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대학원 수준의 수소 모빌리티 시스템을 위한 입문서

수소 모빌리티 구동을 위한 연료전지 시스템을 대학원 학생이 기초로부터 활용에 이르기까지 폭넓게 학습할 수 있는 교재를 개발하고자 한다. 이 교재를 통해 수소를 연료로 하는 연료전지 시스템을 채용하는 모빌리티에 대한 개념적인 지식을 얻음과 동시에 새롭게 개발될 친환경 차량에 대한 지식을 체계적으로 학습할 수 있는 입문서를 개발하고자 하였다.

Ⅰ. 에너지 자원과 친환경 자동차
1. 에너지 자원과 기후 변화 8
2. 친환경 자동차 기술 17

Ⅱ. 수소 전기 자동차 기술
1. 수소 전기차 현황 34
2. 수소 전기차용 연료전지 시스템 42

Ⅲ. 수소 연료전지 소재
1. 수소 연료전지 시스템 구성 요소 및 특징 64
2. 수소 연료전지 소재 69
3. 수소 연료전지 성능 평가 87

Ⅳ. 추출수소 생산 기술
1. 서론 100
2. 추출수소 생산 정책 및 산업 동향 102
3. 촉매 기초 이론 108
4. 현장생산형 중소형 개질기 및 개질촉매반응 115
5. 수소 충전소 123

Ⅴ. 액화수소 유동 해석
1. 액체수소 및 기체수소 128
2. 기체-액체 2상유동 해석 방법 종류 129
3. 실습(VOF 방법): 탱크 내 액체수소 슬로싱 현상 140
4. 실습(Mixture 모델): 탱크 내 액체수소 boil-off 현상 141

Ⅵ. 수소 모빌리티용 촉매변환 시스템
1. 촉매변환 시스템의 개요 146
2. 수소 모빌리티용 촉매변환 시스템의 종류 158

Ⅶ. 수소전기자동차의 구동부
1. 수소전기자동차 구동부 174
2. 전기자동차의 전기모터 181

Ⅷ. 친환경 선박 기술 동향 및 수소연료 추진선
1. 기후 변화와 해양 신재생 에너지 사업 210
2. 친환경 규제와 친환경 선박 기술 동향 218
3. 수소연료 추진선 231

Ⅸ. 수소산업과 인공지능
1. 4차 산업혁명과 수소산업 238
2. 산업 인공지능 239
3. 기계학습 모델 242
4. 수소산업 인공지능 적용 사례 260

미래의 수송 기계들이 이산화탄소 배출에서 자유로우면서 또 자원 고갈을 지연시키기 위한 연비 향상 기술 개발을 지속적으로 진행하고 있지만, 기존 내연 기관 기반의 하이브리드만을 가지고 미래의 이산화탄소 저감 목표를 만족시킬 수 있을까? 그리고 미래 세대 언젠가는 자원이 고갈될 것이 자명한데 이런 미래의 운송 수단은 어떻게 해야 할까?
이러한 질문에 답하기 위해 나온 기술들을 우리는 친환경 자동차라고 부른다. 친환경 자동차는 탄화 수소계 연료를 기반으로 한 현재의 수송 기계들의 한계를 극복하기 위해 기존 패러다임을 넘어서서 새롭게 패러다임의 전환을 이끈 기술이다. 현재까지 전세계적으로 소개된 대표적인 친환경 자동차는 태양광 자동차, 배터리 전기차, 그리고 수소 전기차 등이다. 압축 공기만을 이용하는 하이브리드 자동차도 소개되고 있기는 하지만, 대량 생산 체제를 갖추고 양산 시장을 열고 있거나, 시장에 소개 되기 시작하는 친환경 자동차는 태양광 자동차, 배터리 전기차, 수소 전기차 등이라고 할 수 있다.

[ 저자서문 ]
본 입문서는 다양한 전공의 전문 교수님들이 각 분야에서 필요한 기초지식에서부터 실용적인 수준의 지식까지 체계적으로 학습할 수 있도록 충실하게 구성하였다. 먼저 1장에 수소 모빌리티가 대두되기 시작한 배경에 대한 설명으로 에너지 자원과 친환경 자동차에 대한 기본적인 설명을 서술하였다. 2장에서는 이러한 수소 모빌리티가 원활하게 운영되기 위하여 수소를 추출하고 생산할 수 있는 기술들을 설명하였고, 3장에서는 수소 연료전지 시스템 구축을 위한 소재 관련 기술을 학생들이 학습할 수 있도록 하였다. 4장에서는 이렇게 구성되는 수소 모빌리티 시스템의 구동부를 체계적으로 설명하였고, 5장에서는 연료와 관련하여 액화 수소 및 기화 과정 등에 대한 상변화 해석 기술에 대하여 서술하였다. 또한 6장에서는 수소 연료전지 시스템에서 수소 개질을 위한 촉매변환시스템에 대한 교육을 위해 관련 기술을 기술하였다. 최근 선박 산업에서도 친환경 선박을 개발하려는 노력이 대두되고 있으며 특히 수소를 연료로 하는 추진선을 개발하려는 사업이 진행되고 있다. 이와 관련된 기술 동향과 사업 관련 내용을 7장에 서술하였다. 8장에서는 마지막으로 이러한 수소 모빌리티 관련 산업이 활발하게 발전하기 위한 수소산업에 대한 전망과 이를 위한 인공 지능 관련 기술의 접목에 대해 기술하였다. 이러한 내용을 통해서 현재 새롭게 떠오르는 수소 모빌리티에 관한 정보들을 체계적으로 다양한 관점에서 살펴볼 수 있을 것으로 예상되며, 향후 융합적인 연구 개발을 위해 초심자가 쉽게 접하고 정보를 습득할 수 있는 입문서로서 역할을 충분히 할 수 있을 것으로 판단한다.