프로세스 산업의 탈탄소화
혁신적인 기술을 도입함으로써 산업은 에너지 사용을 최적화하고, 폐기물을 줄이며, 탄소 배출 제로를 향해 나아가고 있습니다.
요약
- 프로세스 산업은 다양한 탈탄소화 방법을 통해 탄소 발자국을 줄일 수 있는 중요한 기회를 가지고 있습니다.
- 화학, 철강, 석유 및 가스, 광업, 발전, 식품 생산과 같은 필수 산업은 핵심 공정이 본질적으로 다량의 온실가스를 방출하기 때문에 어려운 탈탄소화 과정에 직면해 있습니다.
- 탄소 집약적 공정의 높은 에너지 수요는 산업에 두 가지 문제를 야기하는데, 바로 공정 배출량과 이를 구동하는 화석 연료의 감축이 필요합니다.
- 프로세스 산업은 프로세스 폐기물을 줄이고, 청정 연료를 사용하며, 재생 가능한 에너지 원으로 전환하고, 순환 경제 관행을 통해 폐기물을 최소화함으로써 탄소 배출 제로를 달성할 수 있습니다.
- 프로세스 산업의 탈탄소화를 위해서는 지속적인 학습, 혁신, 관리 가능한 투자, 탄소 배출 제로를 향한 추진력 구축을 위한 단계적 접근 방식이 필요합니다.
- 지속 가능한 관행을 촉진하고 전체 가치 사슬에서 배출량을 줄이려면 업계 참여자들의 참여가 필수적입니다.
A call for action
온실가스 배출로 인한 기후 변화는 전 세계적으로 시급한 도전 과제이며, 모든 사업 분야에서 즉각적이고 단호한 탈탄소화 조치를 요구하고 있습니다. 이러한 노력은 대기 중 이산화탄소 배출량을 줄이기 위해 필수적이며, 일부 산업은 본질적으로 다른 산업보다 탄소 집약적이지만, 각 프로세스 산업은 영향력 있는 완화 가능성을 가지고 있습니다.
이러한 기회와 방법에는 배출량 감소, 탄소 포집, 공정 효율 최적화, 대체 연료 및 생산 방식의 전환 등이 포함됩니다. 이러한 노력을 통틀어 탈탄소화라고 부르며, 이는 대기 중으로 배출되는 이산화탄소의 환경 영향을 줄이는 것을 의미합니다. 이 글에서는 프로세스 산업의 탈탄소화에 대한 복잡한 내용을 자세히 살펴보고, 순제로 미래를 달성하는 데 있어 실질적인 전략과 협업 및 기술의 중요한 역할을 탐구합니다.
가장 탄소 집약적인 공정의 과제에 맞서다
여러 산업은 핵심 공정의 고유한 탄소 집약도 때문에 탈탄소화를 추구하는 과정에서 독특한 도전에 직면합니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.
- 화학 및 석유 정제: 정제 과정, 특히 천연가스의 증기 메탄 개질(SMR)을 통한 수소 생산은 이산화탄소 배출의 주요 원인입니다. 이 수소는 정제된 제품에서 황과 기타 불순물을 제거하는 수소 처리 등 다양한 공정에 필수적입니다. 이 같은 공정은 비료 생산에 사용되는 암모니아 제조 및 기타 중요한 제조 공정에 사용됩니다.
- 시멘트와 석회 제조: 시멘트와 석회의 생산에는 이산화탄소를 부산물로 배출하는 고온 공정인 소성이 포함됩니다. 이러한 공정에서 석탄과 석유 코크스와 같은 화석 연료가 널리 사용되면서 탄소 발자국이 더욱 커지고 있습니다.
- 철강 제조: 철광석을 용광로와 기본 산소 용광로에 의존하여 철과 강철로 변환하는 과정에서 상당한 양의 이산화탄소가 방출됩니다. 이 과정은 연속 주조, 열간 압연 및 기타 성형 작업과 같은 후속 공정의 에너지 집약적 특성으로 인해 더욱 복잡해집니다.
