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표제지
머리말
목차
제1장 서론 11
1. 배경 11
2. 보고서의 내용 12
제2장 수소기술 동향 14
1. 수소생산 14
가. 전기분해의 수소 15
(1) 알칼리전해 15
(2) PEM(polymer electrolyte membrane) 전해 16
(3) SOECs(solid oxide electrolysis cells) 20
(4) 열화학 하이브리드 사이클 22
(5) PV-PEM전해 24
(6) Off-peak 전기이용 수전해 24
(7) 암모니아전해 25
(8) 전해조가격 27
나. 개질수소 28
(1) 천연가스의 수소 29
(2) 액체연료와의 개질비교 30
(3) 온사이트 개질 33
(4) 수소 분리막 34
(5) 석탄가스화 집합생산 35
(6) 열화학 사이클 37
(7) 원자력과 스팀생산 39
(8) 수소/전기생산 코스트의 비교 41
(9) 개질의 효율과 원가 43
다. 기타 수소 43
(1) 바이오매스 수소 43
(2) 광전해 44
(3) 광생물학적 수소 45
(4) 수소생산 코스트의 요약 46
2. 수소의 수송과 분배 47
가. 온보드 수소저장 47
(1) 고체저장 48
(2) 카본과 HSA(high surface area)재료 49
(3) 충전 하이드라이드 51
(4) 온보드 개질 57
나. 가스저장 59
다. 액체저장 60
라. 수소충전소 60
마. 온보드 저장 요약 62
제3장 연료전지 64
1. PEMFCs 65
가. 멤브레인 66
(1) 기본특성 66
(2) 재료의 분류 67
(3) Nafion 68
(4) 연구동향 69
나. 전극과 백금촉매 70
(1) 백금촉매 70
(2) Pt로딩(loading)저감 71
(3) 카본지지 백금촉매 72
(4) 비백금 촉매 74
(5) 카본지지 비백금 촉매 75
다. 쌍극판(bipolar plates) 78
(1) 재료의 특성 78
(2) 폴리머-그래파이트 복합재료 79
라. PEMFCs의 코스트 80
2. 고체산화물연료전지(solid oxide fuel cells, SOFCs) 81
가. SOFCs의 구성 82
나. 전해질 84
다. 양극 85
라. 음극 86
마. 인터코넥트 87
바. 운전현황 88
사. SOFCs의 코스트 90
3. 용융탄산염연료전지(molten carbonate fuel cells, MCFCs) 92
가. 전극 94
나. 음극 94
다. 양극 96
라. 개질촉매 97
마. 전해질 97
바. 운전동향 98
사. MCFCs/SOFCs의 코스트비교 100
4. 정치형 연료전지의 모델링 101
5. 마이크로 연료전지 102
가. Micro FC의 종류 103
(1) 직접 메탄올 연료전지(DMFC : Direct Methanol Fuel Cell) 104
(2) 메탄올 개질형 연료전지(RMFC : Reformate Methanol Fuel Cell) 105
(3) 수소저장 장치를 이용한 수소 연료전지(PEMFC : Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell) 105
(4) 보로하이드라이드형 연료전지 105
(5) 상용화를 위한 조건 및 시장 전망 106
나. Micro FC의 부품개발동향 107
(1) 전해질막 107
(2) 촉매 109
(3) 막전극접합체(MEA) 및 스택(stack) 111
(4) 마이크로 개질기 113
다. Micro FC 상용화 동향 114
(1) Micro FC 상용화 개요 114
(2) 상용화 완료되어 시판이 시작된 Micro FC 제품 115
(3) 상용화 단계의 노트북용 Micro FC 117
(4) 상용화 단계의 휴대폰용 Micro FC 120
라. 특허동향 121
(1) DMFC 분야 특허 동향 121
(2) PEMFC 분야 특허동향 122
제4장 전망과 정책 123
1. 전망의 전제들 123
가. 수소경제의 리더 123
나. 장애와 도전 124
다. 기술개발틈새시장의 중요성 125
라. 경쟁기술들 126
마. 수소경제의 정착시기 127
2. 시장전망 128
가. BAU시나리오 128
나. 낙관적 시나리오 129
다. 비판적 예측 130
라. 연료전지의 지리적 활용 130
3. 전망의 불확실성 132
4. 정책 133
가. CO₂저감유인책 133
나. 에너지안보 정책 134
다. 연료세 136
라. 연료 코스트 136
제5장 결론 138
1. 동향과 전망 138
가. 수소부문 138
나. 연료전지부문 141
2. RD&D의 도전 144
참고문헌 146
저자소개 180
〈표 2-1〉 상이한 T, P하의 전기분해의 이론적 효율 17
〈표 2-2〉 신구전해조의 특성들 19
〈표 2-3〉 화석연료에서 수소생성반응 30
〈표 2-4〉 SREF(steam refomer)기준 연료프로세싱(FP), 연료전지(FC), 보조(Aux), 전체시스템효율 30
〈표 2-5〉 천연가스의 연료프로세서와 전기효율 31
〈표 2-6〉 ATR, SR, CPO모드의 모노리스촉매의 활성도 34
〈표 2-7〉 석탄의 수소생산 코스트와 효율 36
〈표 2-8〉 분산형 개질기술의 효율과 원가 43
