New Energy New Energy SourceSource

Yongsik LeeYongsik Lee2004 Nov2004 Nov

waterwater

Mysterious Island (1874)Mysterious Island (1874) ““I believe that water will one day be employed I believe that water will one day be employed

as fuel…”as fuel…” Jules VerneJules Verne

Combustion of hydrogenCombustion of hydrogen HH22 + (1/2)O + (1/2)O22 → H → H22O + 286 kJO + 286 kJ Equivalent to 143 kJ/g for combustionEquivalent to 143 kJ/g for combustion

Octane 46 kJ/gOctane 46 kJ/g Methane 54 kJ/gMethane 54 kJ/g

Powerful energy sourcePowerful energy source

Hydrogen supplyHydrogen supply How can we obtain a supply of HHow can we obtain a supply of H22??

93% all atoms are hydrogen atoms93% all atoms are hydrogen atoms Immense supply on EarthImmense supply on Earth H2 is too reactiveH2 is too reactive Most of it is in the bondingMost of it is in the bonding

Traditional methodTraditional method 묽은 산을 금속과 반응시키면 수소 발생묽은 산을 금속과 반응시키면 수소 발생

Splitting waterSplitting water

Electrolysis of waterElectrolysis of water By providing energy from a battery, water can be By providing energy from a battery, water can be

dissociated into the hydrogen (Hdissociated into the hydrogen (H22) and oxygen (O) and oxygen (O22)) The process must provide The process must provide

the energy for the dissociationthe energy for the dissociation the energy to expand the produced gases. the energy to expand the produced gases.

Both of those are included in the change in enthalpyBoth of those are included in the change in enthalpy

Quantity H2O H2 0.5 O2 Change

Enthalpy

-285.83 kJ 0 0 H = 285.83 kJ

Entropy 69.91 J/K 130.68 J/K 0.5 x 205.14 J/K TS = 48.7 kJ

Required energyRequired energy Expansion work at 298 KExpansion work at 298 K

W = PW = PΔΔVV (101.3 x 10(101.3 x 1033 Pa)(1.5 moles)(22.4 x 10 Pa)(1.5 moles)(22.4 x 10-3-3 m3/mol)(298K/273K) = m3/mol)(298K/273K) =

3715 J3715 J Since the enthalpy H= U+PV, the change in internal energSince the enthalpy H= U+PV, the change in internal energ

y U is theny U is then ΔΔ U = U = ΔΔ H - P H - P ΔΔ V = 285.83 kJ - 3.72 kJ = 282.1 kJ V = 285.83 kJ - 3.72 kJ = 282.1 kJ

This change in internal energy must be accompanied by tThis change in internal energy must be accompanied by the expansion of the gases produced, he expansion of the gases produced,

so the so the ΔΔ H represents the necessary energy to accompli H represents the necessary energy to accomplish the electrolysis. sh the electrolysis.

Apparatus of electrolysisApparatus of electrolysis

Considering entropyConsidering entropy However, it is not necessary to put in this whole amount iHowever, it is not necessary to put in this whole amount i

n the form of electrical energyn the form of electrical energy Since Since ΔΔ S in the process of dissociation, the amount T S in the process of dissociation, the amount TΔΔS can be S can be

provided from the environment at temperature T. provided from the environment at temperature T. The amount which must be supplied by the battery is actThe amount which must be supplied by the battery is act

ually the change in the Gibbs free energyually the change in the Gibbs free energy ΔΔ G = G = ΔΔ H - T H - T ΔΔ S = 285.83 kJ - 48.7 kJ = 237.1 kJ S = 285.83 kJ - 48.7 kJ = 237.1 kJ

Since the electrolysis process results in an increase in eSince the electrolysis process results in an increase in entropy, the environment "helps" the process by contributintropy, the environment "helps" the process by contributing the amount T ng the amount T ΔΔ S. S.

The utility of the Gibbs free energy is that it tells you what The utility of the Gibbs free energy is that it tells you what amount of energy in other forms must be supplied to get amount of energy in other forms must be supplied to get the process to proceed.the process to proceed.

Source of energySource of energy

Electricity by Burning fossil fuelsElectricity by Burning fossil fuels Electricity from Nuclear ReactorElectricity from Nuclear Reactor Heat energy to decompose waterHeat energy to decompose water

131 kJ + H131 kJ + H22O(g) + C(s) → HO(g) + C(s) → H22 (g) + CO(g) (g) + CO(g) Simple heating at 5000 CSimple heating at 5000 C

Stealing the sunStealing the sun

Sun = nuclear fusionSun = nuclear fusion 5,000,000 tons of sun’s matter are 5,000,000 tons of sun’s matter are

converted into energy 3 x 10converted into energy 3 x 102323 kJ per sec kJ per sec Needs 10Needs 1088 K to initiate K to initiate

Uncontrolled mini sunUncontrolled mini sun Hydrogen bombHydrogen bomb

Nuclear FusionNuclear Fusion

핵융합 핵융합 FusionFusion Nuclear reaction in which two nuclei combine to Nuclear reaction in which two nuclei combine to

form a new nucleus at high temperature (10form a new nucleus at high temperature (108 8 K)K)

01

2

1

1

1 H H2

H2 He He2 1

1

4

2

3

2He H H 3

2

2

1

1

1

Nuclear FusionNuclear Fusion

Happy Birthday!Happy Birthday!

