수소차

Hydrogen vehicle
수소 연료 로켓에는 델타 IV 헤비가 포함됩니다.

수소 자동차는 수소를 사용하여 이동하는 자동차입니다. 수소 차량에는 일부 도로 차량, 철도 차량, 우주 로켓, 지게차, 선박 및 항공기가 포함됩니다. 동력은 수소의 화학적 에너지를 기계적 에너지로 변환시켜 전기 모터를 구동하기 위해 연료 전지의 수소와 산소를 반응시키거나, 덜 일반적으로 수소 내연에 의해 생성됩니다.[1]

수소는 많은 로켓에 연료를 공급하고 메탄과 같은 다른 연료보다 더 깨끗하게 연소되지만 더 큰 탱크가 필요합니다. 수소 항공기는 빠르면 2030년대 이전에 많은 승객을 태울 것으로 예상됩니다.[2][3]

2019년 기준 수소의 98%는 이산화탄소를 배출하는 증기 메탄 개질에 의해 생산됩니다.[4] 물을 전기 분해하거나 재생 가능한 공급 원료를 사용하여 열화학적 또는 열분해적 방법으로 생산할 수 있지만 현재 공정에 많은 비용이 듭니다.[5] 천연가스를 이용한 수소 생산과 경쟁할 수 있을 정도로 비용이 저렴하고 양이 많은 것을 제공하는 것을 목표로 하는 다양한 기술이 개발되고 있습니다.[6]

수소 기술로 운행되는 차량은 한 번의 주유로 긴 범위의 이점을 얻지만, 몇 가지 단점이 있습니다: 천연 가스에서 수소가 생산될 때 높은 탄소 배출량, 자본 비용 부담, 생산 시 높은 에너지 투입량, 주변 조건에서 단위 부피당 낮은 에너지 함량, 수소의 생산 및 압축, 수소를 분배하기 위해 전 세계에 연료를 주입하는 기반 시설을 건설하는 데 필요한 투자와 수소 운송.[7][8][9] 또한 누출된 수소는 CO ₂보다 11.6배 강력한 지구 온난화 효과를 가지고 있습니다.

승용차를 포함한 경차의 경우 배터리 전기차보다 수소 채택이 뒤처지고 있습니다. 2022년 연구에 따르면 수소 사용의 진화와 비교하여 BEV의 기술 발전과 규모의 경제가 향후 수소 경량 차량이 중요한 역할을 할 가능성이 낮다고 합니다.[11] 수소차는 2021년 현재 세계 최초로 상용화된 전용 연료전지 전기차(FCEV)인 토요타 미라이(2014~)와 현대 넥쏘(2018~) 현대 등 두 가지 모델이 일부 시장에서 공개되고 있습니다. 연료 전지 버스도 있습니다.

차량

혼다 FCX는 도요타 FCHV와 함께 세계 최초의 정부 인증 상용 수소 연료 전지 차량입니다.[15][16]
추가 정보: 연료전지차

근거 및 맥락

수소 자동차의 근거는 화석 연료에 대한 의존도, 관련 온실 가스 배출 및 운송 수단으로 인한 지역 대기 오염을 줄일 수 있는 잠재력에 있습니다.[17] 이를 위해서는 더 저렴하고 에너지 효율이 높은 완화 대안이 제한된 부문 및 응용 분야에서 사용하기 위해 수소를 깨끗하게 생산해야 합니다.

로켓

켄타우로스(로켓 스테이지)는 최초로 액체 수소를 사용했습니다.

많은 대형 로켓이 액체 수소를 연료로 사용하고 액체 산소를 산화제(LH2/LOX)로 사용합니다. 수소 로켓 연료의 장점은 등유/LOX 또는 UDMH/NTO 엔진에 비해 높은 유효 배기 속도입니다. 치올코브스키 로켓 방정식에 따르면, 배기 속도가 더 빠른 로켓은 가속하는 데 더 적은 추진제를 사용합니다. 또한 수소의 에너지 밀도는 다른 어떤 연료보다 큽니다.[18] LH2/LOX는 또한 알려진 로켓 추진제 중 소비되는 추진제의 양과 관련하여 가장 큰 효율성을 제공합니다.[19]

LH2/LOX 엔진의 단점은 액체 수소의 밀도가 낮고 온도가 낮기 때문에 메탄이 더 오염되지만 메탄에 비해 더 크고 단열되므로 더 무거운 연료 탱크가 필요합니다.[20] 이것은 로켓의 구조적 질량을 증가시켜 델타-v를 크게 줄입니다. 또 다른 단점은 LH2/LOX 동력 로켓의 저장성이 낮다는 것입니다. 지속적인 수소 증발로 인해 로켓은 발사 직전에 연료를 공급해야 하며, 이로 인해 극저온 엔진은 짧은 발사 준비가 필요한 ICBM 및 기타 로켓 응용 분야에 적합하지 않습니다.

