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시장동향 <시장동향: 신재생에너지> 녹색 수소, 탄소 배출 제로 시대를 여는 열쇠

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작성자 댓글 0건 조회 2,536회 작성일 21-09-03 13:43

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그림 1. 녹색 수소 연료 가치 사슬은 전해조에서 시작해 저장 및 수송을 거쳐 연료 펌프에서 끝난다. 



전 세계가 탄소 배출 제로를 향해 내디디면서 녹색 수소 연료에 대한 사람들의 관심은 그 어느 때보다도 고조되어 있다. 녹색 수소 연료는 차세대 글로벌 에너지원이 될 것으로 예측되며, 많은 국가와 기관이 수소를 동력원으로 하는 차량과 전력 시스템에 투자하고 있다. 이러한 고무적인 전망 아래 녹색 수소 산업은 성공할 채비를 하고 있다. 적절한 솔루션과 프로세스가 공급망 전반에 걸쳐 구현된다면, 사람들이 생각하는 것보다 더 빨리 더욱 지속 가능한 미래를 실현할 수도 있다.


녹색 수소 산업의 추진

녹색 수소가 재생 가능한 에너지원으로 매력적인 이유는 탄소 배출 제로와 더불어 충분하고 안정적인 범용 전력을 공급할 수 있기 때문이다. 세계 각국은 녹색 수소 생산과 이용을 촉진하기 위한 정책, 프로그램, 프로젝트를 개발해 왔다. 많은 정부가 수소 로드맵을 개발했으며 야심 찬 목표를 세우고 있다. 중국, 일본 및 한국에서는 2030년까지 100만 대 이상의 수소 동력차가 도로를 메울 것이며, 서호주는 세계 최대의 녹색 수소 허브가 될 것이라고 최근 발표한 바 있다. 결과를 주시하면서 녹색 수소에 이목이 집중되고 있다.


녹색 수소로의 전환을 지원하는 데 필요한 대부분의 인프라와 프로세스가 아직 구축되어 있지 않은 상태에서, 규모 확대는 여전히 풀어야 할 숙제다. 그러나 보다 큰 규모의 수소 산업을 포함해 관련 응용 분야 및 산업에서 이미 입증된 기술 솔루션과 디지털 트랜스포메이션(Digital Transformation)이 가치 사슬 전반에 걸쳐 기업이 현재 직면한 많은 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있다는 좋은 소식도 접하게 된다. 


안정적이고 비용 효율적인 제조  

전기는 전해조 장치에서 물을 기본 원소인 수소와 산소로 분해한다. 이러한 전해조의 크기는 소형 장치에서 대규모 중앙 집중식 생산 설비에 이르기까지 다양하다. 예를 들어, 스키드 장착형 전해조를 공공 유틸리티 전기를 대체하기 위해 공장 외부에 배치하거나, 전체 지역 사회에 전력을 공급하는 데 사용할 수 있다. 전해 전지와 스택을 결합해 응용 분야의 필요에 따라 녹색 수소 제조 규모를 확대/축소할 수 있다.


그러나 청정에너지 규모의 가변성이라는 큰 장점에도 몇 가지 문제가 있다. 현재 전해조 시스템의 전반적인 효율성과 전해조의 운용 수명, 출력 밀도 및 스택 크기를 개선하기 위한 연구 개발이 진행되고 있다. 이러한 개선을 통해 재료 비용을 절감하고 간헐적이며 변동하는 전원 공급 장치에 적합한 보다 유연한 시스템이 구현될 것이다.


전해조 크기는 매우 다양하기 때문에 제조업체는 모든 크기의 전해조에 필요한 구성요소를 어떻게 얻을 수 있을지 검토해야 한다. 수소의 성질은 이 문제를 더욱 복잡하게 만든다. 수소는 가장 작고 가벼운 원소이며, 잘못 취급할 경우 치명적인 결과를 가져올 수 있다. 전해조 구성요소는 사람과 재산을 안전하게 보호하기 위해 신뢰할 수 있어야 하며, 위험한 환경에 적합하게 제작되어야 한다.

