바닷물에서 수소생산이란? 왜 그렇게 많은 관심을 받는가? 기술적 어려움은 무엇입니까?

해수를 직접 전기분해해 수소를 생산하는 파일럿 테스트의 성공이 주목받는 이유는 무엇일까? 얼마나 어려운 일입니까? 해수전기분해로 수소를 생산하기 위해 극복해야 할 기술적 어려움은 무엇인가?

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바닷물에서 수소 생산

물 전기분해를 통한 수소 생산은 매우 중요한 녹색수소 제조 기술로 꼽힌다. 현재 상용화된 물 전기분해 기술은 담수를 전해질로 사용한다. 우리 모두 알고 있듯이, 전 세계의 담수 자원은 극도로 제한되어 있으며, 수소 생산을 위한 수력 전기의 대규모 적용으로 인해 담수 자원 부족이 더욱 심화되고 있습니다. 이에 비해 바닷물은 자원이 풍부해 '해수수소 생산'이라는 아이디어가 탄생했다.

지구 전체 물량의 96.5%를 차지하는 담수와 달리 바닷물은 90가지가 넘는 화학물질과 원소가 뒤섞여 복잡한 구성을 이루고 있다. 해수에 다량으로 함유된 이온, 미생물, 입자는 수소 생산 중 부반응 경쟁, 촉매 불활성화, 격막 막힘 등의 문제를 일으킬 수 있습니다.

이를 위해 바닷물을 원료로 하는 수소생산 기술은 두 가지 루트를 형성했다. 첫째, 바닷물, 즉 천연해수를 기반으로 수소를 직접 생산하는 방식은 주로 전기분해나 광분해를 통해 생산된다. 둘째, 해수의 간접수소생산은 해수를 담수화하여 불순물을 제거한 후, 해수를 담수화하여 먼저 고순도의 담수를 형성한 후 수소를 생산하는 방식이다.

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두 가지 주요 장점

해상 수소 생산 플랫폼은 에너지의 장기 저장 또는 정밀 화학 생산 현장으로 사용될 수 있어 그린 에너지가 화학 생산 시스템과 긴밀하게 통합될 수 있습니다.

해상 수소 생산 플랫폼은 광범위한 해양 재생 가능 전력 소비 문제를 해결할 수 있으며 재생 가능 전력을 사용하여 현장에서 수소와 녹색 암모니아를 생산하는 것이 해양에서 광범위한 해양 재생 에너지의 주요 응용 방법이 될 수 있습니다. 미래.

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기술적인 어려움

기술적 어려움 1: 해수 내 많은 불순물이 음극수소 발생 발생에 영향을 미침

전해수 과정에서 H2는 음극에서 침전되는데, 음극 수소 발생 반응에서 가장 어려운 문제는 천연 해수에 Na+, Mg2+, Ca2+ 등 다양한 양이온이 용해되어 있다는 점입니다. 다양한 박테리아, 미생물 및 작은 입자가 있습니다.

이러한 불순물은 해수 전기분해가 진행됨에 따라 전극을 막히게 하고, 전해계의 전극/촉매의 노화를 악화시키거나 촉진시켜 내구성이 저하됩니다.

기술적 어려움 2: 염화물 이온은 양극 부식을 유발하고 양극 산소 발생 반응에 영향을 미칩니다.

물을 전기분해하는 과정에서 O2는 일반적으로 양극에서 침전됩니다. 그러나 해수에 다량의 염화물 이온(Cl-)이 존재하면 양극재에 심각한 부식이 발생해 전극 손상과 고전압이 발생해 효율적인 산소 발생 반응이 종료된다. 또한, 양극 염소 산화 반응에서도 고농도의 염화물 이온이 발생하여 촉매의 활성 부위를 점유하여 양극 산소 발생 반응의 효율을 감소시킵니다.

기술적 어려움 3: 양극산소 발생반응과 산소염화반응의 경쟁

해수 전기분해 과정에서 양극은 산소 발생 반응(OER)과 산소 염소화 반응(ClOR)이라는 두 가지 반응을 겪게 됩니다. 산소 발생 반응: 4OH-→O2+H2O+4e-; E0=1.23V(RHE 대비)

염소 산화 반응: Cl-+2OH-→OCl-+H2O+2e-; E0=1.71V(RHE 대비)

두 가지의 E0가 유사하다는 것을 알 수 있으며 이는 경쟁 관계를 형성하여 전해조의 작동 전압을 크게 제한합니다. 또한, ClOR 반응과 차아염소산염 형성은 모두 2전자 반응이며, ClOR 반응은 OER 4전자 반응보다 역학적으로 수행하기 쉽기 때문에 일반적으로 OER 과전위가 ClOR보다 높은 것으로 관찰됩니다.

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연구현황

현재 해수를 이용한 수소 생산은 아직 연구 및 테스트 초기 단계에 있으며 여전히 많은 과제에 직면해 있지만 해수 전기분해를 통한 수소 생산에 대한 연구 개발은 어느 정도 진전을 이루었습니다. 2022년 시에허핑(Xie Heping) 학자 팀은 해수에서 직접 수소를 생산하는 분야에서 획기적인 획기적인 발전을 이루었고, 상전이와 이동으로 인한 담수화 없이 해수에서 직접 수소를 생산하는 새로운 원리와 기술을 혁신적으로 확립했습니다. 국내외에서 해수수소생산 실증사업이 많이 있지만 아직은 소규모 시범사업으로 대부분 건설 중이거나 제안 중인 사업이다.

해수 전기분해를 통한 수소 생산은 소규모 파일럿 테스트부터 최종 산업 전반에 적용되기까지 갈 길이 멀다. 그러나 우리는 수소 에너지의 조 단위 궤도에서 이 기술이 결국 적용된다면 "탈탄소화"의 길에 가장 심오한 잉크를 남길 것이라고 믿습니다!