탄소중립을 위한 친환경 기술 혁신 중 수소에너지

정유에서부터 석유 화학, 철강에 이르기까지 가장 풍부하고 가벼운 원소들, 그것은 다른 산업에서 사용되며 다른 연료보다 훨씬 에너지 효율이 높은 에너지원입니다. 수소에 대한 수요는 지난 40년간 꾸준히 증가했습니다. 전통적인 수소 생산은 대량의 이산화탄소를 발생시키는 문제를 가지고 있었지만, 다행히도 턱걸이 기술의 발전과 재생에너지 생산 비용의 감소는 환경 측면으로 지속 가능한 그린수소의 대량 생산을 가능하게 했습니다. 수소에너지의 경제적 효율은 긍정적인 변화를 경험하고 세계 각국의 경제성장을 촉진하며 화석연료에서 벗어날 수 있는 중요한 기회를 제공했습니다.

수소에너지의 생산방법

수소 에너지를 생성하는 3가지 방법으로 회색, 파랑, 그린으로 구별한다.

회색수소는 천연가스나 석탄을 원료로 사용하는 가장 일반적인 생산방법으로 생산된 수소에너지를 말합니다.

수소와 일산화탄소로 이루어진 합성 가스, 천연가스와 석탄은 고온과 고압에서 반응하는 원료로 사용됩니다. 그 후에 합성 가스는 물과 반응하여 순수한 수소와 이산화탄소를 생성합니다. 이는 수소를 생산하는 체계적인 과정이지만 상당한 양의 이산화탄소를 배출하기 때문에 그 결과로 생기는 수소에너지는 '회색수소'라고 불립니다.

 

파랑 수소는 회색수소와 같은 기본 공정을 가진 가장 일반적인 수소 생산 방법이지만, 탄소 포획 기술은 수소 생산에서 발생하는 온실가스 배출의 최대 90%를 수집합니다. 우리는 수집한 탄소를 지하 창고에 보관하는데, 이는 상당한 비용을 초래합니다. 수집된 탄소는 때때로 산업 원료로 재사용되지만, 결국 여전히 대기 중으로 이산화탄소를 배출합니다.

 

마지막 방법은 가장 유망한 방법인 그린 수소입니다. 그린 수소 법은 재생할 수 있는 에너지로 정지를 통해 수소를 생산합니다. 수산화물은 재생할 수 있는 에너지원으로부터 생성되며, 이 수소는 '그린수소'로 분류되기 때문에 에너지가 필요합니다.

 

취급 스킬은 성숙도에 따라 세 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 첫째, 알칼리성 수전해(ALK) 방법은 가장 기본적인 수전해 기술로 오늘날까지 매우 작은 녹색수소 시장의 약 70%를 차지하고 있습니다. 비용 대비 효과가 높은 방법 서비스 수명이 길다는 장점이 있지만 연속적으로 작동하지 않으면 생산 설비가 부식될 수 있습니다. 따라서 ALK의 단일 에너지원으로 재생에너지를 사용하는 것은 재생에너지의 간헐적인 특성 때문에 제외되어야 합니다. 둘째, 폴리머 전해질막을 압축하는 PEM 방법은 그린수소 시장의 약 30%를 차지하며 대부분의 전해질 업체에서 사용하는 기술입니다.

 

PEM 기술은 고품질의 수소를 생산하고 간헐적인 작동을 가능하게 합니다. 그러나 생산가격이 높고 생산율이 알칼리 처리량보다 적다는 단점이 있습니다. 세 번째 방법은 고체산화물 수산화물 세포입니다. 이 기술은 여전히 R&D 단계에 있으며, 이에 높은 생산 비용과 낮은 생산 비용. 하지만 긴 부팅 시간이 필요하고 짧은 서비스 수명은 단점입니다.

그린수소 수요 전망

화학산업에서는 암모니아 및 메탄올 생산을 위한 수소 화학 원료로 사용됩니다. 암모니아와 메탄올 시장의 성장으로 화학 산업의 수소 수요는 2018년 4300만 톤에서 2050년 약 1억 2000만 톤으로 증가할 것입니다. 2030년까지 그린수소 에너지 생산 비용이 점점 저렴해지면서 암모니아와 메탄올을 위한 다양한 새로운 생산 시설을 갖춘 그린수소, 이를 통해 2050년까지 5천5백만 톤의 그린수소 수요가 증가할 것입니다.

 

철강산업에서는 기후 보호정책의 일환으로 전 세계 주요 철강 사들은 전통적인 생산방식에서 수소를 감소시키는 수단으로 사용하는 직접 환원철(DRI)을 포함한 친환경적인 방법으로 전환해야 합니다. 2050년까지 세계 1위 연간 철강 생산량은 약 15억 톤에 이를 것으로 예상되며, 그중 약 3분의 1은 DRI 방식으로 생산됩니다. 이러한 철강 생산의 변화에 의한 그린 수소에 대한 수요는 2050년까지 약 천만 톤으로 증가할 것으로 예상됩니다.

