KR20210095257A - 선박 수증기를 이용한 수소생성 및 수소연료전지가 적용된 선박 - Google Patents

선박 수증기를 이용한 수소생성 및 수소연료전지가 적용된 선박 Download PDF

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허희승
이종범
양승욱
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현대중공업 주식회사
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Abstract

본 발명은 수증기(steam)과 LNG를 이용하여 수소를 생성하고 이를 수소연료전지에 공급하고, 수소연료전지에 의해 생산된 에너지를 선박의 에너지원으로 사용하도록 함으로써 화석연료의 사용을 최소화할 수 있는 선박 수증기를 이용한 수소생성 및 수소연료전지가 적용된 선박에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 선박 수증기를 이용한 수소생성 및 수소연료전지가 적용된 선박은 화석연료 또는 전기에 의해 동작되는 복수의 엔진; 화석연료에 의해 동작되는 엔진의 배기가스를 열원으로 이용하여, 물을 가열하여 수증기를 생성하는 배기가스 보일러; 액화천연가스(LNG)를 저장하는 LNG 탱크; 상기 배기가스 보일러, LNG 탱크로부터 각각 수증기(H2O), LNG를 공급받아, 수증기(H2O)와 메탄(CH4)의 흡열반응이 진행되는 공간을 제공하며, 수증기(H2O)와 메탄(CH4)의 흡열반응을 통해 수소(H2) 및 일산화탄소(CO)를 생성시키는 수소생성반응기; 수소생성반응기에 의해 생성된 수소(H2)와 일산화탄소(CO)의 혼합기체로부터 수소(H2)를 분리하는 수소분리기; 및 수소분리기로부터 수소(H2)를 공급받아 이를 이용하여 전기를 생산하는 수소연료전지;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

