수소 - 탈탄소화 목표 달성의 열쇠인 에너지 운반체
수소 가치사슬 전반에 걸쳐 품질 및 규제 준수를 보장하는 방법
순배출 영점화(net zero) 경제로의 전환 과정에서 수소가 석유 천연가스 산업에서 탄소 배출량 감축을 위한 유망한 에너지 운반체로 부상하고 있습니다. 수소는 수송, 저장 및 사용과 관련하여 여러 가지 도전 과제를 수반하기 때문에 정확하고 신뢰성 있는 측정에 대한 전문가 컨설팅이 필수적입니다. 엔드레스하우저의 포트폴리오는 추적 및 문서화를 통해 규제 및 환경 보호 준수를 보장하는 동시에 최적의 성능을 통해 안전한 운영을 가능하게 합니다.
핵심 정보
USD 80 billion
average annual global investment in H2 infrastructure to increase tenfold by 2050 (IEA)
수소 생태계
수소는 탈탄소화, 재생 에너지 통합 및 무배출 이동성을 실현하게 해줍니다. 또한 수소의 청정성 및 다용도성은 청정 에너지에 대한 종합적인 접근 방식을 가능하게 합니다. 전 세계 수소 수요는 정제소, 암모니아 생산 및 기타 산업에서 비롯됩니다. 수소 생산원으로는 화석 연료, 산업 공정, 바이오매스, 재생 에너지 등이 있습니다. 수소는 생산원에 따라 회색, 청색 또는 녹색 수소로 분류되며, 파이프라인, 트럭 또는 선박을 통해 기체 혹은 액체 상태(LH2)로 수송됩니다.
©Endress+Hauser
수소 공급망 전체에 걸쳐 효율성 및 신뢰성을 확보하기 위해서는 생산, 수송 및 저장 과정에서 정확한 측정을 보장하는 것이 무엇보다 중요합니다.
전해조 배출구에서의 수소 품질 규정 준수
녹색 수소는 태양 에너지 및 풍력과 같은 재생 에너지원을 기반으로 하는 전기 분해 플랜트에서 생산 가능하며, 상당량의 에너지를 저장했다가 수요가 있을 때 회수하는 수단이 되고 있습니다. 전기 분해는 전기를 사용하여 물을 수소와 산소로 분해하는 공정입니다. 수소는 수송 방법 및 최종 사용(특히 연료 전지)에 따른 높은 품질 기준을 충족해야 합니다. (ISO 14687:2019).
분야별 전문성
수분(H2O) 및 산소(O2) 측정을 위한 광학 기술은 고유의 견고성 및 신뢰성을 바탕으로 유지보수가 필요 없는 운영을 가능하게 합니다. 엔드레스하우저의 Optical Analysis 측정 기기는 다음과 같은 이점을 제공합니다.
- 공정 불순물 식별 시 반응 시간이 아주 짧습니다.
- 동작 부품 및 전해액이 없고 광학 부품의 수명이 길어 유지보수 비용이 매우 낮습니다.
- 고체 감지 소자를 사용하여 구조 신뢰성이 높기 때문에 가동 시간이 늘어납니다.
- 하트비트 테크놀로지의 건전도 모니터링 기능을 사용하기 때문에 설치 및 시운전이 용이하고 수년 간 유지보수가 필요하지 않습니다.
천연가스 공급망에 대한 수소 주입
수소는 파이프라인에 따라 기존 천연가스 인프라를 사용하여 수송할 수 있습니다. 천연가스 연료 시스템에 주입되는 수소의 양이 점증하면 메탄 양이 어느 정도 줄어들고, 따라서 이산화탄소 배출량도 저감됩니다. 주입 비율은 규제에 따라 10%~20% 범위 내에서 변동할 수 있습니다. 혼합의 양과 질을 모두 보장하기 위해서는 정확한 유량 및 구상 측정 기술을 사용해야 합니다.
분야별 전문성
엔드레스하우저의 코리올리스 유량계를 사용하면 높은 정확도 및 안정성을 바탕으로 천연가스 공급망으로 주입되는 소수의 유량을 용이하게 측정하고 적절히 제어할 수 있습니다. 최종 혼합 비율을 판단할 때는 전체 가스 조성을 측정하는 라만(Raman) 분광법을 사용하여 일반적으로 측정되는 천연 가스 성분 중 다수를 안정적으로 처리할 수 있습니다.
- 라만 분광법을 활용한 안전한 조성 측정: 최대 4개 채널과 150 미터 길이의 광섬유를 사용할 수 있는 라만 분석계는 긴 파이프라인에 걸쳐 주입 후의 수소 조성 또한 모니터링할 수 있습니다.
- 인라인 측정을 통한 오퍼레이터 안전 강화 및 반응 시간 단축: 프로브가 분석계에서 멀리 떨어져 있기 때문에 샘플이 분석계까지 이송되지 않습니다.
- 코리올리스 유량계가 가스 흐름에서 질량 유량, 밀도, 온도 및 보정된 체적 유량을 포함한 다변수 측정을 수행할 수 있습니다.
©Adobe
녹색 수소 생산을 위한 수질 측정
전기 분해 공정은 초순수 용수를 필요로 합니다. 1kg의 수소를 생산하기 위해서는 9kg의 초순수 용수를 사용해야 하는데, 이는 해수 30kg에 상당하는 양입니다. 수질 요건을 충족하지 못하는 물은 전해조의 원활한 가동에 영향을 미쳐 OPEX 증가를 야기합니다. 전도도가 무엇보다 중요한 수질 파라미터입니다. 일반적으로 전도도는 알카라인 전해조의 경우 <1 μS/cm, PEM 전해조의 경우 <0.1 μS/cm으로 제한됩니다.