Reactive HydrogenReactive Hydrogen

Main engine exhaust, solid rocket booster Main engine exhaust, solid rocket booster plume and an expanding ball of gas from plume and an expanding ball of gas from the external tank is visible seconds after the external tank is visible seconds after the Space Shuttle Challenger accident on the Space Shuttle Challenger accident on Jan. 28, 1986. Jan. 28, 1986.

Challenger AccidentChallenger Accident

Hindenburg ExplosionHindenburg Explosion

The explosion of the luxury airship Hindenburg at The explosion of the luxury airship Hindenburg at Lakehurst, NJ, on May 6, 1937, serves as one of the most Lakehurst, NJ, on May 6, 1937, serves as one of the most spectacular moments recorded by the media.spectacular moments recorded by the media.

But knowing the actual nature of the Hindenburg disaster, But knowing the actual nature of the Hindenburg disaster, as well as knowing the behavior of hydrogen allows us to as well as knowing the behavior of hydrogen allows us to dispel this stigma associated with hydrogen. dispel this stigma associated with hydrogen.

Hydrogen SafetyHydrogen Safety 현대 기술로 수소 기체는 안전하게 보관 가능현대 기술로 수소 기체는 안전하게 보관 가능 Tanks currently in use for storage of Tanks currently in use for storage of

compressed hydrogen (similar to compressed hydrogen (similar to compressed natural gas tanks) have compressed natural gas tanks) have survived intact through testing by various survived intact through testing by various means, means, being shot with six rounds from a .357 magnum, being shot with six rounds from a .357 magnum, detonating a stick of dynamite next to them, detonating a stick of dynamite next to them, subjecting them to fire at 1500 degrees Fsubjecting them to fire at 1500 degrees F

Clearly, a typical gasoline tank wouldn’t Clearly, a typical gasoline tank wouldn’t survive a single one of these tests. survive a single one of these tests.

Storage of HydrogenStorage of Hydrogen Finding a cost-effective method of storing hydrogen Finding a cost-effective method of storing hydrogen

is a challenge. While hydrogen contains more is a challenge. While hydrogen contains more energy per weight than any other energy carrier, it energy per weight than any other energy carrier, it contains much less energy by volume. This makes contains much less energy by volume. This makes it difficult to store a large amount of hydrogen in a it difficult to store a large amount of hydrogen in a small space, like the gas tank of your car.small space, like the gas tank of your car.

High-pressure storage tanks.High-pressure storage tanks. Hydrogen gas can be compressed and stored in storage Hydrogen gas can be compressed and stored in storage

tanks at high pressure, but these tanks must be very tanks at high pressure, but these tanks must be very strong. strong.

Liquid hydrogen.Liquid hydrogen. Hydrogen can be stored as a liquid. In this form, more Hydrogen can be stored as a liquid. In this form, more

hydrogen can be stored per volume, but it must be kept at hydrogen can be stored per volume, but it must be kept at very cold temperature (about -253° C)very cold temperature (about -253° C)

Hydrogen EconomyHydrogen Economy 새로운 새로운 HH22 저장 방법저장 방법

Metal Metal 과 반응 → 과 반응 → Metal hydride Metal hydride 생성생성 비교적 안정한 고체비교적 안정한 고체 (( 높은 저장 수용력 가짐높은 저장 수용력 가짐 )) Li(s) + ½HLi(s) + ½H22(g) → LiH(s)(g) → LiH(s) (10L) (4.3mL)(10L) (4.3mL) LiH(s) + HLiH(s) + H22O(g) → HO(g) → H22(g) + LiOH(aq)(g) + LiOH(aq) HH22 를 다루는데 안전과 편리성 향상를 다루는데 안전과 편리성 향상

Carbon nanotubesCarbon nanotubes 2 nm across, stores hydrogen in their microscopic pores.2 nm across, stores hydrogen in their microscopic pores.

HH22 사용사용 순수한 수소기체 순수한 수소기체 : : 공기중에서 안정공기중에서 안정 수소와 산소가 혼합될 때 수소와 산소가 혼합될 때 spark spark 발생 ⇒ 위험발생 ⇒ 위험

Slow burningSlow burning

Slow reactionSlow reaction Non contact between HNon contact between H22 and O and O22

Flameless combustionFlameless combustion Fuel cell (Fuel cell ( 연료 전지연료 전지 ))

Sir William Grove (1839)Sir William Grove (1839) First practical fuel cell (1930s)First practical fuel cell (1930s) Apollo program (1960s)Apollo program (1960s) Space shuttle uses 32 cells x 3 setSpace shuttle uses 32 cells x 3 set

Fuel CellsFuel Cells

Fule cell structureFule cell structure A single fuel cell consists of A single fuel cell consists of

an electrolytean electrolyte two catalyst-coated electrodes (a porous anode and two catalyst-coated electrodes (a porous anode and

cathode)cathode) AnodeAnode

Oxidation (lose electron) occursOxidation (lose electron) occurs Hydrogen (or a hydrogen-rich fuel) is fed to the anode Hydrogen (or a hydrogen-rich fuel) is fed to the anode

where a catalyst separates hydrogen's negatively where a catalyst separates hydrogen's negatively charged electrons from protonscharged electrons from protons

HH22(g) → 2H(g) → 2H++(aq) + 2e(aq) + 2e--

CathodeCathode Reduction (gain electron) occursReduction (gain electron) occurs oxygen combines with electrons and, in some cases, oxygen combines with electrons and, in some cases,

with species such as protons or water, resulting in water with species such as protons or water, resulting in water or hydroxide ions, respectivelyor hydroxide ions, respectively

(1/2)O(1/2)O22(g) + 2H(g) + 2H++(aq) + 2e(aq) + 2e-- → H → H22O(l)O(l)

Electron flow = electrical Electron flow = electrical currentcurrent

The electrons from the The electrons from the anode side of the cell anode side of the cell cannot pass through the cannot pass through the electrolyte to the electrolyte to the positively charged positively charged cathodecathode

They must travel around They must travel around itit

via an electrical circuit via an electrical circuit to reach the other side to reach the other side of the cell. of the cell.

