대체연료에 대해서 (인하공전 기계과 열유체실험)

본문내용

달라진다. 첫번째는 차량에 수소저장용 탱크를 탑재하여 직접 수소를 공급하는 방식과 두번째는 연료변환기를 차량에 탑재하고 가솔린이나 메탄올 등 탄화수소 연료에서 수소를 추출하여 공급하는 방식이 있다. 현재 이 두가지 경우에서 연료전지 자동차의 개발이 진행 중이며 앞으로의 기술적 추이와 경제성에 따라 적절한 방식이 결정될 것이다. 현재의 상황으로 봐서 연료공급의 기반시설 마련을 위한 투자정도와 신소재 개발에 의한 수소저장탱크의 고성능화, 연료변환장치기술의 향상 등이 주요한 이슈가 되고 있다.
2. 연료공급 기반시설
-. 연료공급을 위한 기반시설에 있어서 수소저장방식의 경우는 수소공급을 위한 간접시설이 부족하여 연료변환 방식에 비해 불리한 것으로 나타났다. 캘리포니아, 뉴욕, 메사추세츠에 있는 휘발유 주유소의 30%를 개조하는데 수소를 공급하기 위해서는 14억 달러, 메탄올을 공급하기 위해서는 4억 달러, 고청정 휘발유를 공급하기 위해서는 2억 달러의 비용이 소요되는 것으로 한 연구조사는 밝히고 있다. 또 수소는 메탄올이나 휘발유와 비교할 때 가격이 제일 비싼 연료라는 것을 감안한다면 단기적으로는 연료변환 방식으로 갈 가능성이 크며 업계에서도 이 방식에 더 비중을 두고 있다. 하지만 유해배기가스 측면에서는 수소저장 방식의 경우 유해한 배기가스가 전혀 없는 반면 연료변환 방식에서는 가솔린이나 메탄올을 변환할 때 비록 소량이긴 하지만 Carbon Monoxide(CO), Hydrocarbon(HC), Nox등 유해한 배기가스가 발생한다.
3. 수소저장합금의 개발
-. 수소저장 방식의 경우 상업화를 위한 문제점은 상온에서 기체상태인 수소를 액화 시키는데 드는 많은 양의 에너지 소모와 수소저장합금의 특성향상에 의한 수소탱크의 고성능화다. 수소를 저장하는 방법에는 압축기체 저장법, 액체수소 저장법, 수소저장 합금 이용법등이 있는데 압축기체 저장법은 일반적으로 쓰이는 방법이지만 저장밀도가 낮아 챠량용으로는 적합하지 않다. 액체수소 저장법은 수소를 액화점인 -235도 이하로 낮추어 액화시켜 저장하는 방법이며 이때 많은 에너지가 소모되고 저장시에 기화하기 않게 단열성이 큰 극저온 용기를 사용해야 한다. 수소저장 합금이용법은 수소저장 합금과 수소와의 가역반응을 이용하는 것이다. 온도를 낮추거나 수소압력을 높이면 수소저장 합금에 수소가 흡수되고, 반대의 경우에는 수소를 방출하게 되는 반응을 이용하는 것으로 수소저장 밀도가 높고 안전한 것으로 알려져 있다. 수소저장 합금 이용을 위한 수소저장 용기를 제작할 경우 수소저장용량 및 수소화 반응속도 등의 우수한 특성을 나타내는 수소저장 합금을 개발하는 것이 중요하므로 소재개발을 위한 연구가 진행중이다.
4. 연료전지 자동차용으로 주목 받는 메탄올
