탈탄소화는 한 가지 방법으로만 이룰 수 있는 것이 아니며, '에너지 전환'이라는 익숙한 표현은 발전이 한 번에 한 단계씩 이루어진다는 것을 의미합니다.
기업들은 증가하는 온실가스 감축 수요를 맞추기 위해 유연하고 무한히 재생 가능한 에너지원으로 기후 친화적 수소를 채택하고자 합니다.
수소는 그 기원과 용도의 높은 유연성으로 인해 추진력을 얻고 있습니다. 석유, 가스 또는 석탄 등 기존 탄화수소 기반 공급원에서 추출할 수 있으며 전기 분해라는 공정을 통해 재생 가능한 풍력 및 태양열 전기를 사용하여 생성할 수도 있습니다.
수소를 생성하는 다양한 방법과 생산 시 관련 배출 가스 조성은 색상 명으로 표시합니다. 예를 들어 재생 수소 또는 '그린 H2'는 천연 재생 공급원에서 배출 가스를 발생시키지 않고 추출되며 '그레이 수소'는 배출 가스가 대기로 방출되는 탄소 기반 공급원에서 추출됩니다. 탈탄소 공급원 또는 '블루 H2'는 일반적으로 가장 깨끗한 천연가스인 탄화수소에서 공급되며, 배출 가스가 대기로 방출되는 것을 방지하는 탄소 포집 효과를 가지고 있습니다.
최근의 가격 변동에도 불구하고 천연가스 인프라는 수소 경제를 가속하고 있습니다. 천연자원을 풍부하게 공급하여 가스 분자를 필요한 곳에 가장 적합한 수소로 바꿀 수 있습니다.
재생 수소는 에너지 공급에 탄소가 포함되지 않기 때문에 환경 지속 가능성 관점에서 가장 이상적입니다. 그러나 청정 공급원에서 추출한 수소를 광범위하게 활용하기 위해 필요한 인프라는 상당한 시간을 필요로 할 것으로 보입니다. 인프라가 다 구국 되기만을 기다리는 것은 탄소 중립 탈탄소화 목표를 달성하는 전 세계적인 역량 발휘를 저해할 것입니다.
한편, 광대한 기존 천연가스 인프라는 다양한 응용 분야에서 수소를 사용하여 빠르고 안전한 환경을 구축하는 방법을 제공합니다.
미국에만 3백만 마일 이상의 천연가스 파이프라인이 있으며 전 세계에는 수백만 마일이 넘습니다. 최근의 가격 변동에도 불구하고 천연가스 인프라는 수소 경제를 가속하고 있습니다. 천연자원을 풍부하게 공급하여 가스 분자를 필요한 곳에 가장 적합한 수소로 바꿀 수 있습니다. 그리고 그레이 수소와 달리 천연가스에서 공급되는 블루 수소에는 탄소 포집 및 CO2 대기 방출을 방지하는 영구적인 지하 저장 공정이 포함됩니다.
오늘날 미국과 전 세계에서 생산되는 수소의 대부분은 스팀 메탄 개량을 통해 이루어지며, 이 성숙된 생산 공정에서는 천연가스 등 메탄 공급원에서 수소를 생성하기 위해 고온의 스팀을 사용합니다. 배출 가스 포집 기술이 없으면 천연가스 개량 공정은 대량의 탄소를 대기 중으로 배출합니다. 제조업체는 더욱 지속 가능한 수소를 생산하기 위해 이 생산 경로에서 배출 가스 문제를 해결해야 합니다. 이는 오늘날 산업 분야에서 청정에너지 전환 계획을 채택하고 미래를 향한 장기적인 그린 솔루션을 구축하는 데 아주 중요한 영역입니다.
스팀 메탄 개량 공정은 3단계로 나뉩니다. 첫째, 천연가스는 증기 및 압력, 촉매와 반응하여 수소 및 일산화탄소, 소량의 이산화탄소를 생성합니다. '물-가스 이동 반응'으로 알려진 다음 단계에서 증기와 일산화탄소는 촉매와 반응하여 이산화탄소 및 더 많은 수소를 생산합니다. 최종 단계에서 이산화탄소 및 기타 불순물을 제거하는 '압력 스윙 흡착' 과정을 통해 순수 수소가 생성됩니다. 기존의 그레이 수소 생산 공정에서는 폐이산화탄소를 대기 중으로 방출합니다. 반면 블루 수소를 사용하면 대부분의 이산화탄소 분자를 포집하여 지하로 보내 장기간 저장합니다.