〈표 2-9〉 고체저장재료의 분류 48
〈표 2-10〉 Alanates와 borohydrides의 성질 53
〈표 2-11〉 수반응화학수소화물의 저장밀도 56
〈표 2-12〉 열화학수소화물의 주성질 57
〈표 2-13〉 충전소의 투자코스트 개괄 61
〈표 2-14〉 온보드 수소저장의 목표와 성능 62
〈표 3-1〉 BPs 재료의 특성 78
〈표 3-2〉 매뉴얼로 생산하는 PEMFCs의 현재 코스트 81
〈표 3-3〉 주거용 연료전지 CHP 시스템의 특성 91
〈표 3-4〉 재래식과 연료전지의 CHP시스템의 비교 92
〈표 3-5〉 MCFCs와 SOFCs의 가격비교 100
〈표 3-6〉 Micro FC의 상용화 조건 106
〈표 3-7〉 Micro FC 기종별 용도 및 시제품 114
〈표 3-8〉 국내의 주요 개발사 현황 및 시제품 115
〈그림 2-1〉 PEM전기분해/FC의 개념비교 16
〈그림 2-2〉 Proton Energy Systems Inc.의 DOE 2년 프로그램으로 설치된 UNLV fueler시험시설 17
〈그림 2-3〉 Kurchatov Institute의 201/h PEM전해조와 부품들 18
〈그림 2-4〉 SOEC의 개념도 20
〈그림 2-5〉 GT-MHR-HTSE와 AGR-S-CO₂-HTSE기술의 파워사이클효율과 열과수소효율 21
〈그림 2-6〉 스팀, He, S-CO₂사이클 터빈의 비교 22
〈그림 2-7〉 WSP공정 개념도 23
〈그림 2-8〉 HTSE, SI, WSP의 온도에 따른 열:수소 효율의 비교 23
〈그림 2-9〉 PV-수소에너지복합시스템의 개념도 24
〈그림 2-10〉 평균전기 코스트와 심야전기 코스트의 차이(MAP시나리오) 25
〈그림 2-11〉 암모니아 전해조 26
〈그림 2-12〉 수소 비에 따른 암모니아전해조/수소 PEMFC의 에너지밸런스의 비교 27
〈그림 2-13〉 전기분해수소가의 현재와 미래예측 28
〈그림 2-14〉 전체시스템효율에 미치는 S/C효과 32
〈그림 2-15〉 SR산물의 몰 조성(LHV가) 32
〈그림 2-16〉 연료개질과 클린업섹션의 개념도 32
〈그림 2-17〉 연료처리반응기의 생성물조성 33
〈그림 2-18〉 촉매기판의 보기(상좌로부터 시계방향): 세라믹모노리스, 골진 금속포일, 소금속 모노리스, 파인 금속폼, 거친 세라믹폼, 대금속모노리스 33
〈그림 2-19〉 서멧 멤브레인을 통과하는 수소측정실험도 35
〈그림 2-20〉 S-I열화학 수소생산 공정 38
〈그림 2-21〉 Membrane reformer의 개념도 39
〈그림 2-22〉 원자력 열순환 membrane reformer의 공정도 40
〈그림 2-23〉 원자력열 공급의 이득 40
〈그림 2-24〉 수소생산코스트(COH) 41
〈그림 2-25〉 전기생산코스트(COE) 42
〈그림 2-26〉 바이오매스 수소생산루트 44
〈그림 2-27〉 광생물학적 수소생산 구성 46
〈그림 2-28〉 중장기적으로 조명한 수소생산 코스트 47
〈그림 2-29〉 연료종류와 연료탱크부피 48
〈그림 2-30〉 나노튜브의 구성 메카니즘 50
〈그림 2-31〉 금속수소화물 계통도 52
〈그림 2-32〉 Mg(NH₂)₂와 LiH로부터 수소와 암모니아의 방출 56
〈그림 2-33〉 인터쿨링의 다단계 단열 PrOx 57
〈그림 2-34〉 1, 2, 3단 PrOx반응기의 초기 CO농도에 대한 활성도 58
〈그림 3-1〉 연료전지개념 65
〈그림 3-2〉 PEMFC의 개념도 66
〈그림 3-3〉 멤브레인 재료의 분류 67
〈그림 3-4〉 Nafion의 화학구조 69
〈그림 3-5〉 무전해 석출법의 Pt/CNT촉매의 대표적 제조법 73
〈그림 3-6〉 CNT의 HNO₃+H₂SO₄의 산화 처리후 Pt석출 메카니즘 74
〈그림 3-7〉 카본지지 Ru촉매의 정량적인 구조개념 76
〈그림 3-8〉 PP복합재료 사출성형 시제품 79
〈그림 3-9〉 5개 재료와 2개의 가스공급을 보여주는 SOFC개념도 83
〈그림 3-10〉 공정방법들, a CVD; b tape casting; c 압출; d tape rolling 84
〈그림 3-11〉 1000/TK-1에 대한 Arrhenius그라프를 도표한 고체산화물전해질의 전도도 85
〈그림 3-12〉 SOFC/MGT복합발전 시스템 구성도 88
〈그림 3-13〉 주택용으로 미 조지아주, Fort McPherson에 설치된 연료전지전경 89
〈그림 3-14〉 GTT Torino의 EOS실험실에 있는 Siemens Fuel Cell Generator CHP100 90
〈그림 3-15〉 MCFC의 구성도 93
〈그림 3-16〉 King County DFC1500 발전소 98
〈그림 3-17〉 보령화력발전에 설치된 100kW MCFC 파일럿플랜트 99
〈그림 3-18〉 NEDO, MCFC-TRA의 정부 프로그램의 콤팩트 시스템의 시험시설 100
〈그림 4-1〉 연료전지 수송시스템의 전환추정시기 128
〈그림 4-2〉 수송부문의 에너지 안보정책 유무에 따른 연료배분, 2050 135
원문구축 및 2018년 이후 자료는 524호에서 직접 열람하십시요.
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