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액화수소 생산 · 저장 · 활용 기술

C02

특허명: 수소변환모듈 및 이를 포함하는 수소액화장치 ..등 4건

Production/Storage/Utilization Technologies for Liquified Hydrogen

한줄 기술 요약

 

  • 수소액화 플랜트 및 액화수소 공급 시스템

 

  • 대용량 수소의 저장 운송, 활용이 가능하도록 하기 위해, 기체수소를 액화하여 액화수소를 생산하는 수소액화 플랜트 및 액화수소의 저장·활용을 위한 액화수소 공급/기화 시스템

개발배경 및 해결과제

  • 신재생에너지로 생산되는 잉여의 전력을 버리지 않고 저장을 하여 전력 생산이 부족할 때 저장된 에너지를 사용할 필요가 있음
  • 액체수소는 대기압에서 대용량 저장이 가능하고, 이에 따라 저장용기의 안전성 부분에서 장점을 가지고 있으며, 낮은 온도로 기존 고압 기체수소에 비해 폭발 위험성이 낮음
  • 이러한 장점으로 인해 잉여의 신재생에너지를 저장하는 방식으로 액화수소가 각광 받고 있음

기술의 우수성

  • 대량 수소 저장 방법은 액화수소, 수소 액상화(NH3, MCH) 방식 등이 고려되고 있으나 현재 기술로 상용화된 방식은 고압기체수소 /액체수소 저장/운송 방식임
  • 액체수소는 극저온 상태(대기압 기준 -253℃)로 냉각 액화된 수소임. 기체수소 부피를 약 1/800로 감소가능.동일 압력 기체수소 대비 800배의 체적에너지 밀도 (고압 기체수소 (200 bar) 대비 액 4.5배)

기술의 차별성

  • 본 기술의 경우 국외 선진사에서 독점하고 있는 상용급 수소액화 공정/저장탱크 기술을 실증하는 것으로 국외 기술과의 차별성은 없음.
  • 국내에는 본 기술이 개발된 바가 없으며, 현재 진행 중인 강원, 충남 규제자유 특구의 경우 본 기술과는 다른 직냉식 소형 수소 액화기로 기체수소를 기성품인 헬륨 냉동기를 통하여 소용량 액화하는 것으로 본 기술이 가진 팽창기와 열교환기를 가진 상용급 공정과 다름
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기술구현 1

  • 0.5 ton/day 수소액화 파일럿 플랜트 설계/구축/운용 기술 개발
  • 수소액화 파일럿 플랜트 핵심 설비인 극저온 팽창기, 극저온 열교환기, Cold Box, 극저온 밸브, 액체수소 저장탱크 기술 개발

기술구현 2

  • 기존의 수소공급시스템은 저장된 기체수소를 공급하는 방식으로서 디스펜서의 전단부 온도제어를 위한 별도의 예냉 시설이 필요함
  • 액체수소 기반으로 기체수소를 공급하게 되면 별도의 예냉 시설이 필요없으며 액체수소의 냉열을 활용하여 예냉이 가능하여 효율적임
  • 대기압 보다 조금 높은 압력으로 액체수소를 저장하여 수소를 공급하기 때문에 안전성 측면에서 우수함

기술구현 3

  • 기존의 모빌리티용 리튬이온 배터리 기술은 밀도에서 개선 가능한 한계치에 근접. 고 에너지밀도 액체수소 활용한 연료전지 타입 동력원이 중-장거리용 모빌리티에 가능 후보로 기대
  • 에너지 효율/출력 안정성 위한 액체수소를 활용 연료전지와 고출력 운행 시 보조활용될 배터리가 병렬된 하이브리드 동력원사용하는 모빌리티용 액체수소 연료공급시스템 설계 기술 개발

기술동향 1

  • 전 세계 40여개 (395 ton/day)의 상용급 수소액화 플랜트가 건설되어 있음 è 3대 주요 기업(Linde(Praxair), Air Liquide, Air Products)만 상용화 기술을 확보하고 있음
    • 소용량(수~수십kg/일)의 경우 본 실증특례에서 실증하려고 하는 상용급과 액화기술이 다르며, 하이리움(강원 규제자유특구), 패리티(충남 규제자유특구) 등 중소기업 위주로 개발이 진행 중임

    기술동향 2

    • 상용급(0.5톤/일 이상)의 경우 국내 기술 개발 기업은 전무하며 상용급 수소 액화플랜트의 공정 및 기자재 국산화를 위한 국토교통부 “상용급 액화수소 플랜트 핵심기술 개발 사업(2019~2023)” (주관기관: 한국기계연구원) R&D가 진행 중

    시장전망 - 국내

    • 국내 수소시장은 지속적으로 성장하여 2050년 70조원 매출, 누적 60만개의 일자리 창출 전망
    • 또한, 연간 CO2 감축 목표의 약 20%가 수소 활용을 통해 감축되어 기후변화 대응에도 핵심적 역할을 할 것으로 기대

    시장전망 - 해외

    • 세계 수소시장 전망 자료에서 보듯이 수소 수요는 지속적으로 증가하여 2050년에는 현재의 약 10배 이상 증가할 것으로 예측됨
    • 특히 ‘2050까지 수송부문은 전체 수소 수요에서 가장 큰 비중을 차지할 것으로 전망, 향후 수송용 연료전지가 연료전지 시장 성장을 주도 예상

    패밀리 지재권

    • 특허 : 수소변환모듈 및 이를 포함하는 수소액화장치(등록: 10-2152466) 포함 2 건

    • 소프트웨어: HyLiqPAP(수소액화 공정 설계 소프트웨어)(C-2019-038725) 포함 2건