- 식음료: 농업 및 원료 조달에서 가공, 포장 및 유통에 이르기까지 식음료 부문은 다양한 단계에서 화석 연료에 크게 의존하여 전체 탄소 발자국에 기여합니다.
이 산업들은 현대 사회에 필수적인 산업이지만, 전 세계 온실가스 배출량의 상당 부분을 차지합니다. 미국에서만 이 산업들이 전체 산업 이산화탄소 배출량의 75% 이상을 차지합니다.
인사이트
화학 및 석유, 시멘트 및 석회, 철강, 식음료 산업은 전체 산업 이산화탄소 배출량의 75% 이상을 차지합니다.
이러한 배출량을 줄이는 것은 환경적 의무일 뿐만 아니라 환경, 사회, 지배구조(ESG)에 대한 기업의 약속을 이행하고 장기적인 경제적 지속 가능성을 보장하는 데도 매우 중요합니다.
에너지 집약도와 공정 배출의 얽힌 문제를 해결하는 방법
복잡성을 더하는 또 다른 요인은, 이러한 탄소 집약적 공정의 상당수가 에너지 집약적이라는 사실입니다. 이로 인해 두 가지 문제가 발생합니다: 공정 자체에서 배출되는 배출량을 줄이는 동시에, 공정에 사용되는 에너지원을 탈탄소화하는 문제입니다.
예를 들어, 정유 공장은 수소화 분해, 대기 증류, 촉매 분해와 같은 공정을 위해 엄청난 양의 에너지를 필요로 합니다. 이러한 에너지 수요를 충족하기 위해 화석 연료에 의존하는 것은 전체 공정의 환경적 영향을 더욱 증폭시킵니다.
시멘트와 석회 생산은 석회석과 기타 광물을 고온으로 가열하는 소성이라는 공정을 위해 로터리 킬른에 크게 의존합니다. 이 과정에서 상당한 양의 이산화탄소가 방출되며, 공장의 연식이 효율성에 중요한 역할을 합니다. 오래된 설비에는 종종 첨단 예열 시스템이 부족하여 열 회수율이 낮아지고 전반적인 에너지 및 공정 효율성이 저하됩니다.
철, 강철, 기타 금속 생산 과정에서도 가열, 용해, 성형에 막대한 에너지 투입이 필요하며, 종종 천연가스나 석탄과 같은 화석 연료에 크게 의존합니다. 이러한 복잡하게 얽힌 문제를 효과적으로 해결하기 위해 프로세스 산업은 네 가지 핵심 요소를 기반으로 한 포괄적인 탈탄소화 전략을 채택해야 합니다. 각 요소는 탄소중립 운영을 달성하기 위한 핵심 사항을 강조합니다.
탄소 배출을 줄이기 위한 강력한 전략의 네 가지 초석
전략
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배출량 감소
첫 번째 초석은 직접적인 이산화탄소 공정 폐기물 부산물을 최소화하거나 제거하는 것입니다. 이를 위해서는 혁신적인 기술을 수용하는 운영 패러다임의 전환이 필요합니다. 공정 최적화는 일반적으로 에너지 소비와 폐기물 발생을 최소화하기 위해 기존 작업을 미세 조정하는 것을 포함합니다. 이는 고급 공정 제어 시스템, 데이터 분석 및 자원 활용을 위한 모범 사례 구현을 통해 달성할 수 있습니다. 구현에 필요한 데이터는 경우에 따라 기존에 존재하는 계측 기기를 통해 제공되거나 추가됩니다. 본질적으로 탄소 집약도가 낮은 대체 기술을 탐색하고 구현하는 것도 중요합니다. 여기에는 가능한 경우 재생 가능한 전기 에너지 원으로 전환하고, 보다 효율적인 장비를 활용하며, 불가피한 배출을 위한 탄소 포집, 활용 및 저장(CCUS) 기술을 구현하는 것이 포함될 수 있습니다. 예를 들어, CCUS의 주요 목표는 공정 배출 가스를 수집하고 저장하여 이산화탄소가 대기로 방출되는 것을 방지하는 것입니다. 어떤 경우에는 배출량을 크게 줄이기 위해 근본적인 공정 재설계가 필요할 수 있습니다. 이는 완전히 새로운 생산 방식으로의 전환, 다른 원료의 활용, 이산화탄소 발생을 최소화하거나 제거하는 대체 화학 물질의 탐색 등을 포함할 수 있습니다.
