1. 개요
수소에너지란 수소로 만드는 에너지를 의미한다.2. 수소의 생산, 저장과 운반, 활용
- 생산 및 저장적 측면에서 전기에너지를 수소로 만들어 저장하는 양을 수소에너지라고 부를 수 있다.
- 또한 활용적 측면에서 핵융합을 통해 질량결손 에너지를, 연료전지를 통해 전기 에너지를, 연소를 통해 열 에너지를, 부력을 통해 위치 에너지를 수소에너지라고 부를 수 있다.
2.1. 생산-저장 측면에서의 수소에너지
' 전기 분해를 통해 수소 생산 ~ 연료전지를 통해 전기 생산'의 전주기 효율이 논의된다.수소의 고위발열량(HHV)은 39.4kWh/kg(약 143 MJ/kg)으로, 아무리 100% 효율의 전해조라도 이만큼의 전기를 넣어야 1kg의 수소를 얻는다. 상업화된 전해조는 45~50kWh/kg의 효율을 가지며, 이는 5~10kWh/kg이 열로 버려지거나 난방에 사용된다는 것이다. 반대로, 수소의 저위발열량(LHV)는 33.4kWh/kg으로, 아무리 100% 효율의 연료전지라도 1kg의 수소로 이 이상의 발전은 할 수 없다. 상업화된 연료전지는 15~20kWh/kg의 효율을 가진다. 즉 13~18kWh만큼은 열로 버려지거나 난방에 사용된다는 것이다. 따라서 수소 1kg당 50kWh의 전기를 저장했다가, 20kWh의 전기를 꺼내 쓰고, 30kWh의 열이 생산되는 셈이 된다.
수소 비판 진영은 이 낮은 전기 저장효율을 비판한다.
수소 옹호 진영은 배터리- 양수발전이 전기 저장효율이 좋은건 알지만, 신재생에너지의 90%가 버려지는데, 이만한 국가 단위 대용량을 저장할(이를 P2X, Power to X라고 한다) 수단은 수소가 유력하다고 주장한다.
수소 비판 진영은 이를 재반박하기를, 수소 생산업체들이 당연히 수익을 위해 전해조를 24시간 가동하길 원할 것이고, 하루 3~6시간의 간헐적인 신재생에너지 외의 시간에는 그리드 전기를 이용할 것이라 주장할 수 있다.
수소 옹호 진영은 이를 재재반박하기를 그리드 전기 자체는 가치중립적이며, 지열 발전, 원자력 발전 등 화석연료가 아니면서 안정적인 에너지원도 있다고 주장할 수 있다.
2.2. 활용 측면에서의 수소에너지
수소자동차 중 승용차는 보통 1 kg 당 100 km의 연비로 운행할 수 있다. 승용차용 연료탱크는 '주행거리 500~1000km 또는 주1회 충전'을 설계조건으로 하여 '700bar 고압 기체 5~10kg'을 넣는다.Well-to-Wheel 효율 (WTW, 연료 생산부터 차량 운행까지의 효율) 분석하여야 정확한 값을 확인 할 수 있다. 각 기관에서 발표한 자료[1]에 따르면 천연가스로부터 추출한 수소의 경우, WTW 총괄 효율은 31~36% 수준이다. 비교하면 내연기관차량은 14%, 하이브리드차(개솔린/LNG) 23%, LNG 개질 연료전지차 27.5%, 배터리 전기차 28%, 직접수소연료전지(Direct Hydrogen Fuel cell vehicle)) 30.5% 정도이다. ##
수소 열차는 1 kg당 1 km의 연비로 운행한다. 동차/트램은 400kWh 연료전지와 1t의 수소탱크로 2~5량의 여객을 운송하는 것을 목표한다. 기관차는 2.7MWh 연료전지와 1t의 수소탱크로 10량의 화물을 운송하는 것을 목표한다.
[1]
Air-Liquid 발표 - ① 차량자체 효율 : 수소전기차 56% vs 전기차 68% ② WTW 총괄효율 : 수소전기차 31% vs 전기차 35% / 도요타 발표 - ① 차량자체 효율 : 수소전기차 60% vs 전기차 81% ②WTW 총괄효율 : 수소전기차 36% vs 전기차 24%