This movement of This movement of electrons is an electrical electrons is an electrical current. current.

ElectrolytesElectrolytes

For polymer electrolyte membrane (PEM) For polymer electrolyte membrane (PEM) and phosphoric acid (PA) fuel cells, and phosphoric acid (PA) fuel cells, protons move through the electrolyte to the protons move through the electrolyte to the

cathode to combine with oxygen and electrons, cathode to combine with oxygen and electrons, producing water and heat. producing water and heat.

For alkaline, molten carbonate, and solid For alkaline, molten carbonate, and solid oxide fuel cells, oxide fuel cells, negative ions travel through the electrolyte to negative ions travel through the electrolyte to

the anode where they combine with hydrogen the anode where they combine with hydrogen to generate water and electrons. to generate water and electrons.

Fuel Cell TypesFuel Cell Types

구 분구 분 알카리형알카리형 인 산 형인 산 형 용융탄산용융탄산염형염형

고체산화물고체산화물형형

고체고분자형고체고분자형

전 해 질전 해 질 KOH, NaOH KOH, NaOH O-H₃PO₄O-H₃PO₄ KLiCO₃KLiCO₃ ZrO₂- y₂O₃ZrO₂- y₂O₃ NafionNafion

연 료연 료 순수수소순수수소 CNG,LPG,CNG,LPG,메탄올 메탄올

좌동좌동 , , 석탄가스석탄가스

좌 동좌 동 CNG,CNG, 메탄메탄올올 ,LPG ,LPG

사용용사용용도도

우주선우주선 , , 잠수함잠수함

on-siteon-site 용 용 대형전원대형전원

대규모 대규모 발전용발전용

소소 ·· 중중 ··대규모대규모

가정용가정용 ,, 이동용이동용

Fuel CellsFuel Cells

연료 전지의 일반적인 특성연료 전지의 일반적인 특성 연료가 전기화학적으로 반응하여 전기를 생산하는 연료가 전기화학적으로 반응하여 전기를 생산하는

과정에서 열도 발생 → 총효율을 과정에서 열도 발생 → 총효율을 80% 80% 이상으로 이상으로 높이는 고효율 발전이 가능높이는 고효율 발전이 가능

기존의 화력 발전에 비해 효율이 높음기존의 화력 발전에 비해 효율이 높음 발전용 연료의 절감이 가능발전용 연료의 절감이 가능 열병합 발전도 가능열병합 발전도 가능

NOxNOx 와 와 COCO22 의 배출량이 석탄 화력 발전의 의 배출량이 석탄 화력 발전의 1/381/38 과 과 11/3 /3

공해 배출 요인이 거의 없는 무공해 에너지 기술공해 배출 요인이 거의 없는 무공해 에너지 기술

Fuel Cell stackFuel Cell stack

Fuel Cell in your Future?Fuel Cell in your Future?

CC33HH88(g) + 5O(g) + 5O22(g) → 3CO(g) → 3CO22(g) + 4H(g) + 4H22(g)(g) oxidation substance : Coxidation substance : C33HH88(g)(g)

reduction substance : Oreduction substance : O22(g)(g)

Fuel Cell AdvantagesFuel Cell Advantages No moving parts No moving parts Reliable Reliable Efficient (50%-90% presently): This is Efficient (50%-90% presently): This is

major long-term advantage - fuel cells are major long-term advantage - fuel cells are not limited by the thermodynamics not limited by the thermodynamics constraints that heat-based combustion constraints that heat-based combustion type processes are subject to.  type processes are subject to. 

Heat generated can be captured for other Heat generated can be captured for other uses uses

Operates cleanly (emits only water) Operates cleanly (emits only water) Quiet Quiet

Fuel Cell in PlaceFuel Cell in Place 과거에 에너지원으로 쓰이지 않은 이유과거에 에너지원으로 쓰이지 않은 이유

과거에는 석유과거에는 석유 , , 석탄 등 화석연료 풍부석탄 등 화석연료 풍부 환경오염에 대한 인식 부족환경오염에 대한 인식 부족

연료전지가 상용화 되지 않은 이유연료전지가 상용화 되지 않은 이유 취급 용이성과 안정성취급 용이성과 안정성 , , 비용 상의 불리함비용 상의 불리함 백금 촉매 전극백금 촉매 전극 연료전지를 구성하는 소재에 대한 제조 기술 미비연료전지를 구성하는 소재에 대한 제조 기술 미비

상용화 하기 위한 노력상용화 하기 위한 노력 가격 절감가격 절감 성능 향상성능 향상 새로운 소재 개발새로운 소재 개발

가능한 사용처가능한 사용처 노트북노트북 , , 휴대폰 등 이동성휴대폰 등 이동성 자동차처럼 공해 저해자동차처럼 공해 저해 병원 같은 안정된 전원이 필요한 곳병원 같은 안정된 전원이 필요한 곳

