수소로 더 녹색 항공에 연료를 공급하다

전기 및 하이브리드 차량으로 CO 2 배출을 억제하려는 지속적인 노력에도 불구하고 , 다른 교통 수단은 여전히 ​​온실 가스의 상당한 기여자입니다. 이 문제를 해결하기 위해, 오래된 기술을 개편하여 더 녹색으로 만들고 있습니다. 예를 들어, 해운에 범선을 다시 도입하고 항공에 수소를 새롭게 사용하는 것입니다. 이제 ACS Sustainable Chemistry & Engineering 에 보고하는 연구자들은 컴퓨터 모델링을 사용하여 수소 동력 항공의 실현 가능성과 과제를 연구했습니다.

"수소 항공이 대규모로 실현되기까지는 갈 길이 멀지만, 기내 시스템 설계와 이를 뒷받침하는 인프라에 대한 분석을 통해 개발 노력의 우선순위를 정하는 데 활용되기를 바랍니다." 연구 공동 저자 중 한 명인 다리크 말라프라가다가 말했습니다.

국제 에너지 기구에 따르면 항공 산업의 에너지 관련 CO 2 배출량은 최근 수십 년 동안 철도, 도로 및 선박보다 빠르게 증가했습니다. 이러한 성장의 잠재적인 기후 영향을 줄이기 위해 과학자들은 항공기 설계 및 운영을 개선하고 직접 연소 또는 전기 연료 전지에 사용되는 수소와 같은 저배출 연료를 개발하고 있습니다. 연료원으로서 수소의 매력은 사용 시 CO 2 가 발생하지 않고 제트 연료보다 파운드당 더 많은 에너지를 제공한다는 것입니다. 항공에서 기존 제트 연료에서 수소 연료로 전환하는 것의 잠재적 영향을 이해하기 위해 Anna Cybulsky, Mallapragada 및 동료들은 지역 및 단거리 터보프롭 항공기의 전기화에서 수소 연료를 사용하는 것을 모델링했습니다.

연구자들은 기존 항공기에 개조된 수소 연료 탱크와 연료 전지의 추가 부피는 항공기의 탑재량(화물 또는 승객)을 줄이는 것과 같은 다른 곳의 중량 감소로 상쇄되어야 한다고 계산했습니다. 이는 동일한 탑재량을 전달하기 위해 더 많은 비행이 필요할 수 있음을 의미합니다. 그러나 팀의 모델은 연료 전지 전력과 연료 시스템의 중량 지수(연료 탱크의 전체 중량에 대한 연료 중량)의 개선으로 탑재량을 줄일 필요가 없으므로 추가 비행의 환경적 영향을 없앨 수 있다고 제안했습니다. 동시에 그들은 수소 동력 비행으로 전환하면 항공 산업의 CO 2 배출량을 최대 90%까지 줄일 수 있다고 언급했습니다.

항공 연료 유형을 전환하는 것보다 더 큰 과제는 저탄소 및 비용 효율적인 방식으로 수소를 생성하고 배포하는 데 필요한 인프라를 제공하는 것일 수 있습니다. 저탄소 생산 방법 중 하나는 천연 가스 개질(메탄 가스에서 수소 추출)과 탄소 포집을 결합하지만 CO 2 인프라와 격리 장소에 대한 접근이 필요합니다. 또 다른 친환경 옵션은 물을 수소와 산소로 분리하는 전기 분해로, 원자력 발전소나 재생 가능 자원의 전기를 사용하여 수행할 수 있습니다. 그러나 이렇게 하면 전력망에 상당한 수요가 추가됩니다. Cybulsky와 동료들은 전력망 전기 가격이 지역마다 매우 다양할 수 있기 때문에 저비용 생산 시설에서 최종 사용자에게 수소를 운송하는 것이 더 비용 효율적일 수 있다고 언급했습니다.

이러한 이유로 연구자들은 수소 기반 항공의 출시가 독일 함부르크나 스페인 바르셀로나와 같이 수소 생산에 유리한 조건을 갖춘 지역에서 시작될 수 있다고 제안합니다. 항공에서 수소 사용을 지원하는 데 필요한 인프라는 수소 연료를 더 쉽게 이용할 수 있게 함으로써 도로 운송 및 해운을 포함한 다른 산업의 탈탄소화 노력에도 도움이 될 것입니다.

저자는 매사추세츠 공과대학교 에너지 이니셔티브 저탄소 에너지 저장 센터와 미래 에너지 시스템 센터의 자금 지원에 감사드립니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/11/241101123655.htm