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청정 연료 사용
두 번째 초점은 화석 연료에서 벗어나 수소와 같은 청정 에너지를 활용하여 프로세스 산업의 탈탄소화를 돕는 것입니다. 녹색 수소는 재생 에너지를 이용한 전기 분해를 통해 생산되며, 완전히 탄소가 없는 연료 원천입니다. 고온 프로세스에서 천연 가스를 대체하고 저탄소 화학 물질과 연료를 생산하는 원료로 활용하는 등 프로세스 산업 내 다양한 애플리케이션에 대한 엄청난 잠재력을 가지고 있습니다. 바이오 연료는 농업 폐기물, 목재 잔재물, 기타 유기 물질과 같은 재생 가능한 원료에서 추출되며, 화석 연료에 대한 보다 지속 가능한 대안을 제공합니다. 이러한 연료의 연소 과정에서 이산화탄소가 배출되지만, 이 과정에서 탄소가 원래 원료의 성장 과정에서 대기에서 흡수되었기 때문에 탄소 중립적이라고 여겨집니다.
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에너지 소비의 탈탄소화
세 번째 초석은 기계와 장비에 전력을 공급하는 것부터 다양한 공정에 열을 공급하는 것까지, 에너지 소비의 모든 측면에서 청정 에너지 원으로의 전환을 강조합니다. 태양, 풍력, 수력, 지열과 같은 재생 에너지원을 에너지 믹스에 통합하는 것이 중요합니다. 이는 태양광 발전소나 풍력 터빈을 통한 현장 발전, 공공시설로부터 재생 에너지원 조달, 재생 에너지 구매 계약 참여 등으로 구성될 수 있습니다. 가능한 한, 전통적인 화석 연료 기반의 공정을 전기 기반의 대안으로 대체하는 전기화를 통해 배출량을 크게 줄일 수 있습니다. 이는 특히 전기 기반의 대안이 점점 더 실용적이고 비용 효율적인 난방 및 운송과 같은 공정과 관련이 있습니다.
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폐기물과 제품을 줄여 순환과 효율을 추구합니다
네 번째 초석은 에너지 소비와 배출량을 줄이기 위해 전체 생산 과정에서 낭비를 최소화하는 것의 중요성을 강조합니다. 계측기에서 제공되는 데이터를 기반으로 한 고급 공정 제어 시스템과 데이터 분석을 구현하면 비효율성을 파악하고 공정을 최적화하여 원천에서 낭비 발생을 최소화할 수 있습니다. 또한, 폐기물 흐름을 다른 애플리케이션을 위한 가치 있는 제품이나 원료로 용도를 변경하여 순환 경제에 기여하고 부산물의 환경 부담을 줄일 수 있습니다. 이 초석을 구현함으로써, 조직들은 선형적인 “취득-생산-폐기” 모델에서 순환 경제의 원칙으로 사고방식의 전환을 촉진할 수 있습니다. 순환 경제의 원칙은 재사용, 용도 변경, 그리고 자원을 최대한 오랫동안 순환시키는 데 중점을 둡니다. 이러한 철학은 장기적인 지속 가능성을 달성하는 데 필수적입니다.
단계적 접근을 통한 장기적 성공을 위한 추진력 구축
복잡한 프로세스 산업의 탈탄소화를 위한 여정은 단계적 접근 방식을 통해 가장 잘 탐색할 수 있으며, 시간이 지남에 따라 점진적이지만 영향력 있는 개선을 달성하는 데 중점을 둡니다. 이를 통해 다음을 수행할 수 있습니다.