전체적으로 수소 단계의 델타-v는 고밀도 연료 단계의 델타-v와 크게 다르지 않지만 수소 단계의 무게는 훨씬 적기 때문에 하부 단계에서 운반되기 때문에 상부 단계에 특히 효과적입니다. 첫 번째 단계의 경우, 연구에서 고밀도 연료 로켓은 차량 크기가 작고 공기 항력이 낮기 때문에 작은 이점을 보여줄 수 있습니다.[21]

LH2/LOX는 또한 우주왕복선에서 전기 시스템에 동력을 공급하는 연료 전지를 구동하는 데 사용되었습니다.[22] 연료 전지의 부산물은 물이며, 이는 우주에서 물을 필요로 하는 음용 및 기타 용도로 사용됩니다.

자동차

도요타 미라이

2021년 현재 일부 시장에서 공개된 수소차는 토요타 미라이와 현대 현대 두 대입니다. 혼다 클래리티는 2016년부터 2021년까지 생산되었습니다.[24] 수소 연소 자동차는 상용화되어 있지 않습니다.[citation needed] 경도로차 부문에서는 2022년 말까지 전 세계적으로 연료전지 전기차가 7만 200대 팔렸고,[25] 플러그인 전기차는 2,600만 대에 달했습니다.[26] 전기차 및 관련 배터리 기술 및 인프라가 빠르게 증가함에 따라 자동차에서 수소의 역할에 대한 세계적인 범위는 이전의 예상에 비해 축소되고 있습니다.[11][27] 그러나 수소연료 뉴스의 존 맥스는 수소가 빈티지 자동차와 근육 자동차에 직접 사용되거나 연료 공급 원료로 사용될 수 있다고 믿고 있습니다.[28][29][30]

수소 연료 전지로 구동되는 최초의 도로 차량은 1966년 제너럴 모터스(General Motors)가 도입한 쉐보레 일렉트로밴(Chevrolet Electrovan)입니다.[31] 2002년 12월 2일부터 리스를 시작한 토요타 FCHV와 혼다 FCX는 세계 최초의 정부 인증 상용 수소연료전지차가 되었고,[16][15][32] 2008년 리스를 시작한 혼다 FCX 클래리티는 기존 모델을 적용하지 않고 양산용으로 설계된 세계 최초의 수소연료전지차였습니다.[33] 혼다는 2008년 세계 최초로 연료전지차 딜러망을 구축했으며, 당시에는 수소연료전지차를 개인 고객에게 임대할 수 있는 유일한 회사였습니다.[34][35]

투싼을 개조한 2013년형 현대 투싼 FCEV가 리스 전용 차량으로 시장에 선보였고, 현대 claimed claimed는 세계 최초로 수소연료전지차 양산에 성공했습니다. 하지만 높은 가격과 충전 인프라 부족으로 2015년 5월 말까지 273대만 판매되는 등 초기 계획에 크게 못미쳤습니다.[38] 2018년 투싼의 뒤를 이은 현대 넥쏘는 2018년 유로 NCAP가 선정한 'safest SUV'로 선정됐습니다.

도요타는 2014년[12][13][14] 말 일본에서 세계 최초의 양산형 연료전지 자동차(FCV)인 '미라이'를 출시하고 2015년 말부터 캘리포니아, 로스앤젤레스 지역을 중심으로 판매를 시작했으며 유럽, 영국, 독일, 덴마크의[42] 일부 시장에서도 판매를 시작했습니다.[43] 이 자동차의 주행 거리는 312마일(502km)이며 수소 탱크를 다시 채우는 데 약 5분이 걸립니다. 일본에서의 최초 판매 가격은 약 700만엔(69,000달러)이었습니다.[44] 팻 콕스 전 유럽의회 의장은 도요타가 처음에는 미라이를 팔 때마다 약 10만 달러의 손실을 볼 것이라고 추정했습니다.[45] 2019년 말 도요타는 10,000대 이상의 미레를 판매했습니다.[46][4] 많은 자동차 회사들이 제한된 수의 시연 모델을 도입했습니다(연료 전지 차량 목록 및 수소 내연 기관 차량 목록 참조).[47][48]

2013년 BMW는 도요타로부터 수소 기술을 임대했고, 포드 자동차, 다임러 AG, 닛산이 구성한 그룹은 수소 기술 개발에 대한 공동 작업을 발표했습니다.[49] 2015년 도요타는 수소차 시장을 활성화하기 위해 20년 넘게 연구해온 수소연료전지차와 수소연료전지 충전소 기술 관련 특허 5680건을 모두 경쟁사에 무상으로 제공하겠다고 발표했습니다.[50] 하지만 2017년까지 다임러는 수소차 개발을 포기했고,[51] 수소차를 개발하는 대부분의 자동차 회사는 배터리 전기차로 초점을 전환했습니다.[52] 2020년까지 3개 자동차 회사를 제외한 모든 자동차 회사가 수소차 제조 계획을 포기했습니다.[53]

대형트럭

국제에너지기구의 2022년 순배출량 시나리오에 따르면 수소는 주로 장거리 중화물(배터리 전력이 약 60%)[54]에 대해 2050년 중트럭 에너지 수요의 약 30%를 충족할 것으로 예상됩니다.

United Parcel Service는 2017년부터 수소 동력 배달 차량의 테스트를 시작했습니다.[55] 2020년, 현대는 엑시언트 연료 전지 트럭의 상업 생산을 시작했고, 그 중 10대를 스위스로 운송했습니다.

