#<수소> <수소폭탄> <수소애너지> <수소전기차>:1탄
137억 년 전 우주 대폭발 일어났는데 처음으로 탄생한 물질이 수소였습니다.
우주분자의 90% 이상을 차지 할 만큼 아주 풍부한 수소는 어떤 놈 인지?우리가 어렸을 때 들은 수소폭탄과의 관계는? 수소를 애너지로 사용하여 수소전기차로 바꾸어 오는 일련의 과정을 1탄으로 포스팅 하여 총 7탄까지 하루에 한 편씩
포스팅 하겠습니다.
1.수소는 어떤 놈인가요?
❶수소는 주기율표 1족 1주기에 속하는 비금속원소로 원소기호 H, 원자량 1.00794g/mol, 끓는점 -252.87℃, 녹는점 -259.14℃, 밀도 0.08988g/L 이며,원소명은 그리스어의 물을 뜻하는 히드로(hydro)와 생성한다는 뜻의 제나오(gennao)를 합쳐진 것으로 영어명 hydrogen은 여기에서 유래했다고 합니다.
❷지구상에 존재하는 가장 가벼운 원소로 무색·무미·무취의 기체다로 주로 수소분자 H2로 이루어져 있습니다.
❹태양을 비롯한 우주에 수소가스 및 원자상태 수소의 존재하는데, 수소는 연소하더라도 공해 물질을 내뿜지 않아 석탄, 석유를 대체할 무공해 에너지원으로써 중시되고 있습니다.
2.그렇다면 수소는 어떻게 발견 되었을까요
❶15세기말 유럽의 화학자들은 물의 근원을 탐구하다 수소의 존재를 알게 됩니다.
그 후 1766년 영국의 헨리 캐번디시가 가연성 공기에 대한 실험하던 중 수소를 알게 되었고 수소와 산소를 연소시키면 오직 물만 남는다는 것을 입증하였으나 수소를 원소로서 인식을 하지 못하였다고 합니다.
❷이시기에 프랑스의 화학자 앙투안 L.라부아지에가 수소를 새로운 원소로 인식하였으며, 1783년 작렬(灼熱)한 철관 속에 수증기를 통과시켜 물을 분해하고 수소를 얻는 데 성공하였다고 수소를 연소시키면 물이 생기는 사실도 밝혀 냈으며 그때까지 가연성 공기라고 불리던 이물질에 수소라는 이름을 지어 주었습니다.
3.수소는 어떤 성질을 가지고 있나요?
❶수소는 대기와 지각의 구성 물질로 지구상에 풍부하며,주로 순수한 수소 기체 상태가 아닌 화합물 상태로 존재하는데, 물이나 가솔린·천연가스·프로판·메탄올과 같은 유기화합물로 발견됩니다.
❷수소 기체는 수소 원자 두 개가 결합한 상태, 즉 수소 분자(H2)로 존재합니다.
❸물에 대한 용해도가 매우 작아 물에 잘 녹지 않으며, 실온에서는 반응성이 작지만 온도가 높아지면 반응성이 커집니다.
❹수소는 연소하기 쉬운 기체로 공기나 산소와 접촉하면 쉽게 불이 붙고 수소-공기 혼합 기체는 불꽃을 튀겨 주면 폭발적인 연소 반응을 보입니다.
❺불이 붙는 발화 에너지가 작아 아주 미세한 정전기에도 쉽게 발화하며 황과는 황화수소, 질소와는 암모니아, 염소와는 염화수소를 생성합니다.
❻또한 많은 금속과도 직접 반응하여 수화물을 만드는데,금속염화물이나 산화물을 가열하면 환원되어 금속을 생성합니다.
❼원자 번호(atomic number, Z)는 같지만, 질량수(mass number, A)가 다른 원자를 의미하는 동위원소로는 질량수 2(중수소) 및 3(삼중수소)인 것이 있지만 다른 원소의 경우와는 달리 보통 수소원자(질량수 1인 것,경수소)의 2배·3배로 되기 때문에 질량의 차가 뚜렷하고,성질의 차이가 큽니다.
❽이 사실로부터 보통 수소를 프로튬(protium, 1H), 중수소(2H)를 듀테륨(deuterium, D), 삼중수소(3H)을 트리튬(tritium, T)으로 하여 구별하며,중수소가 많이 포함된 물을 중수라고 부르며 중성자 감속제나 원자로 용매로 사용됩니다.
4.수소는 어떻게 제조 되나요?
❶수소는 공업적으로는 보통 천연가스를 비롯한 탄화수소를 열분해하여 제조됩니다.
❷그 밖에 수성가스·코크스로(爐)가스 등에서 분리시키거나, 물의 전기분해 등의 방법으로 제조됩니다.
❸실험실에서는 아연·철 등의 금속에 묽은 황산을 반응시키거나, 묽은 수산화나트륨 수용액 또는 묽은 황산을 전기분해하여 만들기도 합니다.
5.수소는 어떤 용도로 사용되고 있나요?
❶암모니아·염산·메탄올 등의 합성에 대량으로 사용됩니다.
❷기름을 경화시키기 위한 수소 첨가, 액체연료의 제조, 산소수소불꽃으로 금속의 절단과 용접, 백금·석영(石英) 등의 세공 등에 사용되기도 합니다.
❸액체수소는 끓는점이 아주 낮기 때문에 냉각제로 사용되기도 합니다.
❹수소 기체는 연소 후 물이 생성될 뿐 오염물질이 만들어지지 않아 무공해연료로 각광을 받고 있습니다.
❺또 연소열도 커 효율적인 장점이 있으나,저장과 운반이 매우 어렵고 폭발의 위험이 있어 이를 해결하기 위한 연구가 활발히 진행 중입니다.