수소 응용 분야에 특화된 광범위한 포트폴리오를 보유한 기술 공급업체와 협력하면 공급망을 단순화하고 시간과 비용을 절감할 수 있다. 이는 많은 경우 포괄적인 포트폴리오를 보유한 단일 공급업체와 협력할 때 훨씬 용이할 수 있다. 특히 기업이 제조 규모를 확대할 경우에 그렇다. 이로 인해 기기 제조업체와 생산업체는 부담을 덜고 제품 개발 및 공급에 집중할 수 있다.


특히 전해조가 설치된 위험 구역의 신뢰성과 안전성을 향상하도록 특별히 설계된 다양한 측정 장비, 제어 장비 및 전기 장비를 갖춘 전문 공급업체와 협력하는 것이 중요하다. 밸브, 밸브 시스템, 유량계, 레귤레이터 및 압력 트랜스미터 외에도 운용 복잡성을 줄이고 위험을 낮추며 현장 전반의 안전 시스템 기능을 제공하는 동시에 전해조에서 발전 보조기기(BoF) 자산에 이르기까지 녹색 수소 시설의 성능을 향상할 수 있는 가변적인 프로세스 관리 및 안전 솔루션과 같은 지능형 기술을 보유하고 있어야 한다. 통합형 제어 및 안전 시스템(ICSS)은 내장된 시퀀스 진단을 통해 최적화된 시작/중지 순서를 보장하는 중요한 툴이기도 하다.


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그림 2. 전해조가 설치된 위험 구역에서 사용하도록 설계된 측정 장비, 제어 장비 및 전기 장비는

 수소 생산을 최적화해 원하는 순도 수준에 도달할 수 있다.



안전하고 효율적인 운송

수소를 전력으로 이용하기 위해서는 먼저 전환, 저장 또는 수송 과정을 거쳐야 한다. 가치 사슬에서 최대 15,000psi의 압력이 가해지기 때문에 수소는 효과적이고 효율적이며 안전하게 제어되어야 한다. 일부 금속이 H2에 장기간 노출되면 ‘수소 취성’으로 인해 부정적인 영향을 받을 수 있기 때문에 정적 또는 동적 씰의 무결성 문제로 인한 내, 외부 누출 가능성이 없어야 한다. 또한, 위험 평가 및 엄격한 규제에도 대응해야 한다.


수소를 취급하는 작업에는 시스템이 안전하게 운용되도록 보장하는 신중하고 신뢰할 수 있는 제어가 필요하다. 기업은 시스템 전반에 걸쳐 손실이 없는지 확인해야 하며 수송/이송 지점을 통과하는 수소의 양을 파악해야 한다. 이 때문에 수소를 안정적으로 모니터링하고 측정할 수 있는 구성요소를 시스템에 통합하는 것이 필수적이다.


모든 시스템에는 차단 밸브와 계량 밸브, 고압 레귤레이터, 공압 액추에이터 및 솔레노이드 밸브 등의 최종 제어 요소(FCE)가 포함된다. 안정적인 고품질 제어 및 안전 회로를 통해 적절한 압력 및 유량을 유지하고 수소의 순도를 보존하는 데 필요한 정밀도를 제공하며 원격으로 모니터링할 수 있다. 압력, 온도 및 유량을 모니터링하려면 센서를 통합해야 한다. 지능형 장비를 사용하면 데이터를 수집하여 생산성을 높이고 높은 운용 수율을 확보할 수 있다.


이 점에서도 포괄적인 포트폴리오를 갖춘 공급업체를 확보하는 것이 중요하다. 그러나 훨씬 더 중요한 것은 수소에 대한 풍부한 경험과 전문성을 갖추고 규제 및 인증에 정통한 파트너와 협력하는 것이다. 협력사는 플랜트 전체의 생태계를 이해하고 수소를 효과적이고 효율적으로 모니터링, 측정 및 제어하는 데 필요한 안전 장비와 제어 장비를 보유해야 한다. 또한, 다양한 설계 및 응용 분야에 대응할 수 있는 유연성도 갖추고 있어야 한다.



...후략 



허성주 전무/ 한국에머슨 Sales Director of Fluid Control & Pneumatics

본 기사는 2021년 9월호에 게재되었습니다. 

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