Electrons, cells, and Electrons, cells, and batteriesbatteries

Electrochemical cellElectrochemical cell Electrolytic cellElectrolytic cell

lead storage batterylead storage battery

(+) 극 : PbO2 + 4H+ + SO2-4 + 2e- → PbSO4 + 2H2O

(-) 극 : Pb + SO2-4 → PbSO4 + 2e-

Pb+PbO2+2SO42-+4H+ → 2PbSO4+2H2O

batteries-functions and usesbatteries-functions and uses

건전지건전지 알칼리전지알칼리전지 수은수은산화은산화은

리튬리튬 --요오드요오드

니켈니켈 -- 카드뮴카드뮴축전지축전지

납 축전지납 축전지

1.5 V1.5 V 1.54 V1.54 V 1.3 V1.3 V

1.5 V1.5 V2.8 V2.8 V 1.46 V1.46 V 2.0 V2.0 V

재충전불가능재충전불가능 nono nono nono 충전가능충전가능 충전가능충전가능

값싸지만값싸지만수명 짧다수명 짧다

수명 길지만수명 길지만전해질전해질 (KOH)(KOH)분해시 위험분해시 위험

크기작고 수명 크기작고 수명 길지만 비싸다길지만 비싸다

크기 작고 수명 크기 작고 수명 길다길다 (10(10 년년 ))

수명 길다수명 길다 무겁다무겁다

라디오라디오 .. 시계시계손전등손전등

라디오라디오 .. 시계시계손전등손전등

계산기계산기손목시계손목시계

심장박동기심장박동기 카메라카메라 .. 라디오라디오 비행기비행기 .. 자동차자동차

BatteriesBatteries

종류 Lead- acid Ni- Cd Ni- MH Li- ion

음극 Pb Cd MH C

양극 Pb NiOOH NiOOH LiMO2

전해질 H2SO4 KOH KOH Li- Salt

작동전압 1.9V 1.2V 1.2V 3.6V

/L에너지밀도 70 90 200 300

설명

대부분의 자동차의 기초 전 , 원으로 이용되고 있으며 싼 값으로 제조 가능하고 넓은

온도 조건에서 고출력을 낼 . 1860 수 있다 약 년 경부터

실용적인 형태로 개발되었으, .며 폭넓은 용도를 나타낸다 그 크기도 다양하여 잠수함

용으로부터 무선 전화기용까 . 지 다향하다 비교적 균형

, 잡힌 성능을 보이나 무겁고 에너지 저장 밀도는 높지 않

.다

100 1899 이미 년전인 년 발명, , 되었으며 철도 차량용 비행

기 엔전 시동용등을 비롯하 여 고 출력이 요구되는 다양 한 산업 및 군사 용도에 널리

. 이용되고 있다     최근 개스 발생을 제어할수 있게되어

밀폐식으로도 널리 생산되, 며 이는 전동공구 및 휴대형

가전 제품의 전원으로 이용 . 되어 왔다     그러나 최근 니

켈 수소 및 리튬 이온과 같은 고 성능 이차전지의 개발로

인하여 이용이 일부 위축되 .고 있다

에너지 저장 밀도의 향상과 증금속 카드뮴의 제거로 비

교적 고가의 휴대형 전자 제 . 품에 적용되고 있다     그러

나 현재 저중량의 리튬 이온 전지가 등장함에 따라 그 주

, 사용처인 랩탑 컴퓨터 휴대 형 전화 등에서 지장을 크게

.잠식당하고 있다

1990 년대에 새로 등장하였으, 며 높은 에너지 저장 밀도와 저 중량 특성에 힘입어 급속 히 기존 이차전지를 대치하 . 고 있다   그러나 아직은 고

가의 휴대형 전자 제품으로 그 용도가 크게 제한되어 있

으며 안전성 면에서는 특별 한 보호회로에 의존해야 하 . 는 등 불완전한 형태이다    

성능과 안전성 개선을 위한 노력이 폭넓게 전개되고 있

, 으며 현재 급속히 시장을 팽 .창시켜가고 있다

알카리 전지알카리 전지

구조구조 극반응 극반응 ▶ ▶ (+)(+) 극극 : Mn: Mn4+4+ + e + e-- → Mn → Mn3+3+

▶ (-)▶ (-) 극극 : Zn → Zn: Zn → Zn2+2+ + 2e + 2e-- 전압 전압 : 1.45V : 1.45V 이용 이용 : : 건전지와 비슷하다건전지와 비슷하다 . .

특징 특징 : : 수명은 길지만 전해질로 강염기인 수명은 길지만 전해질로 강염기인 수산화칼륨을 사용하므로 분해하면 해를 입을 수 있다수산화칼륨을 사용하므로 분해하면 해를 입을 수 있다 ..

산화은 단추 전지산화은 단추 전지 a.a. 구조구조b.b. 극반응 극반응

▶ ▶ (+)(+) 극극 : Ag: Ag22O + eO + e-- → Ag → Ag ▶ (-)▶ (-) 극극 : Zn → Zn: Zn → Zn2+2+ + 2e + 2e--

c.c. 전압 전압 : 1.55V: 1.55Vd.d. 이용 이용 : : 계산기계산기 , , 손목시계 등 손목시계 등 e.e. 특징 특징 : : 크기는 작고 수명은 길지만 값이 비싸다크기는 작고 수명은 길지만 값이 비싸다 . .