6.수소하면 수소폭탄이 생각나 무서운데요! 수소와 수소폭탄은 어떤 관계인가요?
❶수소 폭탄이란 수소의 핵융합 때 발생하는 에너지를 이용한 폭탄입니다.
❷수소폭탄이 작동하는 원리는 다음과 같습니다.
▲1.핵분열-원자폭탄을 기폭제로 하여 초고온 초고압 상태에서 형성된 수많은 중성자들이 리튬과 반응해 삼중수소를 만든다.
▲2.핵융합-중수소와 삼중수소가 초고온 초고압 상태에서 핵융합 반응을 하여 막대한 에너지와 높은 에너지의 중성자를 형성한다.
▲3.핵분열-핵융합으로 생성된 고에너지 중성자들이 핵융합 물질들을 둘러싼 우라늄 238과 반응하여 핵분열을 일으키며 폭발력을 증폭한다.
❸즉,수소폭탄은 원자폭탄이 폭발할 때 나오는 에너지로 핵융합을 일으켜 위력을 원자폭탄의 수백 배로 끌어올린 핵폭탄이며,원자폭탄이 폭발할 때 만들어진 고온(1억 도)의 환경에서 다시 핵융합 반응을 일으키는데, 이때 폭발력이 한층 강화된 폭탄입니다.
7.매우 많고 매우 가볍고 매우 격렬이 반응하는 이 수소를 애너지로 활용할 수는 없을까요?
❶수많은 과학자들은 끊임없이 질문을 던졌습니다.
❷그 결과 수소의 가벼움을 이용한 수소 기구가 18세기에 만들어졌는데 하늘에 떠 있는 기구를 처음 본 사람들은 악마가 나타났다며 놀라기도 했습니다
❸하지만 기술적인 한계로 수소는 연료로 쓰이진 못했는데,그렇다면 더 이상 수소는 애너지로 쓰일 수 없는 것일까요?
❹1839년 영국 왕립 연구원의 윌리언 로버트 그로브는 물을 전기로 분해하면 산소와 수소로 분리가 되듯 반대로 산소와 수소를 결합하면 전기가 나오지 않을까 생각했고,이런 상상을 바탕으로 안전하고 깨끗한 최초의 연료전지를 탄생시켰습니다.
❺그후 1939년 영국 케임브리지 대학에서 프란시스 베이컨 교수는 이 연료전지를 지게차에 탑재 시운전까지 성공적으로 마쳤습니다.
❻세계 최초의 수소 전기차를 만든 사람은 1950년대 오스트리아 과학자 카를 코르데시이며,2차 세계대전 이후 미국으로 건너온 그는 중고차를 개조해 수소 전기차를 탄생시켰습니다
❼1960년대 미국 자동차회사인 제너럴모터스는 코르데시가 설계한 연료 전지를 기반으로 200여명의 연구진을 투입해 승합차를 만들었으나 말이 승합차지 앞좌석에만 두 사람이 탈수 있을 뿐 뒷좌석에는 연료전지 시스템으로 가득 찼습니다.
❽비슷한 시기 유럽에서도 수소 자동차 연구가 활발히 진행 되었는데 독일자동차회사인 벤츠가 내놓은 것은 버스였는데 승용차가 아닌 버스를 개발한 이유는 수소 연료전지 시스템의 덩치가 너무 컷기 때문입니다.
❾그후 1999년 더 작은 연료전지를 탑재한 소형차를 내놓은 벤츠사의 위르겐 슈렘프 다이너회장은 ❝자신에 찬 어조로 수소 전기차의 기술경쟁은 끝났다❞ ❝이제는 가격경쟁을 시작해야 한다❞라고 말하기도 했습니다.
8.수소전기차의 역사에서 빠질 수 없는 또 한 나라는 일본
❶미국 유럽에 비해 다소 늦은 출발이 없지만 다양한 수소 전기차를 선보인 끝에 토요타사는 세계 두 번째로 양산형 수소 전기차를 출시합니다
❷지금 일본은 수소 경제로드맵에 따라 승용차뿐만 아니라 트럭 버스 지게차 등 수소를 활용한 다양한 운송수단을 개발 중에 있습니다.
9.그렇다면 우리나라는 어떨까요?
❶현대자동차가 처음 수소 전기차를 만들기 시작한 것은 약 20여년 전,개발에 몰두한지 7년만인 2005년 연료전지 국산화에 성공했고 2013년에 세계 최초의 양산형 수소 전기차를 출시했습니다.
❷더욱이 유럽 등 18개국에 수출하며 전 세계를 깜짝 놀라게 했습니다.
❸2018년 선보인 차세대 수소 전기차 렉소는 5분 충전에 609km라는 세계 최장의 주행 거리를 달성했을 뿐만 아니라 최고 속도,가속성능등 일본 수소 전기차의 기록을 뛰어넘으며 세계 최고의 기술력을 증명했습니다.
❹현재 수소차는 2018년 수소연료전지 플러그인 하이브리드차를 선보인 벤츠, 2019년 9월 수소 전기차 하이드로젠 넥스트를 최초 공개한 BMW, 2020년에 새로운 수소 전기차 모델 공개를 예고한 토요타등입니다.
❺그리고 2020년 수소 전기차 40대 이상의 양산체제를 갖춰 나간 현대자동차 까지 수소 전기차 경쟁이 시작되고 있습니다.
❻세계 시장을 선도할 친환경 차에 리더로 떠오른 대한민국은 현대차가 중심이 되어 전기차 아이오닉5에 이어 2030년까지 모든 차종의 친환경차를 출시하며 최고 수준의 기술력을 달성에 나간다는 각오입니다.
다음은 수소 생산방법:2탄을 포스팅 하겠습니다.