시장에서 더 많은 수소를 사용하면 더 깨끗한 에너지를 여러 가지 방법으로 활용할 수 있습니다. 천연가스와 재생 수소를 혼합하면 전반적인 GHG 배출량이 줄어듭니다.
실제로 더욱 지속 가능한 수소의 미래를 만드는 이러한 기술들은 현재 존재합니다. 에머슨의 스팀 메탄 개량(SMR) 솔루션은 개량기의 작동을 최적화 및 안정화하여 공급업체가 생산성을 향상하고 가변성과 에너지 사용을 줄이고, 배출 가스 발생을 낮추며 안전 위험을 최소화하는 데 도움이 됩니다. 이러한 솔루션에는 스팀/탄소 비율을 제어하기 위해 연료 가스 또는 천연가스 공급에 Micro Motion 코리올리스 계량기를 설치하는 것이 포함됩니다. 이러한 계량기는 안전, 촉매 수명 및 에너지 비용을 보존합니다. 수소가 고압에서 생산됨에 따라 에머슨의 최종 제어 밸브 및 레귤레이터는 안전하게 관리된 공정을 유지하는 데 도움이 됩니다. 에머슨은 전반적인 효율성을 개선하고 시스템의 누출을 파악할 수 있도록 압력 스윙 흡착(PSA) 기술도 사용합니다. 이러한 솔루션은 디지털 트윈, 제어 및 모니터링 시스템, Plantweb Optics 플랫폼을 비롯한 다른 에머슨 기술과 결합하여 기업이 천연가스를 블루 수소로 효율적이고 안전하게 전환할 수 있도록 지원합니다.
시장에서 더 많은 수소를 사용하면 더 청정한 에너지를 여러 가지 방법으로 활용할 수 있습니다. 천연가스와 재생 수소를 혼합하여 공급하면 전반적인 GHG 배출량을 줄이고 블루 수소를 채택하여 화석 연료 매장량 및 천연가스 파이프라인을 포함한 소중한 에너지와 인프라 자산을 활용할 수 있습니다.
캐나다의 에너지 공급업체인 엔브리지는 재생 수소를 활용하여 발전을 이루고 있습니다. 이 업체는 에머슨 기술의 도움을 받아 북미 최초로 재생 전력을 사용하여 배출 가스 없는 수소를 생산합니다. 엔브리지는 또한 3천 5백 가구에 더 깨끗한 에너지를 공급하는 파일럿 프로그램에서 천연가스 인프라에 수소를 혼합했습니다. 이 확장 가능한 프로젝트는 블루 수소가 지역의 저탄소 경제 및 더욱 지속 가능한 에너지 미래를 창출하는 데 어떻게 도움이 될 수 있는지를 보여주는 한 예입니다.
수소 경제를 이끄는 또 다른 에머슨 고객은 뉴멕시코의 앨버커키에 본사를 둔 BayoTech입니다. 엔드 투 엔드 수소 가치 사슬을 제공하는 BayoTech는 수소 생산, 제공 및 소비 방식을 혁신하고 있습니다. 생산 범위는 천연가스 및 매립지 가스, 농업용 바이오가스의 스팀 메탄 개량부터 풍력 및 태양열과 같은 재생 에너지까지 다양합니다.
2022년 말부터 BayoTech는 스코틀랜드의 Savock Farms와 제휴하여 혐기성 소화 공정 현장의 공급 그리드에서 생산된 바이오메탄의 일부를 수소 생산으로 전환할 예정입니다. BayoTech 프로젝트는 에머슨 기술을 사용하여 해당 지역의 무공해 차량에 연료를 공급하기 위해 하루에 1,000킬로그램 이상의 재생 수소를 생산할 수 있습니다. 이 반복적이고 확장 가능한 프로젝트를 통해 지역 소비자는 이산화탄소를 배출하지 않는 수소를 이용할 수 있습니다. 또한 이 프로젝트는 2030년까지 최소 5GW의 재생 가능 및 저탄소 수소 생산 능력을 달성하고자 하는 스코틀랜드의 계획과 일맥상통합니다.
깨끗한 에너지 솔루션을 통합하기 위한 창의적인 솔루션을 발견하는 것은 기업, 정책 입안자 및 소비자에게 이득이 됩니다. 전 세계가 2050년까지 탄소 중립을 달성하려는 상황에서 수소는 더 깨끗한 에너지에 대한 전 세계적인 수요를 충족하는 데 중요한 역할을 할 수 있습니다. 그 핵심을 수소를 채택하도록 장벽을 제거하여 '실천을 통해 학습'하고 미래를 위한 지속 가능한 에너지원으로서 수소에 대한 신뢰를 구축할 수 있습니다.