선박 수증기를 이용한 수소생성 및 수소연료전지가 적용된 선박{Ship having hydrogen fuel cell and available of hydrogen producing using steam produced by exhaust gas}
본 발명은 선박 수증기를 이용한 수소생성 및 수소연료전지가 적용된 선박에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수증기(steam)과 LNG를 이용하여 수소를 생성하고 이를 수소연료전지에 공급하고, 수소연료전지에 의해 생산된 에너지를 선박의 에너지원으로 사용하도록 함으로써 화석연료의 사용을 최소화할 수 있는 선박 수증기를 이용한 수소생성 및 수소연료전지가 적용된 선박에 관한 것이다.
일반적으로 선박은 디젤유를 이용하여 구동력을 발생시키는 디젤엔진, LNG와 같은 가스를 이용하여 구동력을 발생시키는 가스엔진, 디젤유와 가스를 혼용하여 구동력을 발생시키는 이종연료엔진(Dual Fuel Engine) 등을 사용하여 추진한다.
최근에는 IMO 환경규제 강화에 따른 친환경/고효율 엔진에 대한 요구가 증대하면서 다양한 연료를 이용한 추진시스템에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 특히, 선박에서 배출되는 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx) 등과 같은 환경오염물질의 배출량을 감소시키면서 추진할 수 있는 기술들이 연구되고 있다.
종래 기술에 따른 선박은 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx) 등과 같은 환경오염물질의 배출량을 감소시키기 위해 스크러버(Scrubber), SCR 등과 같은 환경오염물질 저감장치를 설치하였다.
그러나, 종래 기술에 따른 선박은 환경규제가 점점 강화됨에 따라 환경오염물질 저감장치만으로는 환경규제를 만족시킬 수 없는 문제가 있다. 왜냐하면, 환경규제가 강화될수록 환경오염물질 저감장치의 처리용량이 커져야 하는데, 처리용량은 저감장치의 크기에 비례하기 때문이다. 공간이 제한적인 선박에서 환경오염물질 저감장치가 차지하는 비율이 높아지면, 상대적으로 화물을 선적하는 공간이나 사람을 태우기 위한 공간이 감소될 뿐만 아니라 저감장치의 무게로 인해 연비도 증가되기 때문에 비효율적이다. 따라서, 환경친화적이면서 고효율로 추진할 수 있는 선박에 대한 개발이 절실히 필요하다.
한국공개특허 제2019-0015054호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 수증기(steam)과 LNG를 이용하여 수소를 생성하고 이를 수소연료전지에 공급하고, 수소연료전지에 의해 생산된 에너지를 선박의 에너지원으로 사용하도록 함으로써 화석연료의 사용을 최소화할 수 있는 선박 수증기를 이용한 수소생성 및 수소연료전지가 적용된 선박을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 선박 수증기를 이용한 수소생성 및 수소연료전지가 적용된 선박은 화석연료 또는 전기에 의해 동작되는 복수의 엔진; 화석연료에 의해 동작되는 엔진의 배기가스를 열원으로 이용하여, 물을 가열하여 수증기를 생성하는 배기가스 보일러; 액화천연가스(LNG)를 저장하는 LNG 탱크; 상기 배기가스 보일러, LNG 탱크로부터 각각 수증기(H2O), LNG를 공급받아, 수증기(H2O)와 메탄(CH4)의 흡열반응이 진행되는 공간을 제공하며, 수증기(H2O)와 메탄(CH4)의 흡열반응을 통해 수소(H2) 및 일산화탄소(CO)를 생성시키는 수소생성반응기; 수소생성반응기에 의해 생성된 수소(H2)와 일산화탄소(CO)의 혼합기체로부터 수소(H2)를 분리하는 수소분리기; 및 수소분리기로부터 수소(H2)를 공급받아 이를 이용하여 전기를 생산하는 수소연료전지;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 수소연료전지에 의해 생산된 전기는 엔진 또는 선박의 전장설비에 공급될 수 있다. 또한, 상기 수소연료전지는 고체산화물 연료전지(SOFC) 또는 고분자전해질 연료전지(PEMFC)로 구성될 수 있다.
상기 배기가스 보일러의 일측에는 물이 공급되는 배관이 구비되며, 배기가스 보일러에서의 배기가스와 물의 열교환을 통해 수증기가 생성될 수 있다.
본 발명에 따른 선박 수증기를 이용한 수소생성 및 수소연료전지가 적용된 선박은 다음과 같은 효과가 있다.
선박 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 열원으로 이용하여 수증기를 발생시키고, 수증기(H2O)와 메탄(CH4)의 반응을 통해 수소를 생성함과 함께 생성된 수소를 수소연료전지에 공급하여 전기를 생산하며, 생산된 전기를 선박의 엔진 또는 선박의 전장설비에 공급하는 방식임에 따라, 화석연료의 사용을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 수증기를 이용한 수소생성 및 수소연료전지가 적용된 선박의 구성도.
본 발명은 수소연료전지를 통해 전기를 생산하여 이를 선박의 엔진 및 선박의 전장설비에 이용되도록 하는 기술을 제시한다.
수소연료전지는 고체산화물 연료전지(SOFC) 또는 고분자전해질 연료전지(PEMFC)로 구성되어, 수소를 이용하여 전기를 생산하는 것이며, 본 발명은 수소연료전지에 소요되는 수소를 수증기(H2O)와 메탄(CH4)의 반응을 통해 생성시키는 기술을 제시한다. 세부적으로, 선박 배기가스를 열원으로 이용하여 수증기(steam)을 발생시키고, 수증기(H2O)와 액화천연가스(LNG)의 주성분인 메탄(CH4)의 반응을 통해 수소(H2)를 생성하고, 생성된 수소(H2)를 수소연료전지에 공급하는 기술을 제시한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 수증기를 이용한 수소생성 및 수소연료전지가 적용된 선박을 상세히 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 수증기를 이용한 수소생성 및 수소연료전지가 적용된 선박은 엔진(10)(20), 배기가스 보일러(110), LNG 탱크(120), 수소생성반응기(130), 수소분리기(140) 및 수소연료전지(150)를 포함하여 이루어진다.
엔진은 선체 일측에 구비된 프로펠러에 추진력을 부여하여 프로펠러 등에 의해 선박이 추진되도록 하는 역할을 한다. 선박에는 복수의 엔진이 구비되며, 일부의 엔진(10)은 디젤유, 액화천연가스(LNG) 등과 같은 화석연료에 의해 동작되며, 다른 일부의 엔진(20)은 수소연료전지(150)에 의해 생산된 전기에 의해 동작된다. 화석연료에 의해 동작되는 엔진(10)은 약 280℃ 이상의 온도를 갖는 배기가스를 발생시킨다.
상기 배기가스 보일러(110)는 고온의 선박 배기가스를 열원으로 이용하여 물을 가열하여 수증기를 생성한다. 배기가스 보일러(110)의 일측에는 물이 공급되는 배관이 구비되며, 배기가스 보일러(110)에서의 배기가스와 물의 열교환을 통해 수증기가 생성된다. 상기 LNG 탱크(120)는 LNG 즉, 액화천연가스를 저장하며, LNG는 다량의 메탄가스(CH4)를 함유한다. 배기가스 보일러에 의해 생성된 수증기(H2O)와 LNG의 메탄가스(CH4)는 수소를 생성하기 위한 전구체(precursor) 역할을 한다.
상기 수소생성반응기(130)는 수증기(H2O)와 메탄(CH4)의 흡열반응이 진행되는 공간을 제공하며, 수증기(H2O)와 메탄(CH4)의 흡열반응에 의해 수소(H2)가 생성된다. 상기 수소생성반응기(130)는 배기가스 보일러(110), LNG 탱크(120)로부터 각각 수증기(H2O), LNG를 공급받는다. 수증기(H2O)와 메탄(CH4)의 흡열반응에 의한 수소(H2)의 생성은 아래의 반응식 1과 같이 진행된다.
<반응식 1>
H2O + CH4 → CO + 3H2
수소생성반응기(130)에서의 수증기(H2O)와 메탄(CH4)의 흡열반응에 의해 수소(H2)와 일산화탄소(CO)가 생성되는데, 상기 수소분리기(140)는 수소(H2)와 일산화탄소(CO)의 혼합기체로부터 수소(H2)를 분리하는 역할을 한다. 수소분리기(140)에 의해 분리된 수소(H2)는 상기 수소연료전지(150)로 공급된다.
상기 수소연료전지(150)는 수소분리기(140)로부터 수소(H2)를 공급받아 이를 이용하여 전기를 생산하는 역할을 한다. 상기 수소연료전지(150)는 고체산화물 연료전지(SOFC) 또는 고분자전해질 연료전지(PEMFC)로 구성할 수 있다. 세부적으로, 상기 연료전지는 공기가 공급되는 공기극(cathode)과 수소가 포함된 연료가 공급되는 연료극(anode) 사이에 전해질(electrolyte)층이 형성되고, 연료극(anode)과 공기극(cathode)에는 수소공급 및 공기공급, 열회수를 위한 분리판(separator)이 설치되어 있는 단위전지 모듈을 직렬 연결하는 형태로 구성할 수 있다.
상기 수소연료전지(150)에 의해 생산된 전기에너지는 엔진(20)에 공급되거나 전기가 요구되는 선박 내의 다양한 설비(30)에 공급될 수 있다. 전술한 바와 같이 선박 내에는 복수의 엔진이 구비되며, 일부의 엔진(10)은 화석연료에 의해 동작되고 다른 일부의 엔진(20)은 상기 수소연료전지(150)에 의해 생산된 전기에 의해 동작된다.
10 : 화석연료에 의해 동작되는 엔진
20 : 전기에 의해 동작되는 엔진
30 : 선박 전장설비
110 : 배기가스 보일러 120 : LNG 탱크
130 : 수소생성반응기 140 : 수소분리기
150 : 수소연료전지

