수소 경제는 수소를 사용하여 에너지를 전달하는 제안 된 시스템입니다. 수소 경제라는 용어는 1970 년 제너럴 모터스 (GM) 기술 센터에서 발표 한 토크 중 John Bockris에 의해 만들어졌습니다. 이 개념은 유전 학자 J.B.S.에 의해 일찍 제의되었다. 할댄.

수소 경제를지지하는 사람들은 원동력 (자동차와 보트 포함)과 탑재 된 보조 전원, 고정 된 발전 (예 : 건물의 에너지 요구), 그리고 에너지 저장 매체 (예 : 오프 피크 (off-peak)로 발생 된 초과 전력으로부터의 상호 변환을 위해). 연료로 사용될 수있는 종류의 분자 수소는 편리한 저장고에서 자연적으로 발생하지 않습니다. 그럼에도 불구하고 그것은 탄화수소의 증기 개질, 물 전기 분해 또는 다른 방법에 의해 생성 될 수있다.

2000 년대 개념에 대한 관심이 급증한 것은 일부 비평가들과 대안 기술의 지지자들에 의해 과장된 표현이었다. 에너지 운반 대의 부활은 현재 2017 년에 수소 협의회 (Hydrogen Council)의 결성에 의해 진행되고있다. 몇몇 제조사들은 현재 Toyota와 같은 제조업 자들과 중국의 자동차 산업계에 자동차의 수를 늘릴 계획 인 수소 연료 전지차를 상업적으로 출시했다 향후 10 년 동안 수십만

이론적 해석
수소 경제는 탄소가 대기 (이산화탄소, 일산화탄소, 미 연소 탄화수소 등)로 방출되는 탄화수소 연료 사용의 부정적 영향을 해결하기 위해 미시간 대학에서 제안되었습니다. 수소 경제에 대한 현대인의 관심은 일반적으로 미시간 대학의 Lawrence W. Jones가 1970 년에 작성한 기술 보고서에서 찾을 수 있습니다.

현재의 탄화수소 경제에서 운송은 주로 석유로 연료가 공급됩니다. 탄화수소 연료의 연소는 이산화탄소 및 기타 오염 물질을 방출합니다. 경제적으로 사용할 수있는 탄화수소 자원의 공급은 제한적이며 특히 중국, 인도 및 기타 개발 도상국에서 탄화수소 연료에 대한 수요가 증가하고 있습니다.

세계 규모의 수소 경제를지지하는 사람들은 수소가 최종 사용 시점에서 오염 물질 (예 : 미립자 물질) 또는 이산화탄소 배출없이 최종 사용자에게, 특히 운송 응용 분야에서 환경 적으로보다 깨끗한 에너지 원이 될 수 있다고 주장합니다. 2004 년 분석에 따르면 “대부분의 수소 공급망 경로는 하이브리드 전기 자동차에 사용되는 가솔린보다 대기로 이산화탄소를 훨씬 적게 방출 할 것”이라고 주장했으며 탄소 포집 또는 탄소 격리 방법이 가능하다면 이산화탄소 배출량을 크게 줄일 수 있다고 주장했다 에너지 또는 수소 생산 현장에서 활용된다.

수소는 높은 에너지 밀도를 가지고 있지만 체적에 의한 낮은 에너지 밀도를 가지고 있습니다. 고도로 압축되거나 액화 된 경우에도 체중에 의한 에너지 밀도는 가솔린 또는 천연 가스의 에너지 밀도의 약 3 배이지만 체적에 의한 에너지 밀도는 가솔린의 1/4에 불과합니다. 수소에서 작동하는 오토 사이클 내부 연소 엔진은 가솔린 내부 연소 엔진보다 8 % 높은 약 38 %의 최대 효율을 가지고 있다고합니다.

연료 전지와 전기 모터의 결합은 내연 기관보다 2-3 배 더 효율적입니다. 연료 전지의 자본 비용은 에너지 부에 의해 인용 된 $ 50 / kW의 모델 비용으로 최근 몇 년 동안 현저하게 감소했다.

이전 기술의 장애물에는 수소 저장 문제와 현재 기술 에서처럼 연료 전지에 사용되는 수소의 순도 요구 사항이 포함되어있어 작동 연료 전지는 99.999 %의 높은 수소 순도가 필요합니다. 수소 엔진 전환 기술은 연료 전지보다 경제적 일 수 있습니다.