2022년 호주에서는 수소연료전지 8급 트럭 5대가 선 메탈스의 타운스빌 광산에서 퀸즈랜드의 타운스빌 항구로 아연을 운송하는 데 사용되어 전 세계로 운송되었습니다.[59]

항공기

주요 기사: 수소 비행기
수소연료전지로 구동되는 보잉 연료전지 시연기
수소투영[60][61]

일부 출판물은 운송[60] 및 제트기에 수소가 사용될 수 있다고 예상하는 반면,[61] 다른 출판물은 바이오 연료 및 배터리가 더 많은 상업적 성공을 거둘 것이라고 예측합니다.[62]보잉, 랑게 항공, 독일 항공우주센터 등의 기업들은 승무원과 미승무원 항공기의 연료로 수소를 추구하고 있습니다. 2008년 2월 보잉사는 수소 연료 전지로 구동되는 소형 항공기의 승무원 비행을 시험했습니다. 무인 수소 비행기도 테스트되었습니다.[63] 더 타임스는 대형 여객기의 경우 "보잉은 수소연료전지가 대형 여객기의 엔진에 동력을 공급할 가능성은 낮지만 기내에서 백업이나 보조 동력 장치로 사용될 수 있다고 말했다"고 보도했습니다.[64]

2010년 7월, 보잉은 수소로 구동되도록 개조된 두 대의 포드 내연 기관으로 구동되는 수소 동력 팬텀 아이 UAV를 공개했습니다.[65]

선박

주요 기사: 수소추진선

2019년 현재 수소 연료 전지는 대형 장거리 선박의 추진에는 적합하지 않지만 페리와 같은 소형 단거리 저속 전기 선박의 사거리 연장 장치로 고려되고 있습니다.[66] 암모니아의 수소는 장거리 연료로 고려되고 있습니다.[67]

버스

주요 기사: 연료전지 버스
폴란드 볼레코우 공장 근처 솔라리스 어비노 12 버스

연료 전지 버스는 예를 들어, 우르수스 러블린과 같은 여러 제조업체에 의해 다른 위치에서 시험 운행되었습니다.[68] 솔라리스 버스앤코치는 2019년에 Urbino 12 수소 전기버스를 선보였습니다. 수십 개가 주문되었습니다.[69] 2022년 프랑스 몽펠리에시는 "수소[버스]의 운행 비용이 전기료의 6배에 달한다"고 판단해 수소연료전지로 구동되는 버스 51대를 조달하는 계약을 취소했습니다.[70]

포크트럭

수소 내연기관 지게차() 또는 HICE 리프트 트럭은 수소 연료를 사용하는 내연기관의 산업용 지게차로, 재료를 들어올리고 운반하는 데 사용됩니다. 2008년 5월 27일 하노버에서 열린 박람회에서 Linde X39 Diesel을 기반으로 한 최초의 생산 HICE 지게차가 선보였습니다. 압축기 사용과 직분사로 수소를 연료로 사용하기 위해 변환된 2.0리터 43kW(58hp) 디젤 내연기관을 사용했습니다.[71][72]

2013년에는 미국에서 재료 처리에 사용되는 4,000개 이상의 연료 전지 지게차가 있었습니다.[73] 2021년에 구입한 배터리 전기 지게차 120만 대에 비해 2024년 현재 전 세계적으로 약 50,000대의 수소 지게차가 운영되고 있습니다(대부분은 미국에 있습니다).[74]

유럽과 미국의 대부분의 회사는 석유 동력 지게차를 사용하지 않습니다. 이 차량은 배기가스를 조절해야 하는 실내에서 작동하고 대신 전기 지게차를 사용하기 때문입니다.[75][76] 연료 전지로 구동되는 지게차는 3분 만에 연료를 보충할 수 있습니다. 저온에 의해 성능이 저하되지 않기 때문에 냉장 창고에서 사용할 수 있습니다. 연료 전지 장치는 종종 드롭인 대체품으로 설계됩니다.[77][78]

전차와 열차

외부 동영상
video icon 중국, 2021년 1월 28일 첫 수소연료전지 하이브리드 기관차 신화 출시
주요 기사: 수소열차

국제 에너지 기구의 2022년 순 배출 제로 시나리오에서 2050년에는 수소가 철도 에너지 수요의 2%를 차지할 것으로 예상되는 반면, 철도 여행의 90%는 그때까지 전력화될 것으로 예상됩니다(현재 45%에서 증가). 철도에서 수소의 역할은 전기화가 어렵거나 비용이 많이 드는 노선에 집중될 가능성이 높습니다.[79]

2015년 3월 중국남철도공사(CSR)는 칭다오의 조립시설에서 세계 최초로 수소연료전지를 이용한 트램카를 시연했습니다.[80] 새로운 차량을 위한 트랙은 중국의 7개 도시에서 만들어졌습니다.[81]

2018년 독일 북부에서는 최초의 연료 전지 구동 코라디아 iLint 열차가 운행되었으며, 리튬 이온 배터리에 과도한 전력이 저장됩니다.[82]

