수소 경제(Hydrogen Economy)와 수소화효소(Hydrogenase)
산업화 이후 인류는 화석 연료를 무분별하게 사용해 왔고,
물질적으로는 풍요로워졌지만 지구 환경 문제는 점차 심화되었습니다.
매년 심해지는 대기 오염과 온실 효과로 인한 기후 변화 등으로 인해
화석 연료 대신 사용 할 수 있는 친환경 재생 에너지에 대한 관심이 높아졌고,
수소(Hydrogen)와 수소 경제(Hydrogen Economy)에 대한 관심 역시 점차 높아지고 있습니다.
하지만 수소 경제를 만들어 가기 위해서는 몇가지 장애물들이 있는데,
이번 시간에는 수소 경제의 문제점과 수소화효소(Hydrogenase)에 대해 알아보도록 하겠습니다.
수소 경제(Hydrogen Economy)
수소는 환경 오염과 지구 온난화와 같은 현재 인류가 처해있는 가장 시급한 문제를
해결할 수 있는 이상적인 물질임에는 틀림없습니다.
태양과 수력, 풍력, 조력 등 자연을 이용한 에너지도 탄소 경제를 벗어나는데 매우 중요한 에너지원이지만
날씨를 인간의 힘으로 조정하는 것은 매우 어려운 일이고, 태양과 풍력 에너지의 출력은
매우 변동이 심하기 때문에 주 에너지원으로 삼기에는 아직까지는 무리가 있습니다.
하지만 수소도 몇 가지 문제점을 가지고 있습니다.
1. 수소 생산 비용
수소는 지구상에 매우 풍부한 원소지만 수소 단독으로 존재하지는 않습니다.
수소가 다른 원소와 결합하려는 성향 때문에 물이나 메탄과 같은 화합물을 형성하고 있습니다.
따라서 순수한 수소를 생성하기 위해서는 추가적인 과정이 필요하고,
이 과정들은 복잡하거나 실현 불가능하지는 않지만 에너지와 비용이 추가로 발생하게 됩니다.
2. 인프라 구축
수소가 실용적인 대체 연료가 되기 위해서는 주유소와 같이
수소를 수송하고 저장하는 기반 설비를 구축하고 확장해야 합니다.
수소를 새로운 에너지원으로 홍보하는 수소 협의회(Hydrogen Council)에서는
수소 기반 경제를 구축하기 위해 2030년 까지 연간 1,600 억 유로의 투자가 필요하다고 추정했는데,
그 중 수소의 생산과 저장 설비 등, 인프라를 개발, 설치하는데 드는 비용이 절반 이상이라고 발표했습니다.
3. 녹색 수소와 회색 수소
인공적으로 생산되는 수소는 녹색 수소(Green Hydrogen)와
회색 수소(Grey Hydrogen)로 나눌 수 있습니다.
녹색 수소는 풍력이나 수력, 태양력을 이용해
물(H2O)을 수소(H2)와 산소(O)로 전기 분해 하는 방식을 말하고,
회색 수소는 천연 가스와 같은 화석 연료에서 수소를 추출하거나,
화학 공업 분야에서 화석 연료를 처리하는 과정에서 자연적으로 발생하는 수소를 포집하는 방식을 말합니다.
회색 수소의 경우 수소를 만드는 비용이 저렴하지만 생산 과정에서 발생하는 이산화탄소를
대기중으로 배출하면 친환경성이 매우 낮아지기 때문에 궁극적인 친환경 에너지라고 볼 수 없으며,
녹색 수소의 경우 전기 분해를 위한 전기 생산비가 비싸기 때문에
전체적인 수소 생산 단가가 높다는 단점이 있습니다.
수소화 효소(Hydrogenase)
수소와 산소가 섞이면 많은 에너지를 발생시키며 타게 됩니다.
이러한 특징 때문에 우주선의 로켓 엔진은 액체 수소와 액체 산소를 연료로 사용해
높은 추진력을 발생시킵니다.
수소와 산소는 강한 결합력을 가지고 있지만 두 물질의 반응을 가능하게 하는
촉매제가 없으면 대기 중의 온도에서는 특별한 반응을 하지 않습니다.
생물체도 수소와 산소의 반응으로부터 생명 현상을 유지하기 위한 에너지를 만들어냅니다.
생물체는 생물체 내의 에너지를 만들기 위해 수소(H2)를 분해해서 양성자(H+)를 만드는데,
이러한 과정은 촉매제라고 할 수 있는 수소화 효소에 의해 조절됩니다.
수소화 효소는 수소(H2)를 양성자(Hydron, H+)와 전자(Electron, e-)로 산화하고,
분해된 양성자와 전자는 산소와 결합해 물을 발생시키는 역할을 하며,
그와 반대로 물에서 양성자와 전자를 분해하기도 합니다.
우리는 미생물의 수소화 효소를 이용해
미생물의 세포가 쓰고 남은 잉여의 수소 가스를 미생물 밖으로 내보내고 이를 수집할 수 있고,
유전 공학을 이용해 미생물이 수소를 다량으로 만들어 내도록 할 수도 있습니다.
현재 전 세계적으로 이 수소화 효소와 광합성을 이용한 수소화 효소 광 시스템이나
녹조류의 수소화 효소를 이용한 수소 생산 시스템 등에 대한 연구들이 지속적으로 발표되고 있습니다.
수소화 효소를 이용한 수소 생산은 회색 수소와 같이 이산화탄소를 발생시키지도 않으면서도
상용화 될 경우 저렴한 가격에 수소를 생산할 수 있기 때문에
앞으로 지속적인 연구와 개발이 필요할 것으로 예상됩니다.
수소 연료 전지 개발과 Mass Flow Meter / Controller
인포라드(주)는 수소 연구 및 수소 연료 전지 분야에서 많이 사용 되고 있는
Teledyne Hastings 사의 Mass Flow Meter / Controller 를 제공하고 있습니다.
전원 연결만으로 여러 종료의 가스를 온압 보상 없이 편리하게 유량 측정할 수 있는
Full Touch Screen 방식의 MFC 인 Digital 300B Series 를 포함해,
Digital 제품은 0 ~ 10,000 Slm, 0 ~ 750 kg/hr 의 영역의 대용량을,
Analog 제품은 최대 15,000 Slm, 1,125 kg/hr 의 영역의 초대용량까지 측정할 수 있는
Mass Flow Meter / Controller 까지 제공하고 있습니다.
수소 연료 전지 및 자동차 분야에서는 대용량의 수소를 취급하기 때문에
큰 용량을 안정적으로 측정 및 제어 할 수 있는 MFC가 필요합니다.
대용량 Mass Flow Meter / Controller 에 대해 더 자세히 알고 싶으시면
아래의 링크 버튼을 클릭하시기 바랍니다.
참고 : https://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_economy
https://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogenase
https://en.wikipedia.org/wiki/NiFe_hydrogenase
https://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_Council
https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1222007&cid=40942&categoryId=31818
https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=2842441&cid=47309&categoryId=47309
https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1047822&cid=42383&categoryId=42383&
expCategoryId=42383