대체 에너지와 연료전지 자연과학부 이우람

대체 에너지란? 대체 에너지란 우리가 지금 사용하고 있는 에너지원인 ‘화석연료’ 를 대체할 수 있는 에 너지를 말한다.

2. 대체 에너지 개발의 필요성 1)화석연료로 인한 지구의 환경오염 -화석 연료를 태울 때 발생되는 NOX,SOX CO2 등은 산성비를 내리게 하고 온실 효 과를 가져오는 등 지구에 나쁜 영향들을 끼치고 있다.

2) 화석 연료의 유한성 -화석 연료란 아주 먼 옛날 살던 생물들이 죽어서 땅에 묻혀서 생긴 것이다. 그러므로 인간이 쓸 수 있는 화석연료의 양은 제한적 일 수 밖에 없다. 화석연료의 고갈은 인간에게 있어서 심각 한 에너지 부족을 가져 올 수 있다.

3) 현재 ‘화석연료’ 대신 사용되는 대체 에너지원의 문제점과 한계 - 원자력 발전소의 핵 폐기물 낮은 효율의 대체 에너지원들 수력발전소 건설로 인한 주위 생태계 파괴 등등 아직 해결되지 못한 많은 문제점 들이 존재한다.

3. 대체 에너지의 종류와 그 장단점 태양광 발전 파력발전 해양온도차발전 풍력발전 항목 장점 단점 .깨끗하다 .고갈될 염려가 없다 .에너지 밀도가 엷다 .구름이 많거나 비가오면 발전불가 .경제성이 아직은 없음 .소규모 발전에만 유망하다 .발전량에 비해 시설비가 비싸다 파력발전 해양온도차발전 .에너지 밀도가 엷다 .적격지가 한정된다 .소규모 발전에만 유망하다 .발전량에 비해 시설비가 비싸다 풍력발전 . 깨끗하다 .고갈될 염려가 없다 .에너지 밀도가 없다 .바람이 안불면 발전불가 .우리나라는 적격지가 드물다 .소규모 발전에만 유망하다

-그리고!! 바로!! -수소연료- 그 중 하나인 연료전지(Fuel cell) 에 대해서 알아보도록 하겠습니다~^^

4. 연료전지(Fuel cell)이란 무엇인가? 연료전지란? -연료전지는 수소와 산소가 화학반응을 통 해 물이 되는 반응에서 전기 에너지를 생산 하는 발전형 전지를 말한다.

-1959년 : F.T. Bacon(영국) - 5kW 수소/ 산소 연료전지 실증시험 2) 연료전지(Fuel cell)의 역사 -1839년 영국의 W. Grove에 의해 발명 1839년 William Grove가 황산 용액에 두 전극을 담그고 산소와 수소를 흘려주어 전기를 발생시켜 처음으로 화학적 에너지의 전기적 에너지로의 직접적인 전환이 증명되고 Christian Friedrich Schonbein 교수에 의해 그 원리가 밝혀진 후, 많은 연구가 진행되었다. -1959년 : F.T. Bacon(영국) - 5kW 수소/ 산소 연료전지 실증시험

-1960년대 : 제미니 및 아폴로 계획에 Alkaline Fuel Cell(AFC) 적용 상업적 응용의 잠재력이 인정되어 기본 연 구 시작 -1970년대 : PAFC(Phosphoric Acid Fuel Cell) 개발 -1980년대 : PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cell) 개발

-1984년 이후 미국의 DOE(Department of Energy)에서 연료전지에 대한 R & D 자금 적극적 지원 -1990년대 : DMFC(Direct Methanol Fuel Cell) 개발, MCFC 발전 개시, SOFC 발전소 개발 -2002.12 : 연료전지 하이브리드 차량 출시

3) 연료전지의 종류

① DMFC(Direct Methanol Fuel Cell) -장점 : 낮은 작동온도, 값 싼 연료사용, 초소형화 가능, 배터리에 비해 재충 전 용이. -응용분야 : 핸드폰 전원, Computer backup 메모리 전원,

Anode : CH3OH + H2O → CO2 + 6H+ + 6e- Eo = 0.046 V cathode membrane CO2 Anode : CH3OH + H2O → CO2 + 6H+ + 6e- Eo = 0.046 V Cathode : 3/2O2 + 6H+ + 6e- → 3H2O Eo = 1.23 V Overall : CH3OH + 3/2O2 → CO2 + 2H2O Eo = 1.18 V

CO2 H+ O2 end plate CH3OH H2O anode membrane cathode separator diffusion layer CH3OH H2O O2 H+ end plate gasket

② PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cell) -연료 : Hydrogen -장점 : 재료선택의 용이, 제작, 운전의 용이 전해질의 비 휘발성 -단점 : H20 조절의 어려움 전해질이 고가

Anode : 2H2 → 4H+ + 4e- Cathode : O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O Overall : 2H2 + O2 → 2H2O + 전류 + 열

-Polymer Electrolyte Membrane

Anode : Pt/Ru/C , Pt/Ru black Cathode : Pt/C , Pt black - 촉매 Anode : Pt/Ru/C , Pt/Ru black Cathode : Pt/C , Pt black - MEA : Polymer electrolyte membrane Electrode

아주대학교 화학과에서 제작한 PEMFC

4. 연료전지의 개발