현재 수소 시장
수소 생산은 2004 년 현재 커다란 성장세를 보이고 있습니다. 전 세계적으로 약 1 억 7 천만 톤의 수소가 2004 년에 생산되었으며, 연간 성장률은 약 10 %입니다. 미국 내에서 2004 년 생산량은 약 1,100 만 메트 릭 톤 (Mt)이었으며 평균 전력 흐름은 48 기가 와트였습니다. (비교를 위해 2003 년 평균 전기 생산량은 약 442GW였습니다.) 2005 년 현재 전세계에서 생산되는 모든 수소의 경제적 가치는 연간 약 1,350 억 달러입니다.

오늘날 수소에 대한 두 가지 주요 용도가 있습니다. 약 절반은 Haber 공정에서 암모니아 (NH3)를 생산하는데 사용되며, 암모니아 (NH3)는 직접 또는 간접적으로 비료로 사용됩니다. 세계 인구와 집중적 인 농업 모두를 지원하는 데 사용되기 때문에 암모니아 수요가 증가하고 있습니다. 암모니아는 수소를 운반하는보다 안전하고 쉬운 간접적 인 방법으로 사용될 수 있습니다. 수송 된 암모니아는 멤브레인 기술에 의해 바우 너 (bowser)에서 수소로 다시 전환 될 수있다.

현재 수소 생산의 나머지 절반은 중질 석유 자원을 연료로 사용하기에 적합한 더 가벼운 부분으로 전환시키는 데 사용됩니다. 이 후자의 공정은 수소 첨가 분해 (hydrocracking)로 알려져있다. Hydrocracking은 유가 상승으로 인해 석유 회사가 타르 샌드 (tar sand)와 오일 셰일 (oil shale) 같은 가난한 원료 물질을 추출 할 수 있기 때문에 더욱 큰 성장 영역을 의미합니다. 대규모 석유 정제 및 비료 제조에 내재 된 규모의 경제는 현장 생산 및 “포로 (Captive)”사용을 가능하게합니다. 소량의 “상인”수소가 제조되어 최종 사용자에게 인도됩니다.

수소 생산을위한 에너지가 (풍력, 태양열, 핵분열 또는 핵융합 원자력 등으로부터) 가능하다면, 탄화수소 합성 연료 생산을위한 물질의 사용은 수소의 포로 사용을 5 배에서 10 배로 확대시킬 수있다. 수소 첨가 분해는 약 4Mt / 년이다. 미국의 석유 수입 의존도를 줄이기 위해 37.7 Mt / yr의 수소가 충분한 국내 석탄을 액체 연료로 전환 시키는데 충분할 것으로 예상되며 중동 석유에 대한 의존도를 줄이려면이 수치의 절반에도 미치지 못한다. 석탄 액화는 현재의 화석 연료를 태우는 시스템보다 이산화탄소의 배출을 현저하게 감소 시키지만, 북미 석유의 상용화 이전에 미국의 석유 수입에 내제 된 정치적 및 경제적 취약성을 제거 할 것이다.

2004 년과 2016 년 현재 전세계 수소 생산의 96 %는 화석 연료 (천연 가스 48 %, 석유 30 %, 석탄 18 %)에서 생산됩니다. 물 전기 분해는 단지 4 %를 차지한다. 생산 분배는 경제적 선택에 대한 열역학 제약의 영향을 반영합니다 : 수소를 얻는 4 가지 방법 중 NGCC (천연 가스 복합 사이클) 발전소에서 천연 가스의 부분 연소는 가장 효율적인 화학 경로와 가장 큰 오프 테이크를 제공합니다 사용 가능한 열 에너지의 (참조 필요)

큰 시장과 화석 연료 가격의 급격한 상승은 대체적으로 저렴한 수소 생산 수단에 큰 관심을 불러 일으켰습니다. 2002 년 현재 대부분의 수소가 현장에서 생산되며 비용은 약 0.70 달러 / kg이며 현장에서 생산되지 않으면 액체 수소의 가격은 kg 당 2.20 달러에서 3.08 달러입니다.

내부 연소의 대안으로 연료 전지
수소 경제의 주요 제품 중 하나는 화학 에너지를 운동 에너지 또는 전기 에너지로 변환하는 주요 방법으로 내연 기관 및 터빈에서 연소 된 화석 연료를 연료로 대체 할 수 있다는 것입니다. 이로써 온실 가스 배출 및 해당 엔진의 오염을 제거합니다. 수소가 기존의 내연 기관에서 사용될 수 있지만, 전기 화학적 인 연료 전지는 열 엔진보다 이론적 인 효율성 이점이 있습니다. 연료 전지는 일반적인 내연 기관보다 생산 비용이 비쌉니다.

일부 유형의 연료 전지는 탄화수소 연료로 작동하지만 모두 순수한 수소로 작동 할 수 있습니다. 연료 전지가 내연 기관 및 터빈과 가격 경쟁력이있는 경우 대형 가스 연소 발전소가이 기술을 채택 할 수 있습니다.