-. 연료변환 방식에 있어서도 연료의 선택과 관련하여 몇 가지 가능성이 존재하는데 가솔린을 이용할 경우 기존의 기반시설을 그대로 이용할 수 있는 이점이 있고 메탄올을 연료로 이용할 경우 수소 변환시 이산화탄소가 기존 내연기관의 1/2로 가솔린보다 적은 이점이 있다. 그 외에도 고청정 가솔린을 이용하여 배기가스를 줄이는 방안도 나와 있다. 현 연료자동차 개발업체 들이 발표한 차량과 계획을 보면 주로 메탄올 변환방식을 채택하고 있어 배기가스가 적고 쉽게 공급이 가능한 메탄올에서 수소를 추출하는 방법에 더 큰 실현 가능성을 두고 있다. 하지만 가솔린에서 수소를 추출하는 변환장치의 개선을 통하여 유해배기물을 줄이는 방법도 계속 연구하고 있으며 정유회사와의 기술제휴 등을 통하여 효율적인 연료변환장치를 개발하고 있다.
5. 연료전지 자동차 상업화의 대안-하이브리드
-. 현재의 연료전지 실용화를 위한 또 하나의 과도기적 방안은 부족한 연료전지의 파워를 보충하고 저장하는 보조 배터리를 장착한 하이브리드 자동차이다. 연료전지-배터리의 하이브리드 자동차는 연료전지에서 얻고 남은 동력을 보조 배터리에 저장했다가 출발시나 가속시 순간적인 하이파워가 필요할 때 보조 배터리에 저장된 동력을 이용하는 방식이다. Ford사의 경우 순수 연료전지 시스템과 배터리와의 혼용 시스템 두 가지에 초점을 맞추어 연구 중인데 두 시스템 모두 패키징이 가장 중요한 문제로 나타났다. 배터리 혼용 시스템의 경우 배터리의 냉각 및 전환기 설치 등이 요구되어 디자인상 순수연료전지 시스템에 비해 훨씬 복잡하며 중량도 더 나가기 때문에 효율을 떨어 뜨린다는 단점과 배터리를 사용하므로 충전이 필요하며 충전시 시간이 소요되는 단점이 있다. 이러한 하이브리드 자동차도 개발은 되어 있는 상태지만 앞으로 연료전지 자동차의 상업화가 이 방식을 택할 것인지는 의문이다 여러 가지 기술적인 문제에도 불구하고 연료전지 자동차 상업화에 있어 가장 중요한 것은 생산비용을 낮추는 것이다. 올해 Daimler-Chrysler가 발표한 NECAR4의 시스템 제조비용은 약 35000$로 아직도 내연기관 엔진의 10배 이상 높은 가격이다. 현재의 내연기관 수준까지 생산비용을 낮추느냐가 가장 중요한 시장선점의 관건이라고 보이며, 효율은 높이고 값싼 소재와 개선된 공정들을 개발 함으로서 내연기관 엔진 생산비용 수준까지 연료전지 엔진 생산비용을 낮출 수 있을 것이 연료전지 자동차의 계발의 목표일것이다.
○ 결론
■ 지금까지 많은 대체연료가 실용화가 되었거나 실용화를 앞두고 있다. 하지만, 실용화가 된 대체연료조차도 비싼 유지비가 문제가 되고 있으며, 실용화를 앞두고있는 각종 대체연료도 가격대 성능비라는 곳에서 많은 부분 지금 쓰고 있는 화석연료에 밀리고 있다. 하지만, 지금과 같은 고유가 시대가 유지될꺼라는 전망이 있는 현실에서는 국가 정책적으로 대체연료의 계발과 실용화를 앞두고 있는각종 대체연료에 대한 지원을 통해 실용화를 앞당겨 현재쓰고 있는 화석연료는 고효율 발전시설의 연료로 이용과 대체연료의 확산으로 에너지에 대한 넓은 활용이 있어야 겠다. 많은 자료를 통해 매장되어있는 화석연료의 사용을 줄이고, 지금은 비싼 유지비로 빠른 화석연료의 대체는 힘들겠지만, 점진적인 정책이 있다면, 대체연료를 이용한 차량이나 집의 발전시설, 각종 기계와 기구들을 더 많이 볼수 있을것이다.

키워드

대체연료,   인하공전,   기계과