[ 목 차 ]

1. 개요
2. 산업 분석
3. 기술 개발 동향
4. 주요 플레이어 특허동향
5. 전략제품 기술 개발 전략

1. 개요 가. 정의 퍀 수소를 이용한 에너지저장기술 은 (Hydrogen based Energy Storage System, HESS) 재생에너지 기반 잉여전력을 이용하여 물을 전기분해함으로써 이산화탄소 배출 없이 재생에너지를 수소의 형태로 저장하고 원하는 곳으로 운송한 후 필요할 때 연료전지와 , 연계하여 전기를 재생산하는 기술임 ▪ 대용량 재생에너지 운반체 로 수소는 무게대비 에너지 밀도가 가솔린 (Renewable Energy Carrier) 및 디젤이 가지는 에너지 밀도보다 약 배 높음 수소는 이산화탄소의 배출 없이 물만 배출하므로 3 . 전력 생산 프로세스가 친환경적인 저장방식임 퍀 에너지 매체로 수소를 사용하기 위해서는 효율적인 수소저장 기술이 중요한데 수소저장 기술은 , 크게 물리적 물질기반 저장 방식으로 분류되며(Physical-based), (Material-based) , 현재까지 개발된 수소저장방법으로는 기체수소저장법 액체수소저장법 수소저장재료를 이용하는 방법 등이 있음, , 수소저장 방법의 분류 [ ] 출처 수소에너지 기술현황과 융합* : Convergence Research Review, (2019) 퍀 기체수소저장법의 경우 약간의 충격에도 높은 위험성을 내포하고 있으며 기압 정도의 , 150 고압을 견뎌낼 수 있는 압력장비의 설계 및 개발이 필요함 퍀 액체수소 저장 운송의 경우 기체수소를 약 부피의 액체수소로 액화하고 이를 대용량 · , 1/800 , 저장탱크에 저장 액체수소 컨테이너를 이용하여 운송할 수 있음, ▪ 액체수소저장법은 수소를 액화시키는데 많은 비용이 소요되며 운송 중 온도를 유지하는 것이 문제임 5. 수소 저장 운반용·복합 소재 - 4 - 퍀 수소 고체저장은 금속재료 계통의 수소화물은 수소와 금속이 화학적으로 결합하는 것으로 많은 양의 수소를 저장할 수 있는 기술임 ▪ 금속계 탄소계 다공질계 및 착체계 재료 등의 고체재료와 수소가 반응하여 수소화물이 형성되어 , , 수소를 저장하는 방식으로 안전하면서도 고효율이라는 장점이 있음, ▪ 다만 고체 저장된 수소 중 일부가 영구적으로 결합하는 현상이 발생하여 영구적인 사용이 어려움, , 퍀 수소저장용기는 고압이나 저온 등 특수한 상태에서 수소를 흡수하여 금속 수소화물이 되어 압력이나 열 변화에 의해 수소를 방출하여 흡열되는 합금으로 이루어진 저장 용기로 정의됨 퍀 수소저장용기를 활용한 소재는 수소 스테이션용 금속 소재 및 수소 운반에 필요한 탱크 소재와 수소 저장을 위한 수소저장금속 유기소재 액화수소 저장 용기소재 등 분야에 걸쳐 포함, , 수소저장방법의 장단점 [ ] 후방산업 장단점 기체수소저장법 · (150 ) (50L, 55kg) 고압 기압 가스용기 · , 체적당 중량당 저장밀도가 낮음 액체수소저장법 · -253 , ℃ 상압 · 10~14kw/kg H2의 액화 에너지 소요 · 증발을 최소화하기 위한 특수 단열용기 필요 · 장기 보관 시 수소 손실 · , 체적당 중량당 저장밀도가 높음 유기하이드라이드 · 8 압축방식 대비 배 운송효율 상온상압에서 운송 가능 · 톨루엔을 수소와 반응시켜 메틸시클로핵산형태로 