수소 가스는 연료 전지와 같은 응용 분야에 적합한 “기술 등급”(순도 99.999 %)과 탄소 및 황 함유 불순물이 함유 된 “상용 등급”으로 구분해야합니다. 훨씬 더 저렴한 증기 개질 공정으로 생산 될 수 있습니다. 불순물이 연료 전지 스택의 수명을 빠르게 저하 시키므로 연료 전지는 고순도 수소를 필요로합니다.

수소 경제 개념에 대한 많은 관심은 전기 자동차에 전력을 공급하는 연료 전지의 사용에 초점을 맞추고 있습니다. 현재의 수소 연료 전지는 낮은 전력 대 중량비로 고통 받고있다. 연료 전지는 내연 기관보다 훨씬 효율적이며 해로운 가스를 배출하지 않습니다. 수소 저장의 실용적인 방법이 도입되고 연료 전지가 더 저렴 해지면 하이브리드 연료 전지 / 배터리 자동차 또는 순수하게 연료 전지로 구동되는 차량에 경제적으로 실행 가능할 수 있습니다. 내연 기관에 사용되는 탄화수소 연료가 더 비싸게됨에 따라 연료 전지 구동 차량의 경제성이 향상 될 것입니다. 탄소 배출권 등의 조치를 통해 쉽게 접근 할 수있는 매장량의 부족이나 환경 영향에 대한 경제적 인 회계 처리 때문입니다.

금속 이온 교환에 기반한 다른 연료 전지 기술 (예 : 아연 – 공기 연료 전지)은 일반적으로 수소 연료 전지보다 에너지 전환에서 더 효율적이지만 모든 전기 에너지 → 화학 에너지 → 전기 에너지 시스템의 광범위한 사용은 생산을 필요로합니다 전기의.

2003 년 연두 교서 (State of Union) 연설 이후, 수소 경제의 개념이 미국의 국가적 중요성에 이르렀을 때, 불확실한 합창이 계속되었습니다. 가장 최근에, 럭스 리서치 (Lux Research, Inc.)는 2013 년에 “수소 경제의 꿈은 더 가깝지 않습니다.”라는 보고서를 발표했습니다. “수소 공급이 아닌 자본 비용은 2030 년까지 5.9GW로 채택을 제한 할 것이며,”틈새 용도를 제외하고는 채택에 거의 막을 수없는 장벽 “을 제공한다고 결론 지었다. 럭스의 분석에 따르면 2030 년까지 PEM 정차 시장은 10 억 달러에 달할 것이며 포크 리프트를 포함한 차량 시장은 총 20 억 달러에 달할 것으로 전망됩니다.

자동차 연료 및 시스템 효율로 사용
에너지 균형으로 알려진 열역학 과정에서 활용되는 에너지의 계산은 자동차 연료에 적용될 수 있습니다. 오늘날의 기술로 수증기 개질을 통한 수소 제조는 75 ~ 80 %의 열효율로 수행 될 수 있습니다. 수소를 액화하거나 압축하고 트럭이나 파이프 라인을 통해 주유소로 수송하기 위해서는 추가 에너지가 필요합니다. 수소를 생산, 운송 및 공급하기 위해 킬로그램 당 사용해야하는 에너지 (즉, 잘 알려진 에너지 사용)는 2004 년에 사용 가능한 기술을 사용하여 약 50MJ입니다.이 에너지를 1kg의 수소 엔탈피에서 뺍니다. 141 MJ이고, 엔탈피로 나눔으로써 대략 60 %의 열 에너지 효율을 산출한다. 비교해 볼 때, 가솔린은 정유소에서 갤런 당 에너지 투입량이 적고 주변 온도에서 갤런 당 에너지 밀도가 높기 때문에이를 운반하고 저장하는 데 비교적 적은 에너지가 필요합니다. 잘 말해서, 가솔린 공급 체인은 약 80 % 효율적이다 (Wang, 2002). 그리드 기반의 수소 공급 방식은 전기를 사용하여 전해 기 (electrolyser)를 가동하는 것입니다. 전력선을 따라 전송하는 동안 전기의 약 6 %가 손실되고, 화석 연료를 전기로 변환하는 프로세스는 대략 33 %의 효율을 낸다. 따라서 효율성이 주요 결정 요인이라면 수소 차량이 그러한 방법으로 연료를 공급받을 가능성은 낮을 것이며 실제로 이러한 방식으로 볼 때 전기 자동차가 더 나은 선택 인 것처럼 보일 것입니다. 그러나 위에서 언급했듯이 수소는 중앙 집중식 또는 분산 방식으로 여러 공급 원료에서 생산 될 수 있으며 이는 연료를 생산하고 분배하는보다 효율적인 경로를 제공합니다.

