(특별기고)수소경제의 가속화와 확장
수소, 대부분 주요 에너지원에서 생산 가능…탈탄소화 방안으로 각광
작성 : 2021년 03월 31일(수) 08:27
게시 : 2021년 03월 31일(수) 08:27
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아서 고슬링(Arthur Gosling) 에머슨 글로벌 사업개발부서 매니저.

시장 규모, 투자, 정책의 변화로 인해 수소는 실행 가능한 탈탄소화 경로로써 새롭게 주목받고 있다. 지난 2년 특히 지난 6개월간 전 세계적으로 수소에 대한 관심이 높아지면서 친환경 수소 정책(즉, 재생 가능한, 저탄소 자원으로부터 만들어진)의 판도가 바뀌었다.

2020년 여름 유럽에서는 철강, 암모니아, 화학 물질, 유동성 등 탄소 저감이 어려운 분야 전반에 대해 탈탄소화 자금 지원에 중점을 둔 유럽과 독일의 수소 전략을 도입했다. 산업에서 배출되는 수소의 양은 익히 잘 알려져 있지만, 수소의 생산 방식 부분은 아직 새로운 개념이다. 블룸버그(Bloomberg)는 사용 가능한 여러 수소 타입들을 소개하고, 국제에너지기구(IEA)는 글로벌 수용 능력을 추적하고 있다. 유럽은 관련 분야를 선도하고 있는 바 공공 민간단체인 유럽 청정수소연맹(ECHA; European Clean Hydrogen Alliance)을 조직하기도 했다. 에머슨은 지난 2020년 ECHA에 가입했는데, 이로써 수소 배치 및 혁신의 선두주자가 되리라 기대하고 있다.

미국 정부는 화석 생산(예: 증기 메탄 개질을 통한)과 비용 균형점에 도달할 수 있도록 지지하겠다는 의사를 분명히 했으며 이에 맞춰 새로운 녹색 수소 가치사슬의 참여자들은 해당 분야에 대한 투자를 두 배로 늘리고 있다. 지난 몇 년간 녹색 수소 전략을 발표하는 글로벌 산업 컨소시엄 및 파트너십이 기하급수적으로 늘어났다.

수소는 세 가지 이유로 전도유망한 탈탄소화 가능성을 제공한다.

공급측면에서 수소는 화석이나 재생 가능·저탄소를 막론하고 대부분의 주요 에너지원에서 생산할 수 있다. 공급원이 다양하기 때문에 탈탄소화 방안으로 매우 각광받고 있다. 현재 증기 메탄 개질이나 석탄 가스화를 통한 화석 연료 기반의 수소가 가장 일반적이며 정책적으로 전기 분해와 결합된 저탄소 에너지원(예: 풍력, 태양열, 원자력 및 수력) 사용에 중점을 두고 있는데 이 부분에 대해서는 더 자세히 살펴볼 필요가 있다.

수요측면에서 수소는 많은 양이 최종 사용부문에서 유통되고 있으며 새로운 응용 분야에서도 추진력을 얻고 있다. 수소는 분자 형태로는 산업 원료로 사용되고 에너지 운반체 역할도 할 수 있으며 또는 다른 분자와 결합해 수소 기반 연료 및 공급 원료를 생산할 수도 있다. 화학 공정에 투입되지 않는 경우에는 가스 터빈, 가스 그리드 블렌딩, 보일러 및 연료 전지와 같은 다양한 방식으로 열에너지나 전기의 원천이 될 수도 있다.

수소는 에너지원이 아닌 에너지 운반체다. 전기는 소비되거나 전환되어야 하지만 수소는 저장 및 운송될 수 있는 분자, 즉 화학 에너지 운반체라는 점이 수소와 전기의 가장 큰 차이점이다. 때문에 수소를 두고 특정 사용 사례에서 전기를 보완하거나 전기와 경쟁하지 않는다. 반대로 전기 또한 수소를 보완하거나 수소와 경쟁하지 않는다.

이러한 생산 방식의 변화는 생산자와 최종 사용자에게 흥미로운 탈탄소화 기회를 제공하지만 다음과 같은 세 가지 주요 과제도 제시한다.

복잡성 대폭 감소 : 여러 개의 1-10MW 전해조 모듈을 통합해 20・50MW 턴키 솔루션을 형성하거나 100~200MW 플랜트를 설계할 경우, 자동화 장비 및 제어 복잡성에 대해 5x/20x의 계수를 사용해야 할까, 아니면 이용할 수 있는 규모의 경제가 존재할까? 개발자는 비용 효율적인 솔루션을 제공하고자 하고 최종 사용자는 최상의 운영 성능을 원한다. 그렇다면 과연 어떻게 자본과 운영 지출의 균형을 최상으로 조절할 수 있을까.

녹색 수소 생산 비용 절감 : 오늘날 PEM 및 알칼리 전해조는 CAPEX 및 OPEX의 측면에서 모두 화석 연료 기반 수소 생산에 비해 지나치게 비싸다. 미국 정부는 다른 사용 사례가 비용 경쟁력을 갖추고 경제적으로 실행이 가능하도록 단가를 낮추기 위해 최초의 대규모 프로젝트에 자금을 지원하고 있다. 어떻게 하면 적합한 설계와 자동화를 통해 생산 비용을 대폭 절감할 수 있을까.

최종 사용자 수요 충족 : 확장된 P2X 시스템을 설치, 시운전하고 운영할 최종 사용자는 현장에서 어떠한 기타 규정과 프로토콜, 규범을 준수해야 할까? 현장에서 성공적인 시운전 및 작동을 보장하기 위해 설계해야 하는 방폭 환경이나 공정 제어 중복 및 안전 수준이 있다면? 그리드가 부문 간 결합의 일환으로 수소를 운반할 계획이라면 가스 순도와 계량의 정확성은 어떻게 보장할 수 있을까.

에머슨은 고객 수요 충족, 녹색 수소의 생산 비용 절감, 수소 생산 규모 확대와 관련된 과제를 해결하기 위해 가장 광범위하고 심층적인 자동화 및 공정 제어 포트폴리오를 보유하고 있다. 스마트 필드 장치와 공정 제어 솔루션 외에도 OEM과 최종 사용자가 서로 비교 검토해야 하는 정교한 비용-편익 균형을 유지하는 혁신적인 디지털 트랜스포메이션 도구를 제공한다. 또한 ▲현장 계측 ▲공정 제어 ▲데이터 관리 솔루션 ▲프로젝트 실행 등 네 가지 주요 영역에서 자동화 전문 지식을 제공한다.

지속 가능한 운영을 위한 기술 및 솔루션에 대한 자세한 내용은 Emerson.kr의 디지털 혁신 및 산업용 사물인터넷(IIoT) 섹션을 참조 바란다. Emerson Exchange 365 커뮤니티의 IIoT 및 디지털 트랜스포메이션 그룹에 소속된 다른 전문가들과 네트워크를 형성하거나 교류할 수 있다.
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