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녹색 수소는 운송의 미래 동력
크레딧: Pixabay/CC0 퍼블릭 도메인
미시간 대학의 연구에 따르면 녹색 수소는 운송의 탈탄소화를 위한 중요한 잠재적 솔루션으로 부상하고 있지만, 새로운 에너지 효율성 연구 결과에 따르면 대형 도로, 철도, 항공 및 해상 운송에서 녹색 수소를 전략적으로 사용해야 한다는 사실이 밝혀졌습니다.
녹색 수소는 재생 에너지로 전기 분해하여 물을 수소와 산소로 분리하여 생산됩니다. 직접 또는 e-연료라고도 하는 합성 연료에 사용하여 도로, 철도, 해상 및 항공 운송을 탈탄소화할 수 있습니다.
운송 부문은 전 세계 화석 연료 이산화탄소 배출량의 약 22%와 미국 화석 연료 이산화탄소 배출량의 37%를 차지합니다.
연구진은 기후변화를 완화하기 위해서는 여객 및 화물 운송 모두를 탈탄소화하는 것이 중요하다고 말하며, 비행기, 기차, 자동차 및 선박에 전력을 공급하기 위해 직접 또는 간접적으로 녹색 수소를 e-연료에 사용하는 총 시스템 에너지 효율성을 계산했습니다. 시스템 에너지 효율은 지상 모드의 바퀴를 구동하는 데 사용되는 에너지와 비행기 및 선박의 추력을 투자된 총 재생 가능 전기 에너지와 비교하여 측정합니다.
UM 연구원들은 엔진이나 연료 전지에서 수소를 직접 사용하는 것과 e-가솔린, e-디젤, e-제트 연료, e-메탄올 및 e-암모니아와 같은 e-연료 형태의 수소를 간접적으로 사용하는 것을 모두 고려했습니다. 이러한 용도를 배터리 전기 옵션과 비교한 결과, 수소 또는 e-연료 생산, 저장, 운송, 분배 및 사용 중 시스템 비효율성으로 인해 초기 전기 입력의 약 80%-90%의 에너지 손실이 발생한다는 사실을 발견했습니다.
반면, 전기 동력 운송은 수소를 직접 사용하거나 e-연료에 사용하는 것보다 약 3배에서 8배 더 효율적입니다. 연구 결과는 8월 7일 온라인판으로, 8월 21일 저널 'Joule'에 게재될 예정이다.
"우리는 기후변화로 인한 악영향을 감안할 때 운송을 탈탄소화하는 것이 시급하며, 이는 더욱 심화될 것입니다"라고 논문의 선임 저자이자 UM의 MI 수소 이니셔티브의 공동 이사인 Greg Keoleian은 말했습니다. "우리는 비용, 연료 공급 시간, 범위 및 안전성과 같은 다른 요인과 함께 배치를 안내하는 데 도움이 되는 에너지를 살펴봄으로써 수소가 어떤 역할을 할 수 있는지 조사합니다."
이 연구는 UM 연구원, 커뮤니티 그룹, 정부 및 산업 파트너 간의 협력을 촉진하여 청정 에너지 전환을 가속화하는 수소 솔루션을 만드는 것을 목표로 하는 UM의 MI 수소 이니셔티브의 일환으로 수행되었습니다.
연구팀에는 지속가능시스템센터(Center for Sustainable Systems), 미시간 공과대학(Michigan Engineering)의 항공우주공학과(Department of Aerospace Engineering), 해군 건축 및 해양공학부(Department of Naval Architecture and Marine Engineering)의 과학자들이 참여했습니다.
"우리는 미국의 재생 가능한 전력원이 경량 차량의 수소 생산을 지원하기에 충분하지 않다는 것을 발견했습니다. 녹색 수소는 전기 대체품이 부하와 범위에 의해 제한되는 대형 도로, 철도, 항공 및 해상 운송에서 전략적으로 사용되어야 합니다"라고 보고서의 제1저자이자 UM 환경 및 지속 가능성 학교의 지속 가능한 시스템 센터의 연구 전문가인 Tim Wallington은 말했습니다.
그러나 Wallington은 배터리가 장거리를 이동해야 하는 대형 운송 차량에서는 작동하지 않을 것이라고 말합니다. 배터리는 너무 무겁고 커서 200마일 이상을 비행하거나, 바다를 건너 화물선을 보내거나, 대륙을 가로지르는 기차에 동력을 공급할 수 없습니다.
연구원에 따르면 수소 또는 e-연료는 이러한 무거운 운송 응용 분야의 에너지원으로 더 적합합니다. 수소를 직접 연료원으로 사용하려면 연료 공급 및 인프라에 대한 대대적인 변화가 필요합니다. 수소 기반 e-연료를 사용하면 이러한 변화를 피할 수 있지만, 대부분의 경우 녹색 수소를 직접 사용하는 것보다 에너지 효율이 약 20~50% 낮습니다.
시스템 효율성을 특성화하고 각 수소 경로에 대한 에너지 입력 및 손실을 시각화하기 위해 연구팀은 25개의 Sankey 다이어그램 세트를 개발했습니다. 이 다이어그램은 재생가능한 전기 투입으로 시작하여 수소 생산 및 연료 전지, 내연 기관 또는 항공기의 경우 터보팬에서 최종 사용까지의 에너지 흐름을 추적합니다. 이러한 수소 경로는 모든 전기 옵션에 대한 다른 6개의 다이어그램 세트와 비교되었습니다.
연구원들은 또한 각 수소 경로의 에너지 집약도를 측정했는데, 이는 모든 주요 운송 수단에서 화물을 톤-마일 또는 승객-마일 단위로 사람을 이동시키는 데 얼마나 많은 재생 에너지가 필요한지를 나타냅니다.
"우리가 발견한 것은 추세가 석유 기반 운송의 에너지 집약도 추세를 따른다는 것입니다. 수소의 경우 철도와 운송이 가장 효율적이고, 항공기는 하늘에서 그 무게를 지탱해야 하기 때문에 가장 비효율적입니다"라고 지속 가능한 시스템 교수이기도 한 Keoleian은 말했습니다.
“지속 가능한 운송 관점에서 볼 때 가장 효율적인 운송 수단과 에너지 집약적인 교통 수단을 사용하고 싶을 것입니다. 재생 가능한 전기는 희소한 자원이므로 현명하게 사용해야 합니다."
이상의 기사는 2024년 8월 7일 TechXplore에 게재된 “Green hydrogen could power the future of passenger and freight transportation”제목의 기사 내용을 편집하여 작성하였습니다.
* 원문정보 출처 : Green hydrogen could power the future of passenger and freight transportation (techxplore.com)
* 추가정보 출처 : Green hydrogen pathways, energy efficiencies, and intensities for ground, air, and marine transportation: Joule (cell.com)