노르웨이 에너지 시스템에서 다른 차량과 비교하여 수소 차량의 유익한 효율을 연구 한 결과, 수소 연료 전지 차량 (FCV)은 전기 분해가 사용되는 경우 EV와 비교하여 효율이 1/3 인 경향이 있으며, 수소 내부 Combustion Engines (ICE)는 효율성면에서 겨우 여섯 번째입니다. 수소 연료 전지가 전기 분해보다는 천연 가스 개혁에서 그들의 수소를 얻고, EV가 천연 가스 발전소로부터 그들의 힘을 얻는 경우에도, 전기 자동차는 여전히 35 %에서 25 % 앞서 나간다. (H2 얼음). 이는 휘발유 ICE의 경우 14 %, 휘발유 ICE 하이브리드의 경우 27 %, 디젤 ICE의 경우 17 %와 비슷합니다.

수소는 온실 가스 감축 측면에서 휘발유 (가솔린)를 대체 할 수있는 가장 효율적이지 않고 가장 비싼 대체물 중 하나입니다. 다른 기술은 저렴하고 신속하게 구현 될 수 있습니다. 운송 응용 분야에서 수소에 대한 포괄적 인 연구 결과는 “수소 경제의 비전을 달성하기위한 경로에 주요 장애물이 있으며 경로가 단순하거나 직관적이지 않을 것”이라고 밝혔다. Ford Motor Company와 프랑스 Renault-Nissan이 각각 2008 년과 2009 년에 수소 자동차 연구 개발 노력을 취소 했음에도 불구하고 다른 제조업체와 2009 년 9 월에 Now Lett와 2009 년 9 월에 FCV의 상업적 도입을 지원하는 2009 년 편지를 체결했습니다. 영국의 에너지 및 기후 변화 국 (Department of Carbon Trust)은 수소 기술이 수입 원유에 대한 의존도를 낮추고 재생 가능 발전의 감소를 막음에도 불구하고 거의 제로에 가까운 배출량으로 영국의 운송 수단을 제공 할 수 있다고 제안했다. 그러나이 기술은 비용, 성능 및 정책면에서 매우 어려운 문제에 직면 해 있습니다.

환경적인 우려
수소 제조의 환경 적 영향에 대한 많은 우려가 있습니다. 수소는 물의 전기 분해 또는 화석 연료 개질에 의해 만들어진다. 화석 연료를 개조하면 내연 기관에서 화석 연료를 직접 사용하는 것과 비교하여 이산화탄소 배출량이 높아집니다. 유사하게, 수소가 화석 연료 발전기로부터의 전기 분해에 의해 생성된다면, 화석 연료의 직접 사용과 비교하여 증가 된 이산화탄소가 배출된다.

전기 분해에 의해 수소를 생성하기 위해 신 재생 에너지 원을 사용하는 것은 추가 전환 단계와 분배 손실 때문에 전기 자동차를 작동하기 위해 재생 에너지를 직접 사용하는 것보다 더 많은 에너지를 필요로합니다. 그러나 수송 용 연료 인 수소는 주로 온실 가스 배출이 아닌 연료 전지용으로 사용됩니다.

수소 가스 누설과 관련된 가능한 문제에 대한 우려도있었습니다. 분자 수소는 대부분의 격납 용기에서 서서히 누출됩니다. 상당량의 수소 가스 (H2)가 빠져 나가면 수소 가스가 자외선으로 인해 성층권에서 자유 라디칼 (H)을 형성 할 수 있다고 가정 해 왔습니다. 이러한 자유 래디컬은 오존 붕괴의 촉매제 역할을 할 수 있습니다. 누출 된 H2로 인한 성층권 수소의 충분히 큰 증가는 고갈 과정을 악화시킬 수 있습니다. 그러나 이러한 누설 문제의 영향은 중요하지 않을 수 있습니다. 오늘날 누출되는 수소의 양은 일부 연구자들에 의해 추측되는 추정 된 10-20 % 수치보다 훨씬 더 낮다 (10-100 배). 예를 들어, 독일에서는 누출 율이 0.1 % (천연 가스 누출 율 0.7 % 미만) 밖에되지 않습니다. 대부분의 경우, 이러한 누출은 현존하는 기술을 사용하여 광범위하게 수소를 사용하더라도 1-2 % 이하일 것입니다.