수은 전지수은 전지 a.a. 구조구조b.b. 극반응극반응

▶ ▶ (+)(+) 극극 : HgO + H: HgO + H22O + 2eO + 2e-- → Hg + 2OH → Hg + 2OH-- ▶ (-)▶ (-) 극극 : Zn + 2OH: Zn + 2OH-- → Zn(OH) → Zn(OH)22 + 2e + 2e--

c.c. 전압 전압 : 1.35V : 1.35V d.d. 이용 이용 : : 계산기계산기 , , 손목시계 등 손목시계 등 e.e. 특징 특징 : : 환경에 큰 피해를 주므로 현재 생산이 중단되었다환경에 큰 피해를 주므로 현재 생산이 중단되었다 ..

Memory EffectMemory Effect 니켈로 만든 전지에서는 활물질로 사용된 니켈로 만든 전지에서는 활물질로 사용된 NiOHNiOH 에서 에서 OHOH 가 가 떨어졌다 붙었다 하면서 전하를 전달하는 현상이 바로 충전과 떨어졌다 붙었다 하면서 전하를 전달하는 현상이 바로 충전과 방전이라는 전기적 흐름방전이라는 전기적 흐름

여기서 여기서 shallow charge-dischargeshallow charge-discharge 를 반복을 하면를 반복을 하면 , NiOH, NiOH 는 고용체를 는 고용체를 형성하게 되는데 이 고용체의 형성은 비가역적인 반응이므로 한번 형성하게 되는데 이 고용체의 형성은 비가역적인 반응이므로 한번 고용체가 생성이 되면 다시는 되돌아 가지 못하게 되어 남아있는 고용체가 생성이 되면 다시는 되돌아 가지 못하게 되어 남아있는 용량을 사용하지 못하게 된다용량을 사용하지 못하게 된다 . .

이와같이 전지가 마치 사용할수 있는 용량의 한계를 기억하는 것과 이와같이 전지가 마치 사용할수 있는 용량의 한계를 기억하는 것과 같은 이러한 현상같은 이러한 현상

Ni(Ni( 니켈니켈 )) 을 포함하고 있는 전지는 만충전을 포함하고 있는 전지는 만충전 (100%(100%충전충전 )) 하였다가 하였다가 완전히 바닥이 날때까지 사용완전히 바닥이 날때까지 사용 ((단단 , , 전지가 허용하는 방전하한 전지가 허용하는 방전하한 상태까지만상태까지만 )) 하는 것을 반복하는 것이 가장 잘 사용하는 방법하는 것을 반복하는 것이 가장 잘 사용하는 방법

그러나 리튬이온배터리는 메모리 현상이 없으므로 사용자가 그러나 리튬이온배터리는 메모리 현상이 없으므로 사용자가 임의대로임의대로 , , 주변환경에 따라 수시로 충전하여 사용하여도 거의 주변환경에 따라 수시로 충전하여 사용하여도 거의 수명에 영향을 미치지 않는다수명에 영향을 미치지 않는다 ..

Do U Know Where Your Used batteries Do U Know Where Your Used batteries are?are?

수은함유 건전지수은함유 건전지 : : 일상생활에서 많이 사용하는 휴대용 일상생활에서 많이 사용하는 휴대용 소형계산기소형계산기 , , 보청기보청기 , , 시계시계 , , 카메라카메라 , , 전자오락기구 전자오락기구 등에 사용하는 은백색의 단추형 건전지등에 사용하는 은백색의 단추형 건전지

일반 건전지에는 일반 건전지에는 11 개당 개당 11 천분의 천분의 3g 3g 정도의 수은이 정도의 수은이

함유되어 있는데 반해 단추형 수은건전지에는 함유되어 있는데 반해 단추형 수은건전지에는 11 개당 개당 11천분의 천분의 160g 160g 정도의 수은이 들어 있습니다정도의 수은이 들어 있습니다 . . 무려 무려 5050배가 넘는 것입니다배가 넘는 것입니다 ..

카메라카메라 : 30∼40%: 30∼40% 보청기보청기 : 90%: 90% 전자계산기전자계산기 : 10%: 10% 시계시계 : 50%: 50%

How Many Batteries Do You Use How Many Batteries Do You Use and Throw Away?and Throw Away?

중금속으로 인해중금속으로 인해말라죽은 풀들말라죽은 풀들

19901990 년 건전지 사용량년 건전지 사용량

사용이 끝난 수은함유 건전지를 함부로 버리면사용이 끝난 수은함유 건전지를 함부로 버리면

일반쓰레기와 혼합되어 함께 소각 또는 매립됨으로써 대기오염일반쓰레기와 혼합되어 함께 소각 또는 매립됨으로써 대기오염 , , 토양오염 및 지하수오염을 일으킨다토양오염 및 지하수오염을 일으킨다 ..

수은이 환경에 노출되면 금속수은 상태로 녹아 나오며 수중생태계의 수은이 환경에 노출되면 금속수은 상태로 녹아 나오며 수중생태계의 박테리아에 의한 유기수은화되어 독성이 증가된 후 토양 및 지하수 등을 박테리아에 의한 유기수은화되어 독성이 증가된 후 토양 및 지하수 등을 오염시키게 된다오염시키게 된다 ..