자전거 및 스탠드업 스쿠터

PHB 수소 자전거

2007년 중국 상하이의 펄수소발전소기술은 PHB 수소 자전거를 시연했습니다.[83][84] 2014년, 뉴사우스웨일스 대학의 호주 과학자들은 그들의 하이 사이클 모델을 발표했습니다.[85] 같은 해, 캐니언 자전거는 에코 스피드 개념의 자전거 작업을 시작했습니다.[86]

2017년 프랑스의 프라그마 인더스트리는 수소 실린더 하나로 100km를 주행할 수 있는 자전거를 개발했습니다.[87] 2019년 프라그마는 이 제품인 "알파 바이크"가 150km의 전기 보조 페달링 범위를 제공하도록 개선되었으며, 이 바이크 중 첫 200대는 프랑스 비아리츠에서 열리는 제45차 G7 정상회담을 취재하는 기자들에게 제공될 예정이라고 발표했습니다.[88]

2020년, Alles over Waterstof는[89] 2륜 수소 동력 스탠드업 스쿠터를 개발했습니다. 스탠드업 스쿠터는 수소 15g에 20km 이상의 범위를 가지고 있습니다. 스왑 가능한 1리터 200bar 수소 실린더를 사용합니다. 2021년에 이 회사는 정적인 3리터 300바 리필 가능한 수소 실린더를 사용하여 수소 동력 화물 자전거를 개발했습니다. 하이드로카고 자전거는 수소 80g에 최대 100km의 주행 거리를 가지고 있습니다.[90]

트리허거의 로이드 알터(Lloyd Alter of TreeHugger)는 발표에 대해 "왜 … 수소를 만들기 위해 전기를 사용하는 어려움을 겪지만, 단지 전기 자전거를 운행하기 위해 배터리를 충전하기 위해 그것을 다시 전기로 바꾸는 것일까요?"라고 물었습니다. 하루에 35대의 자전거만 다룰 수 있는 비싼 충전소가 필요한 연료를 선택했습니다. 배터리로 구동되는 자전거를 어디서나 충전할 수 있을 때. [만약 당신이 포로가 된 함대 운영자라면, 왜 배터리를 교체하여 사거리와 빠른 회전율을 확보해야 합니까?"[91]

군용차량

제너럴모터스 군수부문 GM디펜스,[92] 수소연료전지차 주력 SURUS(Silent Utility Rover Universal Superstructure)는 자율 기능을 갖춘 유연한 연료 전지 전기 플랫폼입니다. 미 육군은 2017년 4월부터 미군 기지에서 상업용 쉐보레 콜로라도 ZH2를 시험하여 군사 임무 전술 환경에서 수소 동력 차량의 생존 가능성을 확인해 왔습니다.[93]

오토바이와 스쿠터

ENV는 크로스케이지와 바이플레인을 포함한 수소 연료 전지로 구동되는 전기 오토바이를 개발합니다. 벡트릭스와 같은 다른 제조업체들은 수소 스쿠터를 개발하고 있습니다.[94] 마지막으로 스즈키 버그먼 연료전지 스쿠터와[95] FH 하이브리드와 같은 수소 연료전지-전지-전기-하이브리드 스쿠터가 만들어지고 있습니다.[96] Burgman은 EU에서 "전체 차량 유형" 승인을 받았습니다.[97] 대만 회사 APFCT는 대만 에너지국을 위해 80대의 연료 전지 스쿠터로 실시간 거리 테스트를 실시했습니다.[98]

오토 인력거

수소 자동차 인력거 콘셉트 차량은 마힌드라 하이알파와 바자오토가 만들었습니다.[99][100]

쿼드 및 트랙터

Autostudi S.r.l의 H-Due는[101] 수소 동력 쿼드로 1-3명의 승객을 수송할 수 있습니다. 수소 동력 트랙터에 대한 개념이 제안되었습니다.[102][103]

자동차 경주

2007년 8월 본빌 솔트 플랫에서 포드 퓨전 수소 999 연료전지 경주차가 대형 압축 산소 탱크를 사용하여 동력을 증가시켜 시속 207.297마일(333.612km/h)의 기록을 세웠습니다.[104] 수소 동력 자동차의 육상 속도 기록은 2008년 8월 본빌 솔트 플랫에서 시속 280.007마일(450.628km/h)의 "비행-마일" 속도를 달성한 오하이오 주립 대학교의 벅아이 블렛 2(Buckeye Bullet 2)가 세웠습니다.

2007년 수소연료전지 구동 차량의 레이싱 단체로 수소전기경주연맹이 결성되었습니다. 이 단체는 500마일 경주인 수소 500을 후원했습니다.[105]

내연기관차

주요 기사: 수소 내연기관 차량 및 수소 내연기관 차량 목록

수소 내연 기관 자동차는 수소 연료 전지 자동차와 다릅니다. 수소 내연 자동차는 전통적인 가솔린 내연 기관 자동차를 약간 변형한 것입니다. 이러한 수소 엔진은 가솔린 엔진과 같은 방식으로 연료를 연소합니다. 가장 큰 차이점은 배기 제품입니다. 가솔린 연소로 인해 대부분 이산화탄소와 물이 배출되고 미량의 일산화탄소가 배출됩니다. 아니요x,[106] 미립자 및 미연 탄화수소이며 수소 연소의 주요 배기 생성물은 수증기입니다.