소송 비용
2004 년에 증기 개질 또는 전기 분해에 의한 수소 연료 단위 생산은 천연 가스로부터 연료의 등가 단위 생산보다 약 3-6 배 더 비쌌다. 비용을 평가할 때 화석 연료가 일반적으로 참고로 사용됩니다. 이들 연료의 에너지 함량은 인간 노력의 산물이 아니므로 비용이 할당되지 않습니다. 추출, 정제, 운송 및 생산 비용 만 고려됩니다. 반면에, 수소 연료 단위의 에너지 함량은 제조되어야하며, 따라서 정제, 운송 및 유통의 모든 비용을 제외하고는 상당한 비용이 소요됩니다. 트롤리 버스 또는 배터리 전기 자동차와 같이 재생 가능 발전 전기를보다 직접적으로 사용하는 시스템은 1 차 에너지 원과 사용 시점간에 필요한 변환 프로세스가 적기 때문에 상당한 경제적 이점을 가질 수 있습니다.

고순도 수소의 가격을 낮추는 장벽은 1 킬로그램의 수소 가스를 생성하는 데 사용되는 전기의 35kWh 이상의 비용입니다. 스팀 개조로 생산 된 수소는 생산 된 에너지 단위당 천연 가스 비용의 약 3 배입니다. 이것은 천연 가스의 가격이 $ 6 / million BTU 인 경우 수소가 $ 18 / million BTU가 될 것임을 의미합니다. 또한 전기를 5 센트 / kWh로 전기 분해하여 수소를 생산하는 데는 $ 28 / million BTU가 소요됩니다. 이는 천연 가스로부터 얻는 수소 비용의 1.5 배입니다. 전기로부터의 수소 생산 비용은 전기 비용의 선형 함수이므로, 10 센트 / kWh의 전기는 수소가 56 억 달러의 BTU를 소비 함을 의미합니다.

ITM Power의 전해조 및 연료 전지 기술의 진보는 수소를 만들기 위해 물을 전기 분해하는 데 소요되는 비용을 처리하는 데 중요한 역할을했다고 주장됩니다. 비용을 줄이면 연료를 공급하지 않는 재생 가능 에너지 원으로부터 수소를 경제적으로 연료를 공급할 수 있습니다.

수소 파이프 라인은 심지어 장거리 전기선보다 비쌉니다. 수소는 동일한 엔탈피에 대해 천연 가스보다 부피가 약 3 배 크다. 수소는 강철의 균열 (수소 취화)을 촉진시켜 유지 보수 비용, 누설 률 및 재료비를 증가시킵니다. 새로운 기술로 인해 비용의 차이가 커질 수 있습니다. 공기 중에 매달려있는 와이어는 재료비가 약간만 상승해도 더 높은 전압을 사용할 수 있지만 압력 파이프가 높을수록 비례 적으로 더 많은 재료가 필요합니다.

수소 경제를 구축하려면 차량에 수소를 저장하고 분배하기 위해 인프라에 막대한 투자가 필요합니다. 반대로 이미 공개적으로 이용 가능한 배터리 전기 자동차는 전기 전송 및 배전을위한 기존 인프라의 즉각적인 확장을 필요로하지 않을 것이다. 야간에 사용되지 않는 발전소 용량은 전기 자동차 충전에 사용될 수 있습니다. 2006 년 12 월 태평양 북서부 국립 연구소 (US Northwest National Laboratory)가 미 에너지 부에 대해 수행 한 연구에 따르면, 미국의 유휴 오프 그리드 용량은 미국 내 모든 차량의 84 %를 차지하는 데 충분할 것으로 나타났습니다. 전기 자동차.

각기 다른 생산 방법에는 각각 관련 투자 및 한계 비용이 다릅니다. 에너지와 공급 원료는 천연 가스, 핵, 태양, 풍력, 바이오 매스, 석탄, 기타 화석 연료 및 지열과 같은 여러 출처에서 유래 할 수 있습니다.

소규모 천연 가스
스팀 개조를 사용합니다. 분배 시설 (즉, 주유소)에서 500kg / 일의 소형 개질기에 의해 생산되는 경우 1 조 5 천만 달러가 소요되는 개혁가 777,000 개와 1 억 5 천만 톤의 개질기를 필요로하는 가스 159 만 입방 피트 (450,000㎥)가 필요합니다. 매년 수소 가스. 수소 전용 인프라의 필요성을 없애줍니다. GGE 당 $ 3.00 (Gallons of Gasoline Equivalent)

핵무기
물의 전기 분해를위한 에너지를 제공합니다. 240,000 톤의 비 농축 우라늄 – 2,000 메가 와트의 발전소는 840 억 달러, GGE 당 2.50 달러가 소요됩니다.

