수소에너지의 도약- 수소 저장 기술

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수소 저장 기술

수소는 고체 저장, 액체 저장, 기체 저장으로 나눌 수 있으며, 수소의 저장은 운송 방법과 매우 밀접한 관련이 있습니다. 즉, 기체 저장일 경우 기체 운송, 액체 저장일 경우에는 액체 운송으로 연계되는 것입니다.

 

 

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기체 저장

현재 가장 보편적으로 수소를 저장하는 기술은 바로 기체 상태로 저장하는 것입니다. 하지만 기체로 저장하기 위해서 부피당 에너지 밀도가 낮은 수소의 특성으로 인해서 고온 고압 하에 안전하게 저장하는 것이 핵심입니다. 그렇기 때문에 고온 고압의 상태를 견딜 수 있는 용기 개발이 필수적입니다. 우선 금속 재료 용기가 있는데 강철, 알루미늄과 같은 금속만으로 제작하며, 금속 용기 외측에 우리 섬유 복합재를 사용하는 경우도 있으며 금속 재료의 강도에 따라 사용 가능한 압력이 정해집니다. 또한 알루미늄 라이너나 비금속 재질 라이너에 탄소섬유 복합제 보강한 형태가 있는데 해당 용기는 매우 높은 압력을 견딜 수 있기 때문에 수소 전지 자동차에도 사용되고 있습니다. 수소 버스 등 국가적으로 수소 전기차 보급을 확대하고 있기 때문에 버스나 트럭용의 대용량 수소 저장 용기의 개발이 필요합니다.

 

가스-실린더

 

액체 저장

수소는 대기압에서 -253℃에서 액화되는데 이렇게 액체 상태로 수소를 저장하면 기체 상태의 수소와 비교를 했을 때 부피를 약 1/800 가량 줄일 수 있고 기체 압축 방식에 비해 4~5배 이상 저장 효율이 높아 대용량 저장에 유리하며 또한 대기압에서 저장이 가능하기 때문에 고압의 폭발 위험성이 있는 기체 저장 방식보다는 안전성 부분에 있어서 장점을 가지고 있지만 장기간 보관이 어려우며 수소를 액화시키기 위해 -253℃라는 낮은 온도 상태로 만들기 위한 많은 에너지가 필요하다는 단점이 있습니다. 하지만 국내에서는 대용량 수소 액화 플랜트가 없기 때문에 이러한 인프라를 확보하는 것이 필요할 것입니다. 미국의 경우에는 액체수소 충전소 공급비율은 87%로 액체수소기반으로 발전하고 있습니다. 사실 미국의 경우, 1950년대부터 이미 수소 액화 기술을 꾸준히 개발하였으며 1960년대 우주개발 프로그램으로 급격히 성장하여 이러한 배경으로 현재 대용량 저장 인프라를 충분히 갖추고 있습니다.

 

수소

 

고체 저장

수소를 고체 상태로 저장하는 방식은 낮은 압력에서 수소를 고체 물질 내부에 저장하거나 표면에 저장하는 방식이며 수소를 필요로 할 때 저장된 수소를 재방출하는 기술입니다. 다른 저장 기술에 비해 높은 밀도로 수소를 저장하기 때문에 공간 활용성, 낮은 가격 등의 장점을 가지고 있습니다. 수소를 저장할 수 있는 고체 물질은 수소 저장 합금, 금속 수소화물 등이 있으며 안정성, 경제성, 품질 측면에서 수소 저장 합금이 가장 유망한 물질로 평가받고 있습니다. 하지만 중량당 에너지 저장 밀도가 낮아 무겁기 때문에 모빌리티 용으로는 적합하지 않아 현재까지 기술 개발 투자가 크지 않았습니다.