다낭의 학생 그룹은 금속 수소화물 소재와 가열 기술을 사용하여 수소 충전 및 방전 과정을 수행하여 20g 이상의 기체 수소를 저장할 수 있는 장치를 만들었습니다.
이 연구는 2023년 10월부터 다낭대학교 기계공학부 자동차 정비학과의 Vo Du Dinh, Le Anh Van, Lam Dao Nhon, Nguyen Hung Tam, Mai Duc Hung이 수행했습니다. 이 제품은 에너지 관리 시스템 및 친환경 교통에 적용되는 고체 수소 에너지 저장 기술에 중점을 두고 있습니다.
이 제품은 보조 구성품을 갖춘 수소 탱크와 지능형 제어 시스템의 두 가지 주요 부분으로 설계되었습니다. 탱크의 작동 원리는 탱크 내 마그네슘 금속과 수소가 반응하여 수소화마그네슘(MgH₂) 화합물을 생성하는 것입니다. 250~350°C로 가열하면 1bar 이상의 압력 조건에서 수소가 충전됩니다. 반대로 1bar 미만의 압력 조건에서는 수소가 방출됩니다.
온도와 압력을 모니터링하고 제어하는 마이크로컨트롤러와 센서를 포함한 지능형 시스템을 통해 수소 저장 화합물의 상전이 과정에서 시스템이 효율적이고 안전하게 작동하도록 보장합니다.
팀 리더인 보 두 딘(Vo Du Dinh)에 따르면, 현재 수소 저장 기술은 압축 가스, 액화 가스, 고체의 세 가지 형태가 있습니다. 압축 가스 형태의 수소는 350~700bar(5,000~10,000psi)의 고압 탱크에 저장됩니다. 액체 형태의 수소는 -253°C로 냉각되어 액체 상태로 변한 후 단열 탱크에 저장됩니다. 고체 형태의 수소는 금속 수소화물 화합물이나 금속 유기 골격체(MOF), 탄소 나노튜브 등과 같은 다른 흡수성 물질에 저장됩니다.
딘에 따르면, 각 저장 방식은 장단점이 다릅니다. 따라서 운송, 정적 저장, 모바일 애플리케이션 등 사용 목적에 따라 기술을 선택해야 하며, 비용, 성능, 안전 요소도 고려해야 합니다.
평가팀은 수소 저장의 어려움은 안전성과 효율성을 보장하기 위해 복잡하고 고비용의 기술이 필요하다는 점을 지적했습니다. 지원 인프라 부족과 낮은 경제성 은 수소가 청정 에너지원으로서 널리 활용되는 데 큰 걸림돌이 됩니다.
연구진은 안전하고 폭발 위험이 낮은 고체 수소 저장 장치를 개발하고자 했습니다. 이 기술은 가스나 액화가스 저장처럼 극도로 높은 압력이나 극도로 낮은 온도를 필요로 하지 않기 때문에 저장이 더욱 용이합니다.
이론적으로 이 그룹의 제품은 물질을 저장할 수 있으며, 반응 후 최대 20.74g의 기체 수소를 생산할 수 있습니다. 딘에 따르면, 이는 연구 시설의 제약과 특수 장비의 부족으로 추정된 수치이며, 실제 생산량은 아직 결정되지 않았습니다.
본 그룹은 베트남 압력 용기 표준 및 규정에 따라 특수 탱크를 설계합니다. 장치 작동 중 예상치 못한 사고가 발생하면 간접 가열 시스템이 모든 열원을 차단하고 정상 작동 상태 로 복귀하여 안전을 보장합니다.
다낭대학교 기술교육대학교 기계공학부 강사인 부이 반 훙 박사는 연구팀의 연구가 수소를 흡수하고 방출할 수 있는 적합한 저장 물질을 찾는 단계에 불과하다고 평가했습니다. 또한 연구팀은 이 연료를 저장할 수 있는 능력과 조건에 대한 시뮬레이션 모델을 구축했습니다.
그는 이 그룹의 제품에 함유된 수소의 양이 약 20g으로 추정되며, 이는 약 0.66kWh에 해당한다고 평가했는데, 이는 매우 낮은 수치입니다. 이 에너지 수준은 소형 장치나 실험에는 적합하지만, 자동차나 산업 장비와 같은 이동 수단을 장시간 작동시키기에는 충분하지 않습니다.
수소 저장량을 늘리기 위해, 헝 박사는 재료의 질량을 너무 많이 증가시키지 않으면서도 더 많은 수소를 흡수할 수 있는 합금이나 재료를 찾아야 한다고 제안했습니다. 그러나 수소 저장 밀도가 높은 일부 재료는 충전과 방전 사이의 상전이가 일어나기 어려운 조건과 환경을 필요로 합니다. 그는 이번 연구를 바탕으로 앞으로 상전이가 어려운 재료에 대한 추가 실험을 수행해야 한다고 밝혔습니다.
지적 재산권 및 혁신에 따르면
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