솔라
물의 전기 분해를위한 에너지를 제공합니다. 1 평방 미터 당 2,500 kWh의 태양, 1 조 2200 억 달러 (GGE 당 약 9.50 달러)가 소요되는 1 억 3 백만 개의 40 킬로와트 시스템이 필요합니다.

바람
물의 전기 분해를위한 에너지를 제공합니다. 초당 평균 7m의 풍속에서는 1 기가의 2MW 풍력 터빈이 필요합니다. 풍력 터빈은 3 조 달러, 즉 GGE 당 약 3 달러입니다.

바이오 매스
가스화 플랜트는 증기 개질을 통해 가스를 생산합니다. 15 억 톤의 건식 바이오 매스, 3,300 개의 식물은 바이오 매스 생산을위한 11340 만 에이커의 농장을 필요로합니다. $ 5650 억의 비용, 또는 GGE 당 약 $ 1.90

석탄
FutureGen 공장은 석탄 가스화와 증기 개질을 사용합니다. 10 억 톤의 석탄 또는 약 1,000 억 275 메가 와트의 발전소가 필요합니다. 비용은 약 5 천억 달러 또는 GGE 당 약 1 달러입니다.
교육청 목표 비용

예제 및 파일럿 프로그램
몇몇 미국 자동차 제조업체는 수소를 사용하여 차량을 개발하기로 약속했습니다. 현재 수송을 목적으로하는 수소의 분포는 전 세계적으로, 특히 포르투갈, 아이슬란드, 노르웨이, 덴마크, 독일, 캘리포니아, 일본 및 캐나다에서 시험되고 있지만 비용은 매우 높습니다.

일부 병원은 지역 응급 전원을 위해 전해조 – 저장 – 연료 전지 유닛을 결합하여 설치했습니다. 이는 유지 보수 필요성이 낮고 내연 구동 발전기에 비해 위치가 용이하기 때문에 비상시에 유용합니다.

아이슬란드는 2050 년까지 세계 최초의 수소 경제가되기 위해 노력해 왔습니다. 아이슬란드는 독특한 위치에 있습니다. 현재, 자동차 및 어선의 동력을 얻기 위해 필요한 모든 석유 제품을 수입합니다. 아이슬란드는 엄청난 지열 자원을 가지고 있기 때문에 전기의 현지 가격이 실제로 전기를 생산하는 데 사용할 수있는 탄화수소 가격보다 낮습니다.

아이슬란드는 이미 잉여 전력을 수출 가능한 제품과 탄화수소 대체물로 전환하고있다. 2002 년에는 주로 비료 용 암모니아 (NH3) 생산을 위해 전기 분해로 2,000 톤의 수소 가스를 생산했습니다. 암모니아는 전 세계적으로 생산, 운송 및 사용되며 암모니아 비용의 90 %는 암모니아를 생산하는 데 드는 에너지 비용입니다. 아이슬란드는 또한 알루미늄 제련 산업을 개발 중이다. 알루미늄 비용은 주로 제련소를 가동하기위한 전기 비용으로 인해 발생합니다. 이들 산업 중 하나는 아이슬란드의 잠재적 지열 전력을 모두 효과적으로 수출 할 수 있습니다.

어느 산업도 탄화수소를 직접 대체하지 않습니다. 아이슬란드의 레이캬비크 (Reykjavik)는 압축 된 수소로 운행되는 도시 버스의 작은 조종사를 보유하고 있었고, 국가의 어선에 수소를 공급하는 연구가 진행되고 있습니다. 더 실용적인 목적을 위해, 아이슬란드는 그것을 대체하기보다는 수입 된 오일을 수소로 처리 할 수있다.

레이캬비크 (Reykjavík) 버스는 유럽 8 개 도시의 수소 연료 버스 운영 프로그램 인 HyFLEET : CUTE의 일부입니다. HyFLEET : CUTE 버스는 중국 베이징과 호주 퍼스에서 운영되었습니다 (아래 참조). 노르웨이의 Utsira 섬에서 수소 경제를 시연하는 파일럿 프로젝트가 운영되고 있습니다. 설치는 풍력 발전과 수소 발전을 결합합니다. 잉여 풍력 에너지가있는 기간에는 잉여 전력이 전기 분해에 의해 수소를 발생 시키는데 사용된다. 수소가 저장되어 바람이 거의 없을 때 발전에 사용할 수 있습니다.