1807년 프랑수아 이삭 드 리바즈는 최초의 수소 연료 내연 기관을 설계했습니다.[107] 1965년, 당시 고등학생이었던 로저 E. 빌링스는 수소로 작동하도록 모델 A를 개조했습니다.[108] 1970년 Paul Dieges는 가솔린 엔진이 수소로 작동할 수 있도록 하는 내연 기관에 대한 수정 특허를 냈습니다.[109]

마쓰다는 마쓰다 RX-8 수소 RE에 사용되는 수소를 연소하는 Wankel 엔진을 개발했습니다. Wankel 및 피스톤 엔진과 같은 내연 기관을 사용하는 경우 생산을 위한 리툴링 비용이 저렴하다는 장점이 있습니다.[110]

연료전지

추가 정보: 연료전지

연료전지비

수소 연료 전지는 백금과 같은 희귀 물질을 촉매로 사용해야 하기 때문에 상대적으로 생산 비용이 많이 듭니다.[111] 2014년, 팻 콕스 전 유럽 의회 의장은 도요타가 처음에는 미라이를 팔 때마다 약 10만 달러의 손실을 볼 것이라고 추정했습니다.[45] 2020년, 코펜하겐 대학교 화학과 연구원들은 연료 전지의 비용을 줄일 수 있기를 바라는 새로운 유형의 촉매를 개발하고 있습니다.[112] 이 새로운 촉매는 백금 나노 입자가 탄소 위에 코팅되지 않기 때문에 백금을 훨씬 적게 사용하는데, 기존의 수소 연료 전지는 나노 입자를 제자리에 유지시킬 뿐만 아니라 촉매를 불안정하게 만들고 천천히 변성시켜 훨씬 더 많은 백금을 필요로 합니다. 새로운 기술은 나노 입자 대신 내구성이 뛰어난 나노 와이어를 사용합니다. "연구진의 다음 단계는 이 기술이 수소 자동차에서 구현될 수 있도록 결과를 확장하는 것입니다."[113]

결빙 조건

저온에서의 초기 연료 전지 설계에서 발생하는 범위 및 냉시동 기능과 관련된 문제는 "더 이상 쇼 스톱퍼로 간주되지 않도록" 해결되었습니다.[114] 2014년에 사용자들은 연료 전지 차량이 영하의 온도에서도 거리를 크게 줄이지 않고 히터가 폭발하더라도 완벽하게 작동한다고 말했습니다.[115] 보조되지 않은 냉시동에 대한 중성자 방사선 촬영을 사용한 연구는 음극에서 얼음 형성,[116] 냉시동의[117] 3단계 및 나피온 이온 전도도를 나타냅니다.[118] 콜드 스타트 능력을 측정하기 위해 전하 쿨롱으로 정의된 파라미터도 정의되었습니다.[119]

사용연한

연료 전지의 사용 수명은 다른 차량과 비슷합니다.[120][clarification needed] PEM(Polymer-Electrolyte Membrane) 연료 전지의 수명은 사이클링 조건에서 7,300시간입니다.[121]

수소

추가정보 : 수소경제

수소는 화석 연료나 헬륨과 같은 편리한 저장소나 퇴적물에 존재하지 않습니다.[122] 천연가스, 바이오매스와 같은 공급 원료로 생산하거나 물에서 전기분해합니다.[123] 수소 자동차의 대규모 배치의 제안된 이점은 온실 가스 및 오존 전구체의 배출 감소로 이어질 수 있다는 것입니다.[124] 하지만 2014년 기준으로 수소의 95%가 메탄으로 만들어집니다. 재생 가능한 공급 원료를 사용하여 열화학적 또는 열분해 방법으로 생산할 수 있지만 비용이 많이 드는 공정입니다.[5]

그러나 재생 가능한 전기는 물을 수소로 전환하는 데 사용될 수 있습니다. 통합 풍력-수소(전력-가스) 발전소는 물의 전기 분해를 사용하여 기존의 에너지원과 경쟁할 수 있을 정도로 충분히 저렴하고 양이 충분히 많은 기술을 제공하기 위해 노력하고 있습니다.[125] 차량에 수소를 사용하는 데 직면한 과제에는 차량 내 보관이 포함됩니다. 2023년 9월 현재 캘리포니아의 공공 주유소에서 수소 가격은 킬로그램당 36달러로 테슬라 모델 3에 비해 미라이는 마일당 14배나 비쌉니다.[126]

생산.