자연에 노출된 수은함유 폐 건전지는 유기수은화되어 독성이 강해진 후 자연에 노출된 수은함유 폐 건전지는 유기수은화되어 독성이 강해진 후 농축산물 어패류 등에 농축되고 이들을 장기간 섭취하면 인체에 농축산물 어패류 등에 농축되고 이들을 장기간 섭취하면 인체에 축적되어 독성을 나타냄으로써 수은중독을 일으킨다축적되어 독성을 나타냄으로써 수은중독을 일으킨다 ..

수은중독은 뇌신경장애수은중독은 뇌신경장애 , , 지각 및 감각장애지각 및 감각장애 , , 청력 및 언어장애청력 및 언어장애 , , 운동장애 등의 증상을 나타내며 특히 태반을 투과하므로 임산부에게는 운동장애 등의 증상을 나타내며 특히 태반을 투과하므로 임산부에게는 민감하게 중독 증상을 나타냅니다민감하게 중독 증상을 나타냅니다 ..

일본 큐슈에서 발생하여 미나마타 병으로 명명된 일본 큐슈에서 발생하여 미나마타 병으로 명명된 수은 중독 사건은 중금속에 의한 인간의 피해의 수은 중독 사건은 중금속에 의한 인간의 피해의 대표적 예이다대표적 예이다 ..

미나마타 미나마타 - - 수은중독의 비극수은중독의 비극

우리가 할 수 있는 일우리가 할 수 있는 일☞ ☞ 수명이 다 된 수은함유 건전지는 쓰레기통 등에 버리지 수명이 다 된 수은함유 건전지는 쓰레기통 등에 버리지

말고 보청기말고 보청기 , , 시계시계 , , 계산기계산기 , , 카메라 등의 판매업소 및 카메라 등의 판매업소 및 사회단체 등에 설치되어 있는 단추형 폐 건전지 수집함에 사회단체 등에 설치되어 있는 단추형 폐 건전지 수집함에 투입합시다투입합시다 . .

☞ 일회용 건전지보다 재충전할 수 있는 건전지를 사용합시다 .

충전식 건전지에도 수은이 들어 있기는 하지만 단추형 건전지보다 훨씬 오래 쓸 수 있고 유해폐기물의 문제를 조금은 덜 수 있습니다 .

☞ 기업은 제조공정에서 발생하는 유해한 쓰레기의 무해화를 위한 기술을 개발합시다 .

☞ 기업은 사업장폐기물을 완벽하고 안전하게 처리하며 불법 매립이나 무단투기를 하지 맙시다 .

☞ 가장 바람직한 방법은 건전지를 되도록 사용하지 않는 것입니다 .

건전지와 전기를 사용할 수 있는 제품의 경우에는 되도록 전기를 사용 , 건전지보다는 전기를 사용하는 제품을 선택

Electric carsElectric cars

Fuel cell vehiclesFuel cell vehicles

• 연료 전지를 이용하여 연소과정 없이 전기를 직접 생산 , 구동하는 자동차

• 주행거리 , 충전시간 등의 문제• 배기가스 규제 , 초 저공해 무공해 자동차 의무

판매 및 CO2 총량규제 등을 해결

• 98 년 이후 소형 연료전지 시스템과 , 연료 변환기 관련 기술 등을 개발 중이다

GM AutonomyGM Autonomy

GM Autonomy’s insideGM Autonomy’s inside

EV (electric vehicles)EV (electric vehicles)

Zero Emission Vehicles Regulation 2003 년 발효되는 미국의 무공해 자동차 (ZEV) 법규를 만족 교류 유도 BLDC (Brush less Direct Current)모터와 니켈수소 축전지를 탑재한 전기자동차를 개발 중

리튬 폴리머 축전지를 탑재한 전기자동차개발도 진행 중 ZEV 법규

미국에서는 1998 년부터 신형차의 2% 를 전혀 배기가스를 내지 않는 무공해차 (ZEV) 로 한다는 켈리포니아의 ZEV 규제의 실시가 예정이었으나

당시 실현이 곤란하다고 보아 2003 년까지 연기 동 규제는 전기 자동차의 개발을 예정하고 있으나 이와 동시에 자원

절약과 온난화 대책을 목표로 한 초저연비의 차세대 승용차도 개발을 유도

ZEVZEV

Hybrid CarHybrid Car

Toyota Prius Hybrid CarToyota Prius Hybrid Car

내연 엔진과 전기자동차의 배터리 엔진을 동시에 장착내연 엔진과 전기자동차의 배터리 엔진을 동시에 장착 차체의 무게를 획기적으로 줄여 공기의 저항을 최소화차체의 무게를 획기적으로 줄여 공기의 저항을 최소화 기존의 일반 차량에 비해 연비 및 유해가스 배출량을 획기적으로 줄인 차세대 자동차기존의 일반 차량에 비해 연비 및 유해가스 배출량을 획기적으로 줄인 차세대 자동차 전기자동차의 단점인 짧은 주행거리전기자동차의 단점인 짧은 주행거리 , , 긴 충전시간긴 충전시간 , , 충전소 부족의 문제점 해결충전소 부족의 문제점 해결

Hybrid Car in BriefHybrid Car in Brief

모터모터병렬병렬 (Parallel)(Parallel) 식식

복수의 동력원복수의 동력원 (( 엔진엔진 , , 전기모터전기모터 )) 을 설치하고을 설치하고 , , 주행상태에 주행상태에 따라 어느 한편의 동력을 이용하여 구동하는 방식으로 따라 어느 한편의 동력을 이용하여 구동하는 방식으로 시동부터 일정속도 도달 전까지는 배터리의 동력을 이용해서 시동부터 일정속도 도달 전까지는 배터리의 동력을 이용해서 전기모터로전기모터로 , , 정속 주행시는 엔진의 동력을 이용하고정속 주행시는 엔진의 동력을 이용하고 , , 최고속도로 가속시는 엔진과 배터리의 동력을 함께 이용하는 최고속도로 가속시는 엔진과 배터리의 동력을 함께 이용하는 방식이다방식이다 . . 내연기관 엔진 구동시에는 배터리에 충전이 내연기관 엔진 구동시에는 배터리에 충전이 가능하기 때문에 외부 충전이 필요 없다가능하기 때문에 외부 충전이 필요 없다 . .