미국은 몇 가지 예를 들어 수소 정책을 가지고 있습니다. NREL과 Xcel Energy 사이의 조인트 벤처는 콜로라도에서 풍력 발전과 수소 발전을 같은 방법으로 결합합니다. Newfoundland와 Labrador의 Hydro는 Ramea의 원격 섬에있는 현재의 풍력 – 디젤 전력 시스템을 Wind-Hydrogen Hybrid Power Systems 시설로 전환하고 있습니다. 스튜어트 섬 (Stuart Island)과 비슷한 파일럿 프로젝트는 풍력 발전 대신 태양 에너지를 이용하여 전력을 생산합니다. 배터리가 가득 차면 초과 전기를 사용할 수있을 때, 전기 분해에 의해 수소가 생성되고 나중에 연료 전지로 전기를 생산하기 위해 저장됩니다.

영국은 2004 년 1 월 연료 전지 시범 프로그램을 시작했으며 2005 년 12 월까지 런던의 25 번 노선에서 2 대의 연료 전지 버스를 운행했으며 2007 년 1 월까지 RV1 노선으로 전환했습니다. 현재 수소 원정대는 수소 연료 전지 – 수소 연료 전지의 성능을 입증하는 방법으로 지구를 일주하는 데 사용합니다.

웨스턴 오스트레일리아의 기획 및 인프라 부서 (Department of Planning and Infrastructure)는 퍼스의 퍼스 연료 전지 버스 시험을위한 지속 가능한 운송 에너지의 일환으로 3 개의 다임러 크라이슬러 시타로 연료 전지 버스를 운영했습니다. 버스는 일반 Transperth 대중 버스 노선에서 Path Transit을 통해 운행되었습니다. 이 시험은 2004 년 9 월에 시작되어 2007 년 9 월에 끝났습니다.이 버스의 연료 전지는 양성자 교환막 시스템을 사용하고 퍼스 남쪽의 퀴 나나 (Kwinana)에있는 BP 정제소에서 원 수소를 공급 받았습니다. 수소는 정유 공장의 산업 공정의 부산물이었습니다. 버스는 말라가의 북부 퍼스 교외에있는 역에서 연료를 보냈다.

유엔 산업 개발기구 (UNIDO)와 터키 에너지 자원부는 2003 년 이스탄불에서 국제 에너지 기술 센터 (UNIDO-ICHET) 창설을위한 4000 만 달러 신탁 기금 협약을 체결했다. 2004 년에는 UNIDO-ICHET의 전제에서 수소 지게차, 수소 카트 및 재생 가능 에너지로 가동되는 모바일 하우스가 시연되고 있습니다. 무정전 전원 공급 장치 시스템은 2009 년 4 월부터 이스탄불시 버스 회사 (Istanbul Sea Buses)의 본사에서 근무하고 있습니다.

수소를 완전히 분배하는 수소 경제 대안으로 사용하는 수소
수소는 단순히 에너지를 저장하고 전달하는 방법입니다. 수소 생산으로 시작하지만 매장 및 전송 인프라의 모든 부분에 사용하지 않는 다양한 대체 에너지 전송 및 저장 시나리오는 근거리 및 원거리 모두 경제적 일 수 있습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.

암모니아 경제
에너지 운반체로서 기체 상태의 수소의 대안은 공기와 질소를 결합시켜 암모니아를 생산하는 것이며, 암모니아는 쉽게 액화, 운반 및 청결하고 재생 가능한 연료로서 (직접 또는 간접적으로) 사용될 수있다. 예를 들어, 2018 년 호주의 CSIRO 연구자들은 도요타 미라이 (Toyota Mirai)와 현대 넥텍 (Hyundai Nexo)에 멤브레인 기술을 사용하여 암모니아로부터 수소를 분리하여 연료를 공급했습니다.

온실 중립 알코올의 수소 생산
메탄올 경제는 수소 생산으로 시작될 수있는 합성 연료 생산 에너지 계획입니다. 완전한 “수소 경제”에서의 수소는 처음에는 자동차로 사용할 수있는 무공해 형태의 재생 가능 에너지를 만드는 방법으로 제안되었습니다. 그러나 동일한 문제를 해결하기위한 이론적 인 대안은 수소를 중앙에서 생산하고 곧바로 수소를 사용하여 이산화탄소 원에서 액체 연료를 만드는 것입니다. 이것은 수소를 수송하고 저장할 필요성을 제거 할 것이다. 배출원은 연료 연소 발전소에서 생성되는 CO2 일 수 있습니다. 온실 중립성을 유지하기 위해서는 그러한 계획에서 이산화탄소의 공급원이 공기, 바이오 매스 또는 대기 중에 이미 방출 된 CO2의 다른 공급원 일 필요가있다. 직접 메탄올 연료 전지는 상업적으로 사용되고 있지만 2011 년 8 월 현재 효율적이지 않습니다.

