수소 연료전지 드론의 설계와 정비

홍성호 , 박찬호 , 위형도 , 이형주 지음

성안당 2022년 03월 17일 출간 국내도서 : 2022년 03월 15일 출간

작품소개

책소개

차세대 에너지 캐리어 수소 연료전지와 수소 드론 설계·조립·정비를 한번에!

더 오래 더 멀리 가는 친환경 에너지 모빌리티!
수소 연료전지 드론의 설계와 정비


수소 연료전지 드론이란 수소를 연료전지로 하는 드론으로 에너지 밀도가 높아 2시간 이상의 비행도 가능하며 친환경 에너지라는 장점도 부각되며 관심을 높이고 있다. 기존의 리튬이온이나 리튬폴리머 연료전지를 사용하는 드론은 한 번 충전하면 10~30분 정도의 짧은 비행시간과 사용 후 발생하는 폐배터리로 인한 환경오염 문제 등이 한계로 지적돼 왔다. 드론 뿐 아니라 자동차나 선박 등 에너지 캐리어로서 수소의 가능성은 얼마나 될까?

그 의문을 풀 수 있도록 연료전지의 개념과 각종 연료전지(직접메탄올 연료전지(DMFC), 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC), 인산형 연료전지(PAFC), 용융탄산염형 연료전지(MCFC), 고체 산화물 연료전지(SOFC), 알칼리 연료전지(AFC))의 구분과 특징부터 살펴본다. 그런 다음 수소의 개념과 수소 연료전지의 원리 등을 설명하고, 수소 연료전지 드론의 설계, 조립, 관리, 안전을 위한 정비 등 모든 것을 다룬다. 기체 수소보다 안전한 수소 액화, 액화기, 수소 연료전지 관련 부품과 관련 산업 등 수소 경제 관련 내용까지 살펴본다.

연료로 사용할 때 배출되는 탄소로 인해 환경 및 기후 온난화 문제를 일으킬 뿐 아니라 매장량의 한계로 고갈이 예상되는 화석 에너지에 대한 우려로 ‘탄소 중립’, ‘탄소 제로’, ‘탄소세’ 등의 단어는 이미 너무나 익숙하다. 특히 어느 지역에서 전쟁이 나거나 수입이 불가능해지면 요소수 대란, 유가 인상, LPG나 니켈 가격 인상 등 항상 에너지가 경제의 큰 부분을 좌우하는 시대에 살고 있다. 그런 변수에 흔들리지 않을 대체 에너지이자 친환경 에너지로 주목받아 세계 각국에서도 이미 수소경제 관련 비전을 앞 다투어 내놓고 있다. ㈜호그린에어와 ㈜헥사 같은 드론 전문 업체의 전문가들과 광주과학기술원(GIST), 전남도립대 교수인 전문가들이 집필한 이 책은 미래 세대를 양성하기 위해 수소 연료전지와 드론, 양쪽을 균형 있게 소개한다.

또한 화학적으로 수소를 추출할 때 이산화탄소 배출 여부에 따라 구분되는 그레이수소, 그린수소, 블루수소 뿐 아니라 청록수소 등을 풀이한 수소 드론 관련 용어 사전, 드론 관련 취업에 도움 되는 한국산업인력공단의 산업용 드론 기능경기대회 등 관련 내용도 부록으로 실었다. 미래 지향적인 드론 산업과 차세대 에너지 수소, 이 두 마리 토끼를 한번에 잡을 수 있는 교재로, 관련 공부와 취업에 큰 도움이 될 것이다.

목차

About 저자 소개
Preface 저자 서문/수소 연료전지 드론을 이용하면 지금보다 멀리, 더 오래 비행할 수 있다

Part 1. 연료전지

Chapter 1. 연료전지란?
1.1.1 세계 연료전지 시장 동향
1.1.2 연료전지 소개
1.1.3 수소 연료전지의 장점
1.1.4 수소 연료전지의 단점
1.1.5 연료전지의 구성 요소

Chapter 2. 연료전지의 종류 및 활용
1.2.1 연료전지의 종류
1.2.2 연료전지의 활용
1.2.3 연료전지 시장 전망
1.2.4 연료전지 기술 동향

Part 2. 왜 수소인가?

Chapter 1. 수소 개요
2.1.1 수소의 물리적 요소
2.1.2 수소의 화학적 요소

Chapter 2. 수소 안전
2.2.1 수소 안전 관리 핵심 기술
2.2.2 안전 관리를 위한 수소 관리 체계
2.2.3 수소 에너지에 대한 오해와 진실
2.2.4 수소 설비 사고 사례

Chapter 3. 수소 경제
2.3.1 수소 경제를 위한 인적 물적 자원
2.3.2 수소 경제
2.3.3 수소 경제의 해결 과제

Part 3. 액화 수소의 필요성 및 수소 액화기

Chapter 1. 수소 사회로 가는 길
3.1.1 에너지 캐리어로서의 수소의 특장점
3.1.2 수소 활용에 있어 가장 큰 걸림돌
3.1.3 수소 활용의 국내 동향
3.1.4 저장과 운송 - 수소 경제 활성화 로드맵에서의 병목 구간