직렬직렬 (Series)(Series) 식식 엔진에 발전기를 부착하여 발전을 행하고엔진에 발전기를 부착하여 발전을 행하고 , , 이때 생성된 이때 생성된

전기로써 모터를 가동하여 차량을 구동 시키는 방식이다전기로써 모터를 가동하여 차량을 구동 시키는 방식이다 . . 이 이 방식은 전기차의 가장 큰 단점인 방식은 전기차의 가장 큰 단점인 11회 충전으로 주행거리를 회 충전으로 주행거리를 늘리는데 도움이 된다늘리는데 도움이 된다 . .

New cars (hybrid vehicles)New cars (hybrid vehicles)

인사이트인사이트 (( 혼다혼다 )) Car & DriverCar & Driver 의 기술분야 편집자인 의 기술분야 편집자인 Don SchroederDon Schroeder

의 말에 따르면 최근의 시험에서 의 말에 따르면 최근의 시험에서 60m/p60m/p 까지 까지 가속하는데 가속하는데 10.610.6초가 걸렸다고 한다초가 걸렸다고 한다 . . 시내 시내 주행에서는 주행에서는 61m/g61m/g 이며이며 , , 고속도로 주행시에는 고속도로 주행시에는 7070m/gm/g

프리우스프리우스 (( 도요타도요타 )) 최대주행거리 최대주행거리 850 miles 850 miles 이며이며 , , 연료 소비율은 연료 소비율은

시내주행시 시내주행시 66m/g, 66m/g, 고속도로 주행시 고속도로 주행시 50m/g 50m/g 티노티노 ((닛산닛산 ))

닛산 닛산 NEO NEO 하이브리드 시스템의 연비성능은 하이브리드 시스템의 연비성능은 가솔린차의 약 가솔린차의 약 22 배로 배로 10-15 10-15 모드에서 모드에서 24km/l24km/l

프로디지프로디지 ((포드포드 )) 공간과 편의성을 갖추면서 마일리지는 공간과 편의성을 갖추면서 마일리지는 70m/g 70m/g 이상이상

Test Driving Hybrid carsTest Driving Hybrid cars

Domestic EVDomestic EV

국내업체들은 국내업체들은 20032003 년 까지 가솔린년 까지 가솔린 --전기모터 하이브리드 자동차를 상품화 전기모터 하이브리드 자동차를 상품화 하는데 초점을 두고 있다하는데 초점을 두고 있다 ..

현대자동차는 아반테현대자동차는 아반테 , , 싼타페싼타페 , , 투산을 투산을 모델으로 하이브리드 자동차 시제품 생산모델으로 하이브리드 자동차 시제품 생산

현재 한국자동차 부품연구원은 현대현재 한국자동차 부품연구원은 현대 --대우자동차와 함께 대우자동차와 함께 25kW25kW급 연료전지를 급 연료전지를 탑재한 하이브리드 승용자동차를 개발중탑재한 하이브리드 승용자동차를 개발중

Hyundai Motor Com Tucson Hyundai Motor Com Tucson Fuel Cell Hybrid Electrical Fuel Cell Hybrid Electrical

VehiclesVehicles 투싼 투싼 FCHEVFCHEV

미국 시범운행 프로젝트 미국 시범운행 프로젝트 (2004.09 ~2009. 08 )(2004.09 ~2009. 08 )

투싼 투싼 FCHEV FCHEV 개발 개발 (2004. 10.)(2004. 10.)

현대자동차 중앙연구소 현대자동차 중앙연구소 임태원임태원 , , 홍종성 연구원홍종성 연구원

Electric bicycle?Electric bicycle?

Plugging to the sunPlugging to the sun

New Mexico is solar Saudi ArabiaNew Mexico is solar Saudi Arabia

Solar EnergySolar Energy

The sun provides about The sun provides about 1000 watts 1000 watts per square meterper square meter at the Earth's at the Earth's surface in direct sunlight (this surface in direct sunlight (this reference intensity is often called reference intensity is often called "one sun" by solar energy scientists). "one sun" by solar energy scientists).

This is enough power to power ten This is enough power to power ten 100 watt light bulbs100 watt light bulbs

[Watt] = [Joule/sec][Watt] = [Joule/sec]

Using Solar EnergyUsing Solar Energy

Solar Power PlantSolar Power Plant

experimental Solar II plant, near Barstow California , USAexperimental Solar II plant, near Barstow California , USA This 10 MW solar plant, the largest of its kind, used molten salt This 10 MW solar plant, the largest of its kind, used molten salt

as a working fluid,as a working fluid, it stored for several hours in order to contour output to demand it stored for several hours in order to contour output to demand

(including extending power generation well past sunset)(including extending power generation well past sunset)

History of PhotovoltaicHistory of Photovoltaic The French scientist Alexandre Edmond BecquereThe French scientist Alexandre Edmond Becquere

l discovered around 1840 that some materials prl discovered around 1840 that some materials produce a current (electricity) when light shines on oduce a current (electricity) when light shines on them. them.