추가 정보: 수소생산

수소 자동차의 탑재 연료로 필요한 분자 수소는 천연 가스, 석탄(석탄 가스화로 알려진 공정에 의해), 액화 석유 가스, 바이오매스(바이오 매스 가스화)를 이용한 많은 열화학적 방법을 통해 얻을 수 있으며, 열분해라고 불리는 공정에 의해 얻을 수 있습니다. 또는 바이오수소 또는 생물학적 수소 생산이라고 하는 미생물 폐기물로서. 수소의 95%는 천연가스를 사용하여 생산됩니다.[127] 수소는 65~70%[128]의 작업 효율로 전기 분해하여 물에서 생산할 수 있습니다. 수소는 화학 수소화물 또는 알루미늄을 사용하여 화학적 환원을 통해 만들 수 있습니다.[129] 현재 수소를 제조하는 기술은 다양한 형태의 에너지를 사용하며, 수소 연료의 더 높은 가열 값의 총 25~50%를 차지하며, 파이프라인 또는 트럭을 통해 수소를 생산, 압축 또는 액화하고 전송하는 데 사용됩니다.[130]

화석 에너지 자원으로부터의 수소 생산의 환경적인 결과에는 온실 가스의 배출이 포함되며, 이는 또한 메탄올이 수소로 선상에서 개질되는 결과로 발생할 수 있습니다.[131] 재생 가능 에너지 자원을 사용한 수소 생산은 그러한 배출을 발생시키지 않지만, 운송 수요의 상당 부분을 수소 생산에 사용하기 위해서는 재생 가능 에너지 생산 규모를 확대해야 합니다.[132] 몇몇 국가에서는 재생 가능한 자원이 에너지와 수소를 생산하는 데 더 널리 사용되고 있습니다. 예를 들어, 아이슬란드는 지열을 이용해 수소를 생산하고 있고,[133] 덴마크는 바람을 이용하고 있습니다.[134]

보관소

추가 정보: 수소저장
압축수소저장표시

타입 IV 탄소 복합 기술을 기반으로 350bar(5,000psi) 및 700bar(10,000psi)의 수소 탱크 내 압축 수소가 차량의 수소 탱크 시스템에 사용됩니다.[135]

수소는 휘발유 및 기타 차량 연료에 비해 주변 조건에서 체적 에너지 밀도가 매우 낮습니다.[136] 차량에 과냉각 액체 또는 고압축 가스로 저장해야 하며, 이를 위해서는 추가 에너지가 필요합니다.[137] 2018년 호주 CSIRO 연구진은 멤브레인 기술을 이용해 도요타 미라이와 현대 넥쏘에 암모니아에서 분리한 수소를 공급했습니다. 암모니아는 순수한 수소보다 유조선에서 안전하게 운송하기 쉽습니다.[138]

사회 기반 시설

수소차 연료 공급
추가 정보: 수소 인프라
수소 동력 차량의 연료 공급. 차량은 현대 넥쏘입니다. 핸들 주변의 결로 현상을 확인하십시오. 이는 수소 가스가 팽창하여 핸들이 동결되기 때문입니다.

국제에너지기구(IEA)에 따르면, 운송 최종 사용자에게 수소 연료를 공급하기 위해서는 "신항 인프라, 버퍼 저장, 파이프라인, 선박의 건설 및 운영"을 포함한 광범위한 투자가 필요합니다. 연료 보급소와 발전소는 수소를 더 쉽게 운송할 수 있는 상품(그리고 잠재적으로 수소로)으로 전환할 수 있습니다."[139] 특히 IEA는 산업 허브와 같은 장거리 ‐ 트럭 운송에 적합한 위치에 주유소가 필요할 것이라고 언급하고 수소 저장 및 배송을 위한 공항 인프라 투자의 필요성을 확인했습니다. IEA는 해운에서 수소에 대한 인프라 요구 사항이 더 어렵다고 판단하여 "연료 공급업체, 항만, 조선업체 및 화주 간의 주요 투자 및 ‐ 협력 노력의 필요성"에 주목하고 있습니다.

2021년 기준 미국 내 공개적으로 이용 가능한 수소충전소는 49개소이며, 이 중 캘리포니아에 위치한 수소충전소는 48개소(전기충전소 42,830개소)입니다.[141][142] 2017년까지 일본에는 91개의 수소충전소가 있습니다.[143]

법규 및 표준

수소 코드 및 표준뿐만 아니라 수소 안전 및 수소 저장에 대한 코드 및 기술 표준은 수소 기술을 배치하는 데 제도적 장벽이었습니다. 소비자 제품에서 수소의 상용화를 가능하게 하려면 연방, 주 및 지방 정부에서 새로운 코드와 표준을 개발하고 채택해야 합니다.[144]

공식지원

미국의 구상

연료 전지 버스가 지원됩니다.[145]

뉴욕 주 에너지 연구개발청(NYSERDA)은 수소 연료 전지 전기 트럭과 버스에 대한 인센티브를 만들었습니다.[146]

수소차에 대한 비판

비평가들은 자동차에 수소를 광범위하게 사용하기 위한 기술적, 경제적 어려움을 극복하기 위한 시간이 최소 수십 년이 될 것이라고 주장합니다.[147][148] 그들은 수소차 사용에 초점을 맞추는 것이 더 쉽게 구할 수 있는 해결책에서 차량의 화석 연료 사용을 줄이는 위험한 우회라고 주장합니다.[149] 2008년 Wired News는 "전문가들은 수소가 휘발유 소비나 지구 온난화에 의미 있는 영향을 미치기까지는 40년 또는 그 이상이 될 것이며, 그렇게 오래 기다릴 여유가 없다"고 보도했습니다. 그 사이 연료 전지는 보다 즉각적인 해결책에서 자원을 전용하고 있습니다."[150]

