수소 수송 및 저장 기술을 이해하고 안전과 효율성을 구현하는 방법
수소 수송 및 저장 기술을 이해하고 안전과 효율성을 구현하는 방법
기후 변화에 대한 정부간 협의체(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)는 각 정부와 기업에게 세계 경제 탈탄소화를 위한 목표 이행을 강력히 촉구하고 있습니다. 과학자들은 제6차 평가 보고서에서 인류의 활동이 지구 온난화를 가속하고 있으며, 그 영향은 파괴적이고 불가역적일 것이라고 분명히 밝혔습니다. 재생 에너지는 온실 가스(GHG) 배출량을 감축할 열쇠가 될 것입니다. 하지만 모든 지역에서 태양열, 풍력, 조수와 같은 청정 에너지원을 충분히 사용할 수 있는 것은 아닙니다. 또한 일부 산업은 사용 시점에 대량으로 저장할 수 있는 고밀도 에너지 공급에 의존하고 있습니다.
재생 에너지원과 응용 부문 간 격차 해소를 위해 다양한 에너지 운반체와 저장 기술이 필요합니다. 수소는 이러한 맥락에서 가장 유망한 솔루션 중 하나입니다.
생산 및 가공된 수소는 안전하게 공급하고 저장해야 합니다. 수소는 기체 혹은 액체 형태로 저장될 수 있습니다. 수소의 비등점은 -252.9 °C로 극저온이기 때문에, 액체 수소를 안전하게 저장하려면 초저냉각이나 유기적 결합이 필요합니다(예: 액체 유기 수소 운반체 – LOHC). 한편, 상온에서 저장되는 기체 수소가 극저온 수소와 동일한 에너지 밀도에 도달하려면 고압의 용액이 필요합니다.
당사는 저장 및 공급을 위한 대규모 시스템과 소규모 현장 인프라를 구분할 수 있습니다.
수소의 중요한 장점은 가스 형태로 장기간 손실 없이 저장할 수 있다는 점입니다. 또한 기존 천연 가스 인프라를 대거 활용할 수 있습니다. 그러나, 수소는 천연 가스나 석유와 같은 에너지 운반체에 비해 대기압에서의 체적 에너지 밀도가 낮습니다. 탱크의 크기와 중량이 중요한 모바일 응용 부문과는 달리, 압력이 낮은 대형 저장 탱크를 사용할 수 있는 고정식 응용 부문에서는 이 점이 문제가 되지 않습니다.
예를 들어, 대규모 수소 생산 현장과 전해조 가까이 1,000 미터 깊이의 대형 소금 돔 동굴을 건설하여 지하에 수소를 저장할 수 있을 것입니다. 천연 가스의 경우 이미 이와 유사한 시스템이 있으며, 이는 수소에 대한 청사진 역할을 할 수 있을 것입니다.
대안으로, 금속 수소화물을 사용하여 수소를 저장하는 방법도 가능합니다. 금속 화합물 구조 내에 화학적으로 결합된 수소 분자는 이러한 저압 시스템 및 대기압에서 안정적이며 위험하지 않습니다.
기체 수소는 고압 컨테이너 또는 파이프라인을 통해 사용 지점으로 공급될 수 있습니다. 고압 탱크에 담아 운송할 경우, 고압 용기에 저장할 때와 유사한 문제가 있지만, 도로, 철도, 해상 운송에서 사용할 수 있습니다. 따라서 이는 새로운 인프라 없이도 모든 목적지에 도달할 수 있는 유연하고 적합한 방법입니다
대량의 수소를 공급해야 한다면 파이프라인을 통한 수소 수송이 좋은 솔루션입니다. 가스 파이프라인을 이용하면 지상 전력선을 통한 송전보다도 낮은 비용으로 많은 양의 에너지를 수송할 수 있습니다. 독일과 같은 국가의 기존 가스 파이프라인 인프라는 별다른 수정 작업 없이 수소를 수송하는 데 사용할 수 있습니다.
이론적으로, 메탄 파이프라인은 수소를 사용하여 비슷한 양의 에너지를 수송할 수 있습니다. 하지만 이것은 부품이나 파이프 같은 파이프라인 구성 요소의 무결성 여부에 따라 달라집니다. 수소 취성이 균열을 가속하여 파이프라인의 서비스 수명을 크게 단축시킬 수도 있습니다. 또한, 동적 응력과 기존의 균열과 같은 다른 요인들도 고려할 필요가 있습니다.
이러한 위험을 완화하고 파이프라인의 수정 작업을 줄이기 위해 수소와 천연가스를 혼합할 수도 있습니다. 이때 수소의 비중이 40%를 초과하면 더 많은 양의 수소 흐름을 감당하기 위해 압축기나 터빈과 같은 부품을 교체해야 할 것으로 보입니다.
수소를 현장에서 저장하고 공급하는 것이 가능하긴 하지만, 시운전 전에 안전 테스트가 필요합니다. 이는 주로 고압 탱크 및 충전소 비와자 관련이 있습니다. 또한 회사에서는 각 구성 요소의 무결성을 보장하고 수소를 안전하게 취급하기위한 직원 교육이 필수적입니다.
함부르크의 수소 주유소
수소의 수송 및 저장과 관련하여 기업에서 직면하는 가장 일반적인 과제는 비용, 안전, 숙련된 인력 확보입니다. 하지만 올바른 파트너와 함께 이러한 과제를 해결하면 경쟁에서 우위를 점하고 위험을 완화할 수 있습니다. 수소 프로젝트를 위한 인프라와 파트너십에 투자하고 구축하는 기업들은 청정 에너지와 e-연료에 대한 수요 증가로 수익 창출 비즈니스 이점을 선점할 수 있습니다.
이미 가스 인프라를 갖춘 국가에서는 수소가 파이프라인을 통해 공급될 가능성이 높습니다. 단, 공급 원료로 메탄올과 암모니아가 필요한 산업 응용 부문은 예외입니다. 이때 더 높은 에너지 밀도를 수송하기 위해 저탄소 수소가 생산 가능한 지점에서 저탄소 수소를 직접 생산할 수도 있을 것입니다. 더 작은 탱크와 용기에 수소를 사용하는 인프라 시설의 경우, 트럭과 선박을 통해 수소를 공급할 수 있습니다.
이러한 시나리오 대부분에서 가장 유망한 솔루션은 기체 수소이지만, 액체 수소의 장/단점에 대한 새로운 논의가 진행되고 있습니다. 기업에서 직접 수소 시장의 현황을 파악하고 이용 가능한 최고의 저장 솔루션을 이해하기란 쉽지 않은 일입니다. 수소 기술은 특히 안전을 보장하기 위한 전문 기술이 필요하기 때문입니다.
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