 0.5 H 1.7 1.6 1(90) -11.2 TiCo 0.75 Ni 0.75 H 1.5 1.4 1(150) -15.2 TiMn 1.5 H 2.47 1.8 7(20) -6.8 Ti 0.8 Zr 0.2 Mn 1.8 Mo 0.2 H 3.0 1.7 4(20) -7.0 Ti 0.9 Zr 0.1 Mn 1.4 V 0.2 Cr 0.4 H 3.2 2.1 9(20) -7.0 Ti 0.8 Zr 0.2 Cr 0.8 Mn 1.2 H 3.0 1.8 5(20) -6.9 TiCr 1.8 H 3.6 2.4 2(-78) - Ti 1.2 CrMnH 3.4 2.1 5(-10) -5.9 Ti 0.75 Al 0.25 H 1.5 3.4 1(-10) -11.3 Mm=Mish metal
17
18 특 성 Ti 1.1 CrMn Ti 유효수소량 /mass%(33mpa-0.1mpa, 296K) 1.8 2.2 수소흡장량 /mass%(33mpa-0.1mpa, 296K, 5min) 1.8 1.6 수소방출량 /mass%(33mpa-0.1mpa, 296K, 5min) 1.8 0.4 유효수소량 /mass%(9mpa-0.1mpa, 233K) 1.6 0 해리압 /MPa (296K) 11 0.3 생성열, kj/mol H 2-22 -34 유효수소량 / 초기유효수소량 /% (296K, 20싸이클 ) 100(96) * 82 * 1000 사이클에서는유효수소량이 96% 이다.
19
20 4. FCV 용수소저장및수송기술
21
22
23 기술동향분석 1. 국내외수소제조기술동향
24
25
26 산업 수소발생 생산량 ( 톤 ) % 정유 나프타,off gas, 부탄 635,683 54.0 석유화학 (NCC) 나프타,C5 Raffinate, 부탄, SM (Styrene Monomer) 241,970 20.0 기타석유화학 나프타 (naphtha) 182,665 15.0 화학 나프타, 소금물분해 66,250 5.6 기타 나프타,COG(Coke Oven Gas) 59,305 5.4 계 1,175,873 100
27
28
29 ( 년 ) 2014 2015 2020 2030 수소공급비용 ( 원 /Nm 3 ) 1200 900 600 400 OsST 300Nm 3 /h 100 40 ( 억원 ) 50 30 15 20 OsST 500Nm 3 /h - - 비용억원은더욱 ST중의수소제조장치비용 18 약 9 약5 300Nm 3 /h 억원 억원 억원 저하 ST중의수소제조장치비용약8 - - 500Nm 3 /h 억원 OfST 수소수송비용 ( 원 /Nm 3 ) 압축수소 200 150 100 액체수소 ( 액화비용제외 ) 60 30 60 Off side 수소공급비용 압축수소 200 15 액화수소 ( 액화비용제외 ) 60 60 Off side 수소공급비용 300 ( 원 /Nm 3 ) OsST=on side Station, OfST=Off side Station 30 100 30 200 300 -
30
31
32
33
34 수소발원료대상원첨가물처리공가열온생량 ( m3수소농방법직경료 ( 촉매 ) 정도 ( ) / kg세룰도 (%) (mm) 로오스 ) 0.36~ 고온법셀루로 50% 1 0 ~ Fe, Ag, 조분쇄 8 0 0 ~ 0.48 a t 7 0 스, 목질 15 Pt 등 + 가열 1200 a t 6 0 0 0 셀룰로오스, 조분쇄 50% 목질, 0.73 미분 Ca(OH) 2, + 가열 4 0 0 ~ 이상저온법하수오 a t 6 0 (< mm ) Ni(OH) 2 ( 비산소 500 a t 4 0 니, 퇴 0 분위기 ) 0 비, 계분등
35
36
37 수소원자간평균거리 ( nm ) 표준상태의기체 2.70 압축가스 (35MPa) 0.40 압축가스 (70MPa) 0.34 액체수소 0.28 수소저장재료 0.21 체적밀도 (g/l) 중량밀도 (%) 압축가스 (35MPa) 25 5 압축가스 (70MPa) 30 5 액체수소 60 5 수소저장재료 50 2
38 항목 US DOE Goal 2010 Gravimetric & Volume 6 kg H 2 /100kg 45 kg H 2 /m 3 (6 kgh 2 /133l) Hydrogen supply demand to FC system Flow Rate Supply Pressure appr.0.1 MPa Max :1300Nl/min, Refuel time within 10min Heat loop system less than 100 Operating cycle 11,250 times /15 years Long term parking (without operation) More than 1 month
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48 한국가정전기료 ; 140원 /kwh
49
50 국내외학술정보분석
51
52
53 2. 수소스테이션
54
55 3. 수소저장재료
56
57
58 기술개발전략 1. 수소제조
59
60 2. 수소저장및운반
61 3. 수소스테이션과탈수소촉매
62
63 결론 1. 수소제조와저장
64
65 2. 수소운반과수소스테이션
66
67 참고문헌
68
69
70
71 요약