 

액체 또는 기체 탄화수소의 연소에 의한 기존의 발전 방법은 세계 전기 생산의 가장 큰 부분을 차지합니다. 재생 에너지와 석유 자원이 부족한 나라(일본, 한국)는, 고가의 환경 측면으로 유해한 수입 연료에 크게 의존하고 있습니다. 그러나 그린 수소 에너지는 이러한 문제에 대한 대안을 제공합니다. 석유 수입에 의존하고 있는 나라들은 장래에는, 석유 대신에 값싼 그린 수소를 수입할 수 있고, 전기 생산을 위한 연료 전지에 의해서 그것을 전기로 바꿀 수 있을 것입니다.

 

수송 연료에서는 내연기관과 친환경 전기차 간 경쟁이 치열해지고 있습니다. EV용 전원 공급 장치로 차량을 플러그에 연결하여 배터리 또는 차량을 충전할 수 있습니다. 탱크에 수소를 충전하고 연료전지를 통해 전원 공급 변환되어 제공됩니다. 연료전지는 산소와 수소를 전기화학적 반응과 결합하여 전기와 열을 발생시킵니다. 산소가 대기 중에 이미 존재하기 때문에 연료전지는 수소만을 필요로 하며 발전용 연료에 비해 다양한 장점을 가지고 있습니다.

그린수소 생산에 필요 요소

그린수소 기술에 대한 접근 용이성은 비교적 그린수소 에너지 산업에 대한 접근 장벽을 낮출 것입니다. 그러나 현재 그린수소 시장의 선두 주자가 될 수 있는 경쟁력을 갖춘 국가는 거의 없으며, 이러한 요건은 다음과 같습니다.

 

그린수소를 생산하기 위해서는 일 년 내내 지속 가능한 에너지의 효율적이고 경제적인 공급이 필요합니다. 세계 각국 : 2050년 지구 그린수소 수요를 충족시키기 위해 재생 가능 에너지를 생산할 수 있는 대용량을 개발해야 합니다. PwC에 따르면 4700 기가와트의 새로운 발전소가 필요하며, 이는 세계 발전량의 거의 5배에 해당합니다. 2050년까지 그린수소 수요를 충족시키기 위해서는 약 5조 6천억 리터의 물이 필요할 것으로 예상되며, 이는 해수 접근을 용이하게 할 것입니다.

 

브라질, 중국, 인도, 미국 같은 나라들은 그것은 저렴한 비용으로 대량의 그린 수소를 생산하는 조건을 충족합니다. 그러나 이들 국가의 그린수소 생산량은 대부분 국내에서 소비될 것으로 예상돼 수출 잠재력은 제한적. 이와 대조적으로 아르헨티나, 호주, 캐나다, 사우디아라비아는 전기와 가스가 수소보다 저렴하기 때문에 이들 국가의 에너지 수요를 충족시키기 위해 생산하는 그린수소의 대부분을 수출할 수 있습니다. 호주는 난방, 운송, 전기, 산업 부문에 대한 수소 에너지 생산을 대폭 늘릴 계획. 만약 수소에너지 사용이 증가하면 호주는 2040년부터 매년 300만 톤 이상의 수소에너지를 수출할 수 있을 것이며 연간 수출은 약 90억 달러에 이를 것으로 예상됩니다. 캐나다 브리티시컬럼비아주는 2050년까지 약 150만 톤의 청색 및 녹색 수소를 생산 및 수출해 1,500억 달러의 매출을 올릴 계획입니다. 중국은 2050년까지 운송, 대체 원자재, 건설, 난방, 전기, 산업 등 국내 수요를 6천만 톤까지 끌어올리기 위한 수소 클러스터를 구축할 계획입니다.

결론

재생 가능 에너지 생산 비용의 지속적인 감소, 규모의 경제 및 기술 발전으로 그린 수소 생산 비용은 시간이 지남에 따라 감소할 것입니다. 이에 따라 그린수소에 대한 수요는 많이 증가하고 모든 국가와 기업은 이러한 추세의 적시에 대응해야 합니다. 2030년까지 수소 수요는 산업, 운송, 에너지 및 건설 분야의 다양한 틈새시장을 통해 부드럽고 지속해서 증가할 것입니다. 수소 생산 비용은 2030년까지 약 50% 하락한 후 2050년까지 적절한 속도로 계속 감소할 것입니다. 미국, 캐나다, 러시아, 중국, 인도, 호주와 같은 국가들은 경쟁력 있는 수소 생산 구역과 비 수소 생산 구역이 공존하며 국내 무역을 발전시킬 것입니다. 현재 석유 가스센터와 유사한 수출 수입센터, 신재생에너지의 새로운 선수가 권력을 잃을 수도 있습니다. 이 부문 간 협력은 수소 에너지 개발을 위한 새로운 동맹을 구축할 것입니다.