PV cells, as we know them now, were first develoPV cells, as we know them now, were first developed in 1954 by Bell Telephone researchers and fiped in 1954 by Bell Telephone researchers and first applied to power satellites in space. rst applied to power satellites in space.

Over the past three decades, cost has been decrOver the past three decades, cost has been decreasing continuously, while efficiencies have been easing continuously, while efficiencies have been increasing. PV cells are now widely usedincreasing. PV cells are now widely used

PV cell and modulePV cell and module Regardless of size, a Regardless of size, a

typical silicon PV cell typical silicon PV cell produces about 0.5 – 0.6 produces about 0.5 – 0.6 volt DC under open-circuit, volt DC under open-circuit, no-load conditions. no-load conditions.

The current (and power) The current (and power) output of a PV cell depends output of a PV cell depends on its efficiency and size on its efficiency and size (surface area), and is (surface area), and is proportional the intensity proportional the intensity of sunlight striking the of sunlight striking the surface of the cell. surface of the cell.

Photovoltaic cellPhotovoltaic cell

Full Photovoltaic HouseFull Photovoltaic House

Video clip

Types of PV Cells Types of PV Cells Most PV cells are made from purified silicon, Most PV cells are made from purified silicon,

which is doped with other elements to achieve which is doped with other elements to achieve the desired photoelectric properties. the desired photoelectric properties.

There are several basic kinds of cells:There are several basic kinds of cells: CrystallineCrystalline

Each cell is a single silicon crystalEach cell is a single silicon crystal PolycrystallinePolycrystalline

Each cell is a collection of many small silicon crystals. very Each cell is a collection of many small silicon crystals. very long lifetimes because the crystal structure is very stable. long lifetimes because the crystal structure is very stable.

Thin film or amorphous siliconThin film or amorphous silicon These are the type most commonly found in calculators. These are the type most commonly found in calculators.

Each cell is made from non-crystalline thin films of silicon Each cell is made from non-crystalline thin films of silicon atoms, and typically have a uniform gray appearance. atoms, and typically have a uniform gray appearance.

Types of PV Cells Types of PV Cells CrystallineCrystalline

Each cell is a single silicon Each cell is a single silicon crystalcrystal

These have pretty high These have pretty high efficiency (10-30%)efficiency (10-30%)

very long lifetimes very long lifetimes because the crystal because the crystal structure is very stable. structure is very stable.

PolycrystallinePolycrystalline Each cell is a collection of Each cell is a collection of

many small silicon crystals, many small silicon crystals, These also have pretty These also have pretty

high efficiency (10-30%)high efficiency (10-30%) very long lifetimes very long lifetimes

because the crystal because the crystal structure is very stable.structure is very stable.

Thin film or amorphous Thin film or amorphous siliconsilicon

These are the type most commonly found in These are the type most commonly found in calculators. calculators.

Each cell is made from non-crystalline thin films Each cell is made from non-crystalline thin films of silicon atoms, and typically have a uniform of silicon atoms, and typically have a uniform gray appearance. gray appearance.

These tend to have lower efficiencies (5-10%), These tend to have lower efficiencies (5-10%), limited lifetimes because the silicon atoms have limited lifetimes because the silicon atoms have

some freedom to move around over time. some freedom to move around over time. On the other hand, thin film cells can be much On the other hand, thin film cells can be much

cheaper and require much less energy to cheaper and require much less energy to produce, and promising efforts are being made to produce, and promising efforts are being made to extend their lifetimes. extend their lifetimes.

PV systems in homePV systems in home

Weather conditionWeather condition

Advantages of PV cellsAdvantages of PV cells No need for fuelNo need for fuelInexhaustible sunlight is used as thInexhaustible sunlight is used as the source of electrical energye source of electrical energy

Clean energyClean energyNo emission of environmental polluNo emission of environmental pollutants, such as NOx and CO2tants, such as NOx and CO2

No need for troublesome operationNo need for troublesome operationssSystem operation is automatic.System operation is automatic.

Simple system configuration, easy Simple system configuration, easy maintenancemaintenanceSince the system has no movable Since the system has no movable parts, maintenance is easy.parts, maintenance is easy.

PV Cell Production in PV Cell Production in Japan Japan

PV module cost in JapanPV module cost in Japan

10 년 뒤 어느 도시에서 살기를 원하십니까 ?

ReferencesReferences http://www.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcellhttp://www.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcell

s/fuelcells/s/fuelcells/ 재생가능 에너지 홈페이지재생가능 에너지 홈페이지 . . 연료전지에 대한 자세한 연료전지에 대한 자세한

설명과 자료가 있다설명과 자료가 있다 http://www.fueleconomy.gov/feg/fcv_PEM.shtmlhttp://www.fueleconomy.gov/feg/fcv_PEM.shtml

연료전지에 관한 사이트연료전지에 관한 사이트 http://www.nmsea.org/Curriculum/7_12/Fuel_Chttp://www.nmsea.org/Curriculum/7_12/Fuel_C

ells/fuel_cells.htmells/fuel_cells.htm 뉴멕시코주 에너지연합뉴멕시코주 에너지연합

http://www.apec-vc.or.jp/http://www.apec-vc.or.jp/ 일본의 태양 에너지일본의 태양 에너지