수소는 미래의 가장 유망한 친환경 에너지 중 하나입니다. 우주에서 가장 풍부한 원소로서 독성 폐기물이나 온실 가스 배출 없이 연료 전지로 전기로 변환할 수 있는 끝없는 청정 에너지원을 제공합니다. 그러나 수소의 광범위한 사용의 핵심은 특히 고정식 및 자동차 응용 분야에 사용될 때 저장 및 전달을 위한 효율적인 전략에 있습니다.
수소는 액체 또는 기체 형태로 저장될 수 있으며, 자연 지질학적 구조(예: 소금 동굴, 단단한 암석 동굴, 고갈된 유전 및 가스전)에 장기간 저장하거나 운송 및 기타 용도로 압축 수소 가스로 단기적으로 저장할 수 있습니다. -연료 전지 전기 자동차의 보드 애플리케이션. 액체 저장은 주어진 수준의 에너지 밀도에 대해 더 적은 공간을 필요로 하기 때문에 선호됩니다.
실제 사용을 위한 충분한 에너지 밀도를 달성하기 위해서는 수소를 고압 수준으로 압축해야 합니다. 이는 기존의 기계적 압축 기술을 사용하여 달성할 수 있습니다. 왕복 운동, 다이어프램 및 선형 압축기 또는 극저온, 금속 수 소화물 및 전기 화학 압축기와 같이 수소를 위해 특별히 고안된 혁신적인 비 기계적 기술과 같은.
기체 저장의 경우 기존 파이프라인 인프라에서 수송을 위해 수소가 천연 가스와 혼합될 가능성이 높습니다. 이 솔루션의 에너지 밀도는 파이프라인의 용량과 재료 무결성, 대량의 수소를 처리할 수 있는 최종 사용자의 기능에 의해 제한됩니다. 이러한 유형의 시스템의 성능을 결정하기 위한 여러 연구 노력이 진행 중입니다(Kurz et al., 2020a 및 b 참조).
액체 저장의 경우 현재 사용할 수 있는 최상의 옵션은 카르노 효율성 손실이 40%에 불과한 1,000°C까지 작동을 유지할 수 있는 니켈 수소화붕소(NbH)와 같은 알칼리 금속 붕화물로 수소를 저장하는 것입니다. 그럼에도 불구하고 이러한 유형의 물질은 이러한 고온에서 주변 공기에서 발견되는 미량의 산소와 물에 의한 중독에 취약합니다. 또한 NbH를 생산하는 데 비용이 많이 들고 시간이 많이 걸립니다.
더 빠르고 비용 효율적인 접근 방식은 산업 응용 분야에서 이미 널리 사용되는 기술인 원심 펌프를 사용하여 수소를 압축하는 것입니다. 그러나 이러한 펌프의 작동 조건은 매우 까다로우며 펌프 구성 요소에 상당한 마모를 초래할 수 있습니다. 회전 가속도와 진동이 큰 로터의 경우 특히 그렇습니다. 로터 블레이드와 씰이 손상되면 유지 보수 및 수리 비용이 증가하고 펌프의 효율성이 저하되어 결과적으로 시스템의 전반적인 신뢰성이 저하될 수 있습니다.
이 문제를 해결하기 위해 Southwest Research Institute(SwRI)는 연료 전지 전기 자동차(FCEV)용 수소를 압축하도록 특별히 설계된 LMRC라고 하는 선형 모터 구동 왕복 압축기를 개발했습니다. 이 밀폐되고 밀폐된 기계는 코팅, 밸브 설계 및 밀폐형 피스톤을 포함하여 취화 및 노후화로부터 보호하기 위해 SwRI에서 개발한 솔루션의 조합을 사용합니다. 또한 전력 소비와 움직이는 부품의 수를 줄이는 선형 모터 설계를 특징으로 하여 효율성, 신뢰성 및 제품 수명 주기를 높입니다.
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