저장 · 소형 탈수소장치 상용화 필요 수소저장재료 수소저장합금 · 체적당 수소 저장 밀도가 높음 · 중량당 수소 저장 밀도 낮음 · 안정성이 높음 · 수소 순도 향상 · 수소저장합금이 고가 · 수소저장합금의 열화로 저장횟수 제한 탄소 소재 · 저온에서 활성화 탄소 표면에 수소 흡착 · (77K) 저온 유지장치 필요 · , 체적당 중량당 저장밀도 낮음 출처 한국과학기술정보연구원 고용량 수소저장합금의 개발 동향* : , (2017) 전략품목 현황분석 - 5 - 퍀 수소의 운송은 크게 수소 탱크 수소 튜브 트레일러 및 파이프라인 등 세 가지로 구분할 수 , 있음 수소 탱크는 금속소재부터 탄소섬유까지 다양한 소재가 향후 주력 소재가 연구개발 . 중이며 내고압 경량화 저비용 등을 목표로 함, , , ▪ 압축기술의 한계치 에서 압력 탱크에 기체수소를 넣는 문제 수소의 액화기술 및 액화 (700~800Bar) , 수소의 해상운송 등에 대한 기술적 검증문제는 운송과 관련된 가장 큰 이슈임 파이프라인의 경우. , 강재가 파괴되는 수소취성의 문제도 해결해야 할 문제임 퍀 탄소섬유는 수지 석유ㆍ석탄계 탄화수소잔류물인 피치 레이온으로부터 PAN(Polyacrylonitrile) , , 제조된 섬유로 탄소원소의 질량함유율 이상인 탄소계 섬유 소재로 정의됨90% ▪ 제품의 형태에 따라 토우 직물 프리프레그 매트 필라멘트 등으로 분류되고 원료에 따라 , , , , , 계 피치계 레이온계 탄소섬유 등으로 분류됨PAN(Polyacrylonitrile) , , ▪ 탄소섬유는 세라믹 금속 플라스틱 수지 등에 첨가하여 기능성을 강화시킨 복합소재로 주로 , , 사용되며 이 중에서 플라스틱을 활용한 탄소섬유강화플라스틱 형태로 가장 많이 사용됨, 퍀 탄소복합섬유는 수소저장용기의 소재로 각광받고 있음 ▪ 탄소복합섬유는 금속소재에 비해 무게가 가벼워 시스템의 연비를 향상시킬 수 있고 수소 탑재량을 , , 증가시킬 수 있음 ▪ 또한 탄소복합섬유는 내구성이 우수하여 저장압력이 높아 같은 부피에 보다 많은 에너지를 저장할 , , 수 있고 용기에 가해지는 모든 구조적인 힘을 감당하여 외부 충격을 최소화할 수 있음, 나. 필요성 퍀 수소는 깨끗한 에너지 생산은 가능하나 폭발 등 안전성이 문제되어 안전책을 구하는 방법이 , 가장 중요함 ▪ 수소는 사용 후 공해 물질이 배출되지 않는 깨끗한 연료로서 산소와 만나 물이 되는 연소 과정에서 , 높은 화학에너지를 생산 - 가솔린 대비 배 높은 열량 에너지 밀도 측면에서도 전기 배터리와 비교할 때 수십에서 수백 3~4 , 배 높은 수치이며 수소는 전기에너지와 달리 방전 위험성이 낮고 저장성이 우수하여 차세대 화학 , 연료로서 적합 ▪ 다만 수소의 폭발력이 상당하여 마치 초음속 여객기가 지나갈 때 발생하는 소닉붐 과 같은 , , ` ` 충격파를 가지고 있어 수소를 연료를 사용하기 위해 안전책이 필요함, ▪ 수소차 수소 저장용기를 철보다 더 강한 소재인 탄소섬유 강화 플라스틱으로 제조하게 되면, 기압의 압력에서도 견딜 수 있는 내압 용기를 제조 가능700 퍀 탄소 섬유는 압력이 커지는 경우에도 폭발하지 않고 찢어지는 특성 ▪ 수소 저장용기 내 안력이 커질 경우에도 폭발 위험이 거의 희박하여 기존의 용기보다 안전성이 , , 더욱 우수