2006년 다큐멘터리 '누가 전기차를 죽였는가?'에서 전 미국 에너지부 공무원 조셉 롬은 "수소차는 온실가스를 줄이기 위한 가장 덜 효율적이고, 가장 비싼 방법 중 하나입니다."라고 말했습니다.[151] 그는 또한 전국적인 수소 주유소 네트워크를 구축하는 데 드는 비용이 엄청날 것이라고 주장했습니다.[152] 그는 2014년에도 같은 견해를 가지고 있었습니다.[153][154] 2009년, 로스앤젤레스 타임즈는 "수소는 자동차를 움직이는 형편없는 방법입니다"라고 썼습니다.[155] Energy Victory의 저자인 Robert Zubrin은 "수소는 '가능한 가장 최악의 차량 연료'입니다"[156]라고 말했습니다. 이코노미스트는 대부분의 수소는 증기 메탄 개질을 통해 생산되며, 이는 적어도 오늘날의 가솔린 자동차 중 일부만큼의 탄소 배출량을 만들어내지만, 만약 수소가 재생 가능한 에너지를 사용하여 생산될 수 있다면, "전동 또는 플러그인 하이브리드 차량의 배터리를 충전하기 위해 이 에너지를 사용하는 것이 확실히 더 쉬울 것입니다."[156] 수소 자동차는 수명이 지남에 따라 가솔린 자동차보다 더 많은 탄소를 배출할 것입니다.[157][9] 2009년 워싱턴 포스트는 "미국 전역에서 이미 전기 에너지가 소켓에서 빨려나와 자동차 배터리에 저장되기를 기다리고 있는데 왜 수소의 형태로 에너지를 저장한 다음 그 수소를 모터의 전기를 생산하는 데 사용하려고 합니까?"[127][158]라고 물었습니다.

폭스바겐의 루돌프 크렙스(Rudolf Krebs)는 2013년 "아무리 뛰어난 자동차를 만들더라도 물리 법칙은 자동차의 전반적인 효율성을 방해합니다. 에너지를 이동성으로 전환하는 가장 효율적인 방법은 전기입니다." 그는 "수소 이동성은 녹색 에너지를 사용해야 의미가 있다"고 설명했지만... 먼저 "효율이 낮은" 수소로 변환해야 하며, 여기서 "초기 에너지의 약 40%를 잃습니다." 그런 다음 수소를 압축하여 탱크에 고압으로 저장해야 하므로 더 많은 에너지가 사용됩니다. "그리고 나서 또 다른 효율 손실이 있는 연료 전지에서 수소를 다시 전기로 전환해야 합니다." 크렙스는 "결국 원래의 100% 전기 에너지에서 30~40%로 귀결됩니다."라고 계속했습니다.[159] 2015년, 클린테크니카는 수소 연료 전지 차량의[160][161] 몇 가지 단점을 나열했습니다 스탠포드 대학과 뮌헨 공과 대학의 과학자들이 2016년에 실시한 에너지 연구에서 지역 수소 생산을 가정하더라도, "전동 배터리 차량 investing이 이산화탄소 배출을 줄이는 데 더 경제적인 선택입니다."

2017년 그린 카 리포트에 발표된 한 분석에 따르면 최고의 수소 연료 전지 자동차는 "전기 자동차보다 마일당 3배 이상의 전기를 소비합니다. 다른 파워트레인 기술보다 더 많은 온실가스 배출을 발생시킵니다. 연료비가 매우 높습니다. 새로운 인프라에 대한 모든 장애물과 요구 사항(4,000억 달러에 달하는 비용이 들 것으로 추정됨)을 고려할 때 연료 전지 차량은 미국의 석유 소비에 거의 영향을 미치지 않는 기껏해야 틈새 기술일 것으로 보입니다.[143] 미국 에너지부는 전기 분해를 통해 그리드 전기로 생산되는 연료에는 동의하지만 대부분의 다른 발전 경로에는 동의하지 않습니다.[163] Real Engineering의 2019년 비디오는 수소로 달리는 차량의 도입에도 불구하고 수소를 자동차의 연료로 사용하는 것은 운송 수단에서 발생하는 탄소 배출을 줄이는 데 도움이 되지 않는다고 언급했습니다. 화석 연료에서 여전히 생산되는 수소의 95%는 이산화탄소를 방출하며, 물에서 수소를 생산하는 것은 에너지를 많이 소비하는 과정입니다. 수소를 저장하려면 액체 상태로 냉각하거나 고압으로 탱크에 넣는 데 더 많은 에너지가 필요하며, 수소를 연료 공급소로 전달하려면 더 많은 에너지가 필요하고 더 많은 탄소를 방출할 수 있습니다. 1킬로미터당 FCV를 이동하는 데 필요한 수소는 같은 거리에서 BEV를 이동하는 데 필요한 전기의 약 8배에 달합니다.[164] 또한 2019년 혼다 유럽의 회장 이노우에 카츠시는 "우리는 현재 하이브리드 및 전기 자동차에 초점을 맞추고 있습니다. 어쩌면 수소연료전지차가 올지도 모르지만, 그것은 다음 시대를 위한 기술입니다."[165]

