녹색 수소 생산 : 전해기 기술 비교 및 ​​미래 개발 동향

물 전기 분해녹색 수소를 생산하는 핵심 과정입니다. 알칼리 전해질에 대한 비교 분석을 수행했습니다.PEM 전해저, 고체 산화 전해질 (SOE) 및 AEM 전해저. 사용 된 전해질, 전극 재료, 효율, 자본 지출 및 운영 비용, 내구성, 유연성, 온도 범위, 확장 성, 환경 영향 및 장점과 같은 여러 기준을 평가 한 후 각 유형의 전해기에는 다양한 응용 분야에 적합한 고유 한 기능이 있음을 발견했습니다 (아래 표 참조). 따라서 향후 각 기술 경로는 일반적으로 운영 시나리오의 차별화에 따라 존재합니다.

AE는 전해질 및 니켈 기반 전극으로 액체 알칼리성 용액을 사용합니다. 그것은 중간 효율성, 낮은 자본 및 운영 비용, 높은 내구성 및 낮은 환경 영향을 특징으로합니다. 그러나, 다른 방법들과 비교할 때, 그것들은 효율이 낮고, 부식 전해질로 인한 강력한 재료의 사용이 필요하며, 상대적으로 제한된 동적 작동이 필요합니다.PEM 전해저고체 중합체 전해질 막과 전극은 백금 및 이리듐과 같은 고가의 재료를 사용합니다. 그들은 높은 효율, 빠른 응답 시간 및 고전류 밀도를 가지고 있지만, 재료 비용이 높고 내구성이 제한적이며 막 분해를 방지하기 위해 순수한 물이 필요합니다. BOES는 고온에서 작동하며 고체 세라믹 재료를 전해질 및 특수 전극 재료로 사용합니다. 높은 작동 온도, 폐열 사용 능력 및 고온 공정과의 통합 가능성으로 인해 효율이 높습니다. 그러나 특수 재료가 필요하고, 시작 및 셧다운 프로세스가 느리고, 열 응력으로 인해 동적 작동 기능이 제한되어 있습니다. AEM 전해질은 PEM과 유사하며 고체 중합체 막을 사용하지만 수산화물 이온을 수행합니다. 더 저렴한 재료로 인해 비용이 저렴하고 더 높은 효율성을 달성 할 가능성이 있으며 부식성 알칼리 전해질과 호환됩니다. 그러나, 그들의 단점은 막 및 전극의 내구성과 안정성이 제한되어 있으며, 전류 밀도가 낮으며, 막 분해를 방지하기 위해 더 높은 순도가 필요합니다.

녹색 수소 제조 기술의 선택은 녹색 수소의 적용 및 규모에 따라 다른 몇 가지 주요 요인에 영향을받습니다.

주요 고려 사항은 생산 규모와 관련이 있습니다.PEM 전해저일반적으로 빠른 응답 시간, 고전류 밀도 및 가변 재생 가능 에너지 원에 대한 적합성으로 인해 소규모 응용 분야의 첫 번째 선택입니다. 모듈을 쉽게 추가 또는 제거 할 수있는 것은 수요 또는 사용 가능한 재생 가능 에너지에 따라 확장 또는 다운하는 데 중요합니다. AE는 자본 비용이 낮고 성숙한 기술로 인해 널리 사용됩니다. 하지만,PEM 전해저더 높은 효율성과 에너지 밀도로 인해 점점 인기를 얻고 있습니다. 바람, 태양, 하이드로 또는 이들의 조합 사이의 선택은 이러한 자원의 지역 가용성 및 비용에 따라 다릅니다. SOE 또는 AE는 종종 고효율 및 낮은 운영 비용으로 인해 대규모 응용 프로그램에 대해 종종 고려됩니다. 풍력 발전 단지 나 태양 공원과 같은 대규모 재생 에너지 프로젝트와 통합하는 능력은 재생 가능한 전기의 사용을 극대화하는 데 중요합니다. 재생 에너지 기술 비용 감소와 효율성 증가는 녹색 수소 생산 비용을 줄이는 주요 동인입니다. 전기 분해 기술의 발전, 전극 및 멤브레인 재료의 개선 및 혁신적인 시스템 설계는 이러한 추세를 더욱 주도합니다. 또한 지원 정책, 재생 에너지와의 통합 및 비용 절감 전략은 녹색 수소를보다 경쟁력 있고 지속 가능한 에너지 운송 업체로 만드는 데 중요한 역할을합니다. 이러한 추세가 계속됨에 따라, 녹색 수소는 광범위한 응용 분야에서 점점 더 실행 가능해 질 것으로 예상되며, 저탄소 경제로의 글로벌 전환을 지원합니다.

녹색 수소의 효율적이고 경제적 인 생산에는 전기 분해에 대한 안정적이고 지속적인 에너지 공급을 보장하는 것이 필수적입니다. 주요 과제는 재생 가능 에너지, 그리드 통합 및 안정성, 에너지 저장 및 에너지 관리의 간헐성을 포함합니다. 바람과 태양 에너지는 기상 조건과 시간에 따라 본질적으로 간헐적입니다. 이 간헐성은 전기 전기 공급의 변동으로 이어질 수 있습니다. 계절적 변화는 또한 재생 에너지, 특히 태양과 바람의 가용성에 큰 영향을 줄 수 있습니다. 기존 그리드는 많은 양의 변동성 재생 에너지를 처리하고 대처할 수 없을 수 있으며, 이로 인해 전력 삭감이나 불안정성을 초래할 수 있습니다. 또한 재생 가능한 에너지에서 전기 분해 공장, 특히 장거리에 걸쳐 대량의 전기를 운송하는 것은 도전적이고 비용이 많이 듭니다. 현재 에너지 저장 기술이 용량이 제한되어 있고 비용이 많이 들기 때문에 전기 소비가 적은 기간 동안 과도한 재생 에너지를 저장하는 것은 어려운 일입니다. 에너지 전환 및 저장 공정은 상당한 효율 손실을 초래하여 전기 분해 에너지 공급의 전반적인 효율을 감소시킬 수 있습니다.