Claims (4)

  1. 화석연료 또는 전기에 의해 동작되는 복수의 엔진;
    화석연료에 의해 동작되는 엔진의 배기가스를 열원으로 이용하여, 물을 가열하여 수증기를 생성하는 배기가스 보일러;
    액화천연가스(LNG)를 저장하는 LNG 탱크;
    상기 배기가스 보일러, LNG 탱크로부터 각각 수증기(H2O), LNG를 공급받아, 수증기(H2O)와 메탄(CH4)의 흡열반응이 진행되는 공간을 제공하며, 수증기(H2O)와 메탄(CH4)의 흡열반응을 통해 수소(H2) 및 일산화탄소(CO)를 생성시키는 수소생성반응기;
    수소생성반응기에 의해 생성된 수소(H2)와 일산화탄소(CO)의 혼합기체로부터 수소(H2)를 분리하는 수소분리기; 및
    수소분리기로부터 수소(H2)를 공급받아 이를 이용하여 전기를 생산하는 수소연료전지;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 선박 수증기를 이용한 수소생성 및 수소연료전지가 적용된 선박.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 수소연료전지에 의해 생산된 전기는 엔진 또는 선박의 전장설비에 공급되는 것을 특징으로 하는 선박 수증기를 이용한 수소생성 및 수소연료전지가 적용된 선박.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 수소연료전지는 고체산화물 연료전지(SOFC) 또는 고분자전해질 연료전지(PEMFC)로 구성되는 것을 특징으로 하는 선박 수증기를 이용한 수소생성 및 수소연료전지가 적용된 선박.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 배기가스 보일러의 일측에는 물이 공급되는 배관이 구비되며, 배기가스 보일러에서의 배기가스와 물의 열교환을 통해 수증기가 생성되는 것을 특징으로 하는 선박 수증기를 이용한 수소생성 및 수소연료전지가 적용된 선박.
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WO2023128052A1 (ko) * 2021-12-31 2023-07-06 한국해양대학교 산학협력단 친환경 연료 생산 저장 및 공급용 부유식 벙커링 스테이션과 방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190015054A (ko) 2017-08-03 2019-02-13 현대중공업 주식회사 선박

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190015054A (ko) 2017-08-03 2019-02-13 현대중공업 주식회사 선박

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023128052A1 (ko) * 2021-12-31 2023-07-06 한국해양대학교 산학협력단 친환경 연료 생산 저장 및 공급용 부유식 벙커링 스테이션과 방법

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