전기 그리드 및 합성 메탄올 연료 전지
포수 수소를 사용하여보다 쉽게 ​​사용할 수있는 연료를 생성하는 위에 언급 된 많은 하이브리드 전략은 수소 생산 그 자체보다 더 효과적 일 수 있습니다. 단기간의 에너지 저장 (에너지가 캡처 된 후 얼마 지나지 않아 사용됨을 의미)은 배터리 또는 울트라 커패시터 저장소를 사용하는 것이 가장 좋습니다. 장시간의 에너지 저장 (포획 후 몇 주 또는 몇 달 동안 에너지를 사용함)은 상대적으로 저렴한 비용으로 무기한 저장할 수있는 합성 메탄 또는 알콜을 사용하는 것이 더 좋을 수 있으며 전기 자동차 용 연료 전지의 일부 유형 . 이 전략은 에너지 필요성을 위해 전기 및 연료 저장 장치의 하이브리드 전략을 사용하는 플러그인 하이브리드 전기 자동차 (PHEV)에 대한 최근 관심에 잘 부합합니다. 수소 저장은 몇 일과 몇 주 사이의 좁은 범위의 에너지 저장 시간에 최적 인 것으로 제안되었습니다. 이 범위는 배터리 기술의 향상으로 인해 더 좁혀 질 수 있습니다. 수소 저장 또는 발전에있어서 어떤 종류의 돌파구가 발생할 수는 있지만, 기술적 선택의 물리적 및 화학적 한계가 상당히 잘 알려져 있기 때문에 이러한 가능성은 거의 없다.

캡 티브 수소 합성 메탄 생산 (SNG 합성 천연 가스)
합성 알코올 생산과 마찬가지로 수소는 온실 효과가없는 가스 연료를 직접 (비 생물학적으로) 생산하기 위해 현장에서 사용할 수 있습니다. 따라서, 온실 가스 중성 메탄의 포로 형 수소 매개 생산이 제안되었다 (이것은 천연 메탄에서 수소를 얻는 현재의 방법과는 반대이지만, 궁극적 인 연소와 화석 연료 탄소 방출을 필요로하지 않는 방법이다). 포획 수소 (예 : CCS (Carbon Capture & Storage)와 같은 이산화탄소)는 현장에서 사바 티어 반응을 사용하여 메탄을 합성 할 수 있습니다. 이것은 연료 효율의 방식에 따라 약 60 %의 효율을 가지며, 왕복 여행은 20 ~ 36 %로 감소합니다. 이는 수소보다 훨씬 낮지 만, 메탄의 비점이 높고 에너지 밀도가 높아서 저장 비용이 최소한 3 배 감소합니다. 액체 메탄은 액체 수소의 에너지 밀도의 3.2 배이며 컴팩트하게 저장하기 쉽습니다. 또한 파이프 인프라 (천연 가스 파이프 라인)가 이미 마련되어 있습니다. 천연 가스 동력 차량은 이미 존재하며 기존의 내부 엔진 기술로부터 쉽게 적응할 수있는 것으로 알려져 있으며, 수소로 직접 운행하는 내부 연소 자동차보다 쉽습니다. 천연 가스 구동 차량에 대한 경험에 따르면, 일단 연료를 저장하기 위해 전환 비용을 수락하면 메탄 저장 장치가 저렴합니다. 그러나 알코올 저장 비용은 더 낮기 때문에이 기술은 알코올 생산과 관련하여 상당한 비용 절감을 위해 메탄을 생산해야합니다. 경쟁 기술에서의 연료의 궁극적 인 성숙 가격은 현재 알려지지 않았지만, 둘 다 직접 수소를 수송하고 사용하려는 시도에 비해 상당한 인프라 비용 절감 효과를 기대할 수 있습니다.

가설적인 재생 가능 에너지 지배적 인 에너지 시스템에서 풍력, 태양 광, 수력, 해류 및 다른 것들이 생성하는 초과 전기를 물의 전기 분해에 의해 수소를 생성하고 CO2와 메탄 (천연 가스)을 결합하여 사용하는 것이 제안되었습니다. 수소는 첫째로 연료 전지 (CHP)에서 현장에서 사용되거나 생산 효율이 높기 때문에 운송 후 기존 메탈 네트워크에 주입되어 전기 및 열을 발생시켜 재생 에너지의 낮은 포인트를 극복 할 수 있습니다 생산. 기술 된 공정은 다음과 같이 메탄을 생성하기 위해 (사바이어 반응을 통해) BECCS (탄소 포집 및 저장과 함께 바이오 에너지)에서 이산화탄소 CO2를 추가하는 것 (연료 전지에서 부분적으로 사용될 수있는 수소)을 생성하는 것이다. : CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O.