- 지속적인 학습과 최적화: 각 단계에서 얻은 귀중한 데이터와 통찰력을 활용하여 후속 전략을 개선할 수 있습니다. 이를 통해 탈탄소화 노력을 지속적으로 개선하고 최적화할 수 있습니다.
- 관리 가능한 투자와 위험 완화: 전략적 투자 배분을 가능하게 하고 검증되지 않은 대규모 기술과 관련된 재정적 위험을 최소화합니다.
- 추진력 구축과 진행 상황 입증: 초기 단계에서의 성공은 내부 및 외부 신뢰를 구축하여 추가 투자를 유치하고 탄소중립 미래로의 전환을 가속화합니다.
예를 들어, 탈탄소화를 위해 노력하는 많은 기업들이 현재 천연가스와 같은 전통적인 화석 연료의 저탄소 대체 연료를 활용하고 있습니다. 천연가스는 연소 시 석탄의 이산화탄소 배출량의 약 절반을 배출하며, 천연가스 자원이 없는 지역으로 완전한 탈탄소화 에너지 원으로의 다리 역할을 할 수 있도록 액화천연가스(LNG)로 쉽게 운송할 수 있습니다.
협업과 기술 발전으로 전환 가속화
프로세스 산업의 탈탄소화는 단독으로 이루어지는 노력이 아니라, 산업, 가치 사슬, 기술 제공업체 전반에 걸친 협력과 지식 공유가 필요한 집단적인 노력입니다. 성공적인 전략, 직면한 도전 과제, 배운 교훈에 대한 개방형 협업은 전체 부문의 발전을 가속화하고 혁신을 촉진할 수 있습니다.
Insights
프로세스 산업의 탈탄소화는 단독으로 이루어지는 노력이 아니라, 산업, 가치 사슬, 기술 제공업체 전반에 걸친 협력과 지식 공유가 필요한 집단적인 노력입니다.
또한, 공급업체 및 고객과 협력하여 전체 가치 사슬에 걸쳐 지속 가능한 관행을 촉진하고 배출량을 줄이는 것은 포괄적인 탈탄소화를 달성하는 데 매우 중요합니다. 업계 종사자들은 탈탄소화 전략의 실행을 가속화하기 위해 자동화, 계측, 데이터 분석, 재생 에너지 및 프로세스 최적화를 전문으로 하는 기술 기업의 전문 지식과 혁신적인 솔루션을 활용해야 합니다.
엔드레스하우저와 같은 기업들은 현대적인 계측 기술, 플랜트 연결 솔루션, 데이터 기반 통찰력, 산업 공정에 대한 심층적인 이해를 제공함으로써 기업이 운영을 최적화하고 환경에 미치는 영향을 줄이며 야심 찬 지속 가능성 목표를 달성할 수 있도록 지원함으로써 이러한 전환 과정에서 중요한 역할을 하고 있습니다.
지속 가능한 미래를 향한 공동의 노력
세계 경제, 특히 프로세스 산업의 탈탄소화는 매우 어려운 과제이지만, 달성 가능한 목표이며, 지속적이고 긍정적인 영향을 미칠 것입니다. 완전하고 즉각적인 탈탄소화를 달성하는 것은 특정 프로세스에 있어서는 비현실적이지만, 지속적인 개선, 혁신 수용, 협력 촉진에 대한 노력은 더 깨끗하고 지속 가능한 미래를 위한 길을 열어줄 것입니다.
탄소중립을 향한 길은 다각적인 접근 방식에 의존합니다: 프로세스 낭비 최소화, 청정 연료 채택, 재생 가능 에너지 원으로의 전환, 그리고 폐기물 발생을 줄이기 위한 순환 경제 관행 수용. 이 네 가지 핵심 요소를 수용하고 기술의 힘, 집단 행동, 지속적인 학습을 활용함으로써 프로세스 산업은 탄소중립 목표를 향한 탈탄소화 작업을 주도하여 다음 세대를 위한 보다 지속 가능한 환경을 보장할 수 있습니다.