잠재적 솔루션에는 재생 에너지의 다각화, 에너지 저장 기술 개발, 그리드 업그레이드 및 유연성, 수요 대응 및 부하 관리, 정책 및 규제 지원, 연구 개발이 포함됩니다. 새로운 재료, 에너지 저장 기술 및 그리드 관리 시스템에 대한 지속적인 연구는 전기 분해 에너지 공급의 안정성과 효율성을 향상시키는 혁신으로 이어질 수 있습니다. 파일럿 및 데모 프로젝트의 구현을 통해 전기 분해 에너지의 안정적인 공급을 보장하기 위해 실질적인 과제와 솔루션에 대한 통찰력을 얻을 수 있습니다. 기술 혁신, 인프라 업그레이드 및 정책 지원을 결합하여 이러한 과제를 해결하기 위해 전기 분해 에너지 공급의 안정성과 연속성을 보장하여 녹색 수소의 대규모 생산을 촉진 할 수 있습니다.

미래의 방향. 녹색 수소 생산의 미래 개발 방향은 지속 가능하고 탄소 중립적 에너지 시스템으로의 전환에 중요합니다. 녹색 수소 생산은 태양, 풍력 또는 수력 발전과 같은 재생 에너지를 사용하여 물의 전기 분해에 의한 수소 생산으로 화석 연료에 의존하는 전통적인 수소 생산 방법에 대한 깨끗한 대안을 제공합니다. 미래의 녹색 수소 생산을위한 주요 방향에는 전기 분해 기술의 효율성 향상, 재생 에너지와 결합, 생산 확장, 비용 절감, 터미널 응용 프로그램 개발, 국제 협력 및 정책 지원, 혁신적인 비즈니스 모델 및 환경 및 사회적 요인이 포함됩니다.

진보전해저기술은 비용을 줄이고 녹색 수소 생산의 효율성을 향상시키는 데 중요합니다. 여기에는 더 높은 전류 밀도와 에너지 소비가 낮은에서 작동하는보다 내구성이 뛰어나고 효율적인 전해저 재료를 개발하는 것이 포함됩니다. 녹색 수소 생산의 통합을 변동하는 재생 가능 에너지 원을 강화하는 것이 필수적입니다. 여기에는 재생 가능 에너지의 간헐적으로 관리하고 수소 생산에 필요한 안정적인 전기 공급을 보장하기위한 스마트 그리드 기술 및 에너지 저장 솔루션 개발이 포함됩니다. 청정 에너지에 대한 수요가 증가하기 위해서는 파일럿 및 시범 프로젝트에서 대규모 상업용 운영으로 녹색 수소 생산을 확장해야합니다. 여기에는 대규모 전기 분해 공장을 구축하고 수소 운송 및 저장을위한 인프라 구축이 포함됩니다. 화석 연료 수소 생산과 경쟁력을 갖도록 녹색 수소 비용을 줄이는 것이 주요 목표입니다. 이는 기술 발전, 규모의 경제 및 보조금 및 탄소 가격과 같은 정책 지원 메커니즘을 통해 달성 될 수 있습니다. 운송, 산업 및 발전과 같은 다양한 부문에서 녹색 수소의 사용을 확장해야합니다. 여기에는 산업 공정에서 공급 원료 또는 연료로 수소를 사용하여 자동차 연료 전지 개발 및 가열 및 발전을 위해 수소를 천연 가스 그리드에 통합하는 것이 포함됩니다. 녹색 수소 기술의 연구, 개발 및 적용에 대한 국제 협력은 지식 및 모범 사례를 공유하는 데 중요합니다.

또한 재생 에너지 목표, 탄소세 및 연구 개발 자금과 같은 지원 정책은 녹색 수소의 채택을 가속화 할 수 있습니다. 녹색 수소 생산 및 인프라 개발의 높은 선불 비용을 조달하기 위해 혁신적인 비즈니스 모델을 개발해야합니다. 여기에는 공공-민간 파트너십, 녹색 채권 및 투자를 유치 할 수있는 기타 금융 상품이 포함됩니다. 녹색 가스의 생산 및 사용이 환경 적으로나 사회적으로 지속 가능하도록하는 것이 중요합니다. 여기에는 녹색 수소의 수명주기 배출량 평가, 전기 분해에 사용되는 물의 지속 가능성을 보장하며 수소 생산 및 사용의 사회적 영향을 고려하는 것이 포함됩니다. 녹색 수소는 큰 약속을 지니고 있으며 세계 경제를 탈탄화하는 데 중요한 역할을 할 가능성이 있습니다. 그러나 이러한 잠재력을 실현하려면 기술 개발, 인프라 투자 및 HE (수소 경제)의 일환으로 정책 지원에 대한 공동 노력이 필요합니다.