2020년 이후의 평가에 따르면 수소 자동차는 여전히 38%의 효율성을 유지하는 반면 배터리 EV는 80%에서 95%의 효율성을 유지하는 것으로 나타났습니다.[166][167] 2021년 클린테크니카의 평가에 따르면 수소차는 전기차보다 효율이 훨씬 떨어지지만, 생산되는 수소의 대부분은 회색 수소를 오염시키고 있으며, 수소를 공급하려면 방대하고 비용이 많이 드는 새로운 인프라를 구축해야 합니다. 나머지 두 가지 "연료 전지 차량의 장점, 즉 더 긴 거리와 빠른 연료 공급 시간은 배터리 및 충전 기술의 향상으로 인해 빠르게 잠식되고 있습니다."[53] Nature Electronics의 2022년 연구는 동의했습니다.[168] 2022년 리차지 뉴스의 또 다른 기사는 선박이 수소보다 암모니아나 메탄올로 구동될 가능성이 더 높다고 말했습니다.[169] 또한 2022년 독일의 프라운호퍼 연구소는 수소가 도로 운송에서 중요한 역할을 할 가능성이 낮다고 결론 내렸습니다.[27]

국제기후환경연구센터(CICERO)의 2023년 연구에 따르면 누출된 수소는 CO ₂보다 11.6배 강력한 지구온난화 효과가 있다고 추정했습니다.

안전 및 공급

주요 기사: 수소 안전성

수소 연료는 수소의 점화 에너지가 낮고(자동 점화 온도 참조) 연소 에너지가 높기 때문에 위험하며, 분자 크기가 작아 탱크에서 쉽게 누출되는 경향이 있기 때문입니다.[170] 수소 취화는 저장 탱크 재료뿐만 아니라 만성 누출이 있는 경우 탱크를 둘러싸고 있는 자동차 부품에도 문제가 됩니다. 수소는 냄새가 나지 않기 때문에 전문 감지기 없이는 누출을 쉽게 감지할 수 없습니다.[171]

수소 충전소에서의 폭발이 보고되었습니다.[172] 수소 연료 공급소는 일반적으로 수소 공급업체로부터 트럭으로 수소를 공급받습니다. 수소 공급 시설이 중단되면 여러 수소 연료 공급소가 폐쇄될 수 있습니다.[173]

다른 유형의 대체 연료 차량과의 비교

주요 기사: 대체 연료 차량

수소 자동차는 현대 화석 연료 내연 기관(ICE) 차량 인프라에 대해 제안된 다양한 대안으로 경쟁합니다.[111]

천연가스

본문: 천연가스자동차

ICE 기반 압축천연가스(CNG), HCNG, LPG 또는 LNG 차량은 천연가스 또는 바이오가스에서 수확한 메탄을 연료로 사용합니다. 메탄은 수소보다 에너지 밀도가 높고 바이오가스에서 나오는 NGV는 거의 탄소 중립적입니다.[174] CNG 차량 기술은 수소차와 달리 수십 년 동안 사용할 수 있었으며, 기존 충전소에는 상업용과 가정용 주유를 모두 제공할 수 있는 충분한 인프라가 있습니다. 전 세계적으로 2011년 말까지 1,480만 대의 천연 가스 차량이 있으며, 대부분이 이중 연료 차량의 형태입니다.[175] 천연 가스의 다른 용도는 연료 전지가 있는 전기 자동차에 사용되는 수소 가스를 생산하는 일반적인 방법인 증기 개질입니다.[4]

메탄은 또한 대체 로켓 연료입니다.[176]

플러그인 전기

주요 기사: 플러그인 전기차

플러그인 하이브리드

주요 기사: 플러그인 하이브리드 전기차

플러그인 하이브리드 전기 자동차(PHEV)는 기존 하이브리드 자동차와 같이 발전기를 구동하여 전기 모터와 배터리 팩에 전원을 공급하기 위해 순수하게 내연 기관에 의존하는 것이 아니라 전기 그리드에 플러그인하여 온보드 배터리 팩을 충전할 수 있는 하이브리드 전기 자동차입니다. PHEV 개념은 더 많은 EV 모드 주행을 가능하게 함으로써 차량의 연비를 향상시키는 동시에 내연 기관(일반적으로 터보 가솔린 엔진)을 보조 발전소 또는 레인지 익스텐더로 사용하여 레인지 불안을 완화합니다.

배터리 전기

주요 기사: 배터리 전기 자동차

경도로차 부문에서는 2023년까지 전 세계적으로 2,600만 대의 배터리 전기차가 판매되었고,[26] 북미 지역에는 65,730개의 공공 충전소가 있으며, AC 전원 플러그와 소켓을 통해 가정 및 직장 충전이 가능합니다.[177] 장거리 전기 트럭에는 더 많은 메가와트 충전 인프라가 필요합니다.[178]

참고 항목

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