분야별 전문성
전 세계적으로 담수가 부족한 상황을 감안할 때 해수는 매우 중요한 자원입니다. 따라서, 전해조 가동에 요구되는 용수의 순도를 확보하기 위해서는 차별화된 처리 단계가 필요합니다. 역삼투(RO) 멤브레인에 공급되는 급수의 수질을 면밀히 모니터링하여 효율을 관리하고, 청소 또는 재생을 실시하고, 적정 수질을 보장해야 합니다. 엔드레스하우저는 이러한 공정들을 모니터링할 수 있는 광범위한 센서 및 분석계를 제공합니다.
- 멀티 채널 트랜스미터 플랫폼의 경우 사용 편의성 및 유연성 덕분에 다수의 Memosens 2.0 수질 센서와 함께 설치하기에 적합합니다.
- 알카라인 전기 분해의 경우 pH를 사용하여 가성 전해질 용액을 유지하는데, 첨단 Memosens 2.0 기술이 신뢰성 높은 운영과 높은 가동 시간을 보장합니다.
- 산업 규모의 수소 플랜트에서도 전해조용 급수 내 유기 오염 물질(TOC) 또는 기타 불순물(예: 규산 나트륨)의 정확한 모니터링이 점차 중요해지고 있습니다.
©Adobe
LOHC – 간편한 수소 유통 및 저장 방법
액상 유기 수소 운반체(LOHC)는 화학 반응을 통해 수소를 흡수하고 방출하는 유기 화합물을 가리킵니다. LOHC는 기존 인프라를 이용하여 수소를 저장하고 장거리에 걸쳐 수송할 수 있는 현실적인 방법으로 간주됩니다.
분야별 전문성
수소화 및 탈수소화 동안에는 고온이 발생합니다. 반응을 모니터링하고 제어하기 위해서는 다수의 주요 측정 지점이 필수적입니다. 엔드레스하우저는 다음을 통해 공정 효율, 안전 및 제품 품질을 확보할 수 있도록 도와 드립니다.
- 광범위한 제품, 서비스 및 솔루션의 포트폴리오
- 온라인 현장 검증을 통해 수소화 공정을 최적화해 주는 코리올리스, 열 및 와류 유량 측정 기기
- 저장탱크에서의 정확한 레벨 측정
©Endress+Hauser
액체 수소 탱크 측정을 위한 서보 디스플레이서 기술
액체 형태 수소 저장은 일종의 극저온 공정이기 때문에 재고 측정에 있어 극한 온도(-253°C), 가스 비등 및 증기 압력과 같은 문제를 야기합니다. 탱크의 안전한 운영과 정밀한 재고 관리를 위해서는 신뢰성 높은 레벨 게이지 및 독립적인 과충전 경보 게이지가 필수적입니다.
분야별 전문성
엔드레스하우저의 서보 게이지는 액체의 정확한 레벨을 측정하는 접촉식 방법을 제공합니다. 이 측정 방법 및 기술은 증기 압력 및 온도에 의해 영향을 받지 않기 때문에 액체 수소의 레벨 및 밀도를 안전하고 확실하며 정확하게 측정할 수 있습니다.
- 신뢰성 높고 정확한 액체 수소 레벨 및 밀도 측정을 통해 안전 강화
- 가동 중단을 수반하지 않는 정기 검증
- 안전하고 정밀한 탱크 운영 실현
©Endress+Hauser
수증기 메탄 개질(SMR) 및 청색 수소
수증기 메탄 개질(SMR)은 정제소에서 수소를 생산하는 데 가장 보편적으로 사용되는 공정입니다. 공정 관련 도전 과제로는 높은 온도, 촉매의 존재, 최소한의 변동으로 공정을 제어해야 할 필요성 등이 있습니다. 청색 수소 생산은 SMR을 수반하며 공정 사슬 내에서의 탄소 포집을 필요로 합니다.
분야별 전문성
엔드레스하우저의 포트폴리오는 온실가스 배출량을 줄이는 동시에 개질 공정 효율을 높이는 데 일조합니다. 라만 분광법은 SMR 공정 효율 개선 및 배출량 저감을 포함한 다수의 주요한 편익을 제공합니다.
- 입고 천연가스 및 합성가스(수소 포함)의 동시 측정을 통한 SMR 최적화
- 샘플 탭에서 측정이 이루어지므로 고온 샘플 이송 라인 불필요
- 전통적인 접근 방식에 사용되는 운반 가스 불필요
- 고압 비파괴 분석을 사용하여 배기 가스 연소가 불필요하기 때문에 측정 대상 가스의 공정 복귀 가능
엔드레스하우저의 제안
생산에서 최종 사용까지 수소 가치사슬 전체에 걸쳐 신뢰도 높은 측정 기기가 사용되도록 하는 것이 중요합니다. 공정한 거래 및 회계 책임성을 보장하기 위해서는 코리올리스 계량기가 수송되는 수소의 양을 정확히 측정해야 합니다. 품질 표준을 준수함에 있어서도 수소 품질 측정은 매우 중요한 역할을 담당합니다. 엔드레스하우저는 수소 생산 및 액화 플랜트에 가장 적합한 계기와 솔루션을 제공합니다.
- 광범위한 포트폴리오: 단일 공급업체가 제공하는 고성능 측정 기기
- 정확하고 신뢰성 높은 품질, 수량 및 조성 측정 솔루션을 제공하는 독보적 기업
- 모든 측정 지점에 걸쳐 적용되어 원활한 통합을 가능하게 하는 최신 통신 프로토콜
- 용이한 설치 및 시운전: 유지보수가 필요 없는 운영을 실현해 주는 엔드레스하우저 하트비트 테크놀로지의 건전도 모니터링
- 데이터 검증, 상거래 증명 및 보안