Chapter 2. 수소 액화의 기본 개념
3.2.1 열역학의 기본 개념
3.2.2 일반 냉동 사이클과 p-h 선도
3.2.3 수소의 기본적인 물성치
3.2.4 NIST의 리프롭(Refprop) 프로그램
3.2.5 수소의 액화 개념
3.2.6 LNG와 액화 수소의 물성 비교

Chapter 3. 수소 액화기
3.3.1 수소 액화기의 용량에 따른 분류
3.3.2 수소 액화기의 사이클 특성
3.3.3 전 세계 EPC 업체와 국내 액화 수소 플랜트 현황

Part 4. 수소 드론 시스템 설계

Chapter 1. 연료전지 시스템
4.1.1 구성 요소
4.1.2 수소 연료전지 시스템 구성 시 유의사항
4.1.3 수소 연료전지의 운전 조건

Chapter 2. 기체 설계
4.2.1 비행 이론
4.2.2 하드웨어 구성

Chapter 3. 수소 연료전지 드론 조립
4.3.1 조립 준비
4.3.2 조립 실습
4.3.3 조립 품질 테스트

Part 5. 수소 연료전지 드론의 관리와 정비

Chapter 1. 수소 연료전지 드론 관리
5.1.1 연료전지 관리
5.1.2 하이브리드 배터리 관리
5.1.3 수소 탱크 관리
5.1.4 수소 관리

Chapter 2. 수소 연료전지 드론 정비
5.2.1 시스템 상태 확인
5.2.2 수소 연료전지 드론의 정비

Appendix 부록 - 산업용 드론 제어 기능경기대회
Term Index 용어 색인
References 참고문헌 및 사진 출처

작가정보

저자(글) 홍성호

저자 : 홍성호
(주)호그린에어 대표이사
2015년 전남대학교 경영전문대학원 석사 졸업 후 드론 전문 회사 (주)호그린에어를 설립해 국제항공사고조사협회, 항공안전관리연구소, 한국철도항공사고조사협회 등에서 항공기사고조사와 항공안전관리에 관한 연구를 진행 해왔고, 세계 최고 PEMFC 제조업체인 Intelligent Energy 사와 영국 지사를 통해 한국 총판매 계약을 맺으며 글로벌 역량을 키워나가고 있다.
현 ㈜호그린에어 대표이사
현 호그린에어 교육원 초경량비행장치 무인멀티콥터 교관
현 국제항공사고조사협회(ISASI) 조사관
전 전남도립대학교 드론기계학과 외래교수
현 조선대학교 항공우주공학과 박사 과정
현 Midwest University(USA) 자문위원
현 광주광역시 드론산업 협의체 위원

저자 : 박찬호
광주과학기술원 에너지융합대학원(학과) 교수
기업에서의 오랜 연구 경험을 바탕으로 연료전지와 수전해에 관한 소재, 전극, 나노 탄소 소재에 대한 연구와 이와 연관된 교육과 강의를 진행해 왔다.
현 광주과학기술원 교수
전 삼성 SDI 배터리 연구소 상무
전 삼성전자 삼성종합기술원 마스터
전 미국 버클리 캘리포니아 주립대 박사 후 연구원
전 미국 예일대학교 박사 후 연구원

저자 : 위형도
전남도립대학교 드론기계학과 교수
초경량 비행 장치(드론) 교관이며, 대한상공회의소 광주인력개발원, 한국폴리텍대학 전남캠퍼스, 남과학대학교, 동강대학교 등에서 교관 및 교수로서 강의 및 교육을 진행해 왔다.
현 전남도립대학교 드론기계학과 교수
전 한국폴리텍대학 전남캠퍼스 외래 교수
전 대한상공회의소 광주인력개발원 교관
전 전남과학대학교 특수 장비과 겸임 교수
전 동강대학교 드론과 외래 교수

저자 : 이형주
(주)헥사 기술연구소 소장
지난 20년간 헬륨을 냉매로 한 G-M 극저온 냉동기와 이를 활용한 다양한 용도의 크라이오 펌프 개발자로 활동하며 국내 유일의 크라이오 펌프 시스템 전문가로 인정받았다. 극저온 워터펌프(CWP)와 TMP 조합의 복합 펌프 연구로 SCI 논문 게재 및 학위를 수여받았으며, 현재는 수소 분야로 범위를 넓혀 다양한 용량대의 수소 액화기와 드론용 수소 연료전지 파워팩 개발에 매진하고 있다.
현 ㈜헥사 기술연구소 소장
현 한국진공학회, 한국진공기술연구조합의 전문 강사
현 충북대학교 첨단장비 전문가 양성 과정 주강사
전 국제대학교 기계공학과 겸임 교수
전 현민지브이티 기술연구소 소장
성균관대학교 물리학 박사
경북대학교 기계공학 석사

저자(글) 박찬호

저자(글) 위형도

저자(글) 이형주