수소는 화석 연료에 대한 의존을 종식시키고 2050년까지 순 배출 제로로의 성공적인 전환을 보장할 수 있는 엄청난 잠재력을 가지고 있다. 그것은 연료원으로 사용될 때 부산물로 물만 생성하고 장거리 운송과 같이 전기화하기 어려운 저감하기 어려운 산업을 탈 탄소화하는 데 도움이 될 수 있다.

수소는 우주에서 가장 흔한 분자 중 하나이다. 그것의 분자(H2)는 수소 원자(H)를 포함하는 분자를 쪼개서 생성된다. 그러나 이 프로세스가 수행되는 방식에 따라 환경 영향이 결정된다.

• 회색 수소는 오늘날 생산되는 가장 일반적인 유형의 수소이다. 주로 정제 및 화학 산업에서 비료 및 석유와 같은 제품을 만드는 데 사용된다. 회색 수소는 일반적으로 이산화탄소를 방출하면서 메탄의 탄소 원자에서 수소 원자를 분리하는 스팀 메탄 개질을 통해 만들어진다.

• 청색 수소는 회색수소와 같은 방식으로 생성된다. 그러나 공정에서 생성된 이산화탄소는 탄소 포집 및 저장 기술에 의해 포집되어 지하에 저장된다. 청색 수소는 탄소 포집 및 저장 가격이 하락하면서 전 세계적으로 채택이 증가함에 따라 전 세계적으로 실행 가능한 옵션이 되고 있다.

• 녹색 수소는 재생 에너지와 전기 분해를 사용하여 물을 수소와 산소로 분해한다.

수소 생산 공정. 이미지: Gasunie via The World of Hydrogen

수조 달러 규모의 화석 연료 자산 기반 용도 변경

지금은 아직 생산되지 않은 수소를 판매하기 위해 수소 생산자와 구매자 간의 수많은 오프 테이크 계약을 통해 블루 수소에 대한 수요가 높다. 청색 수소 공급이 수요를 따라가지 못하고 있다.

고맙게도 이 문제를 극복하기 위해 이미 막대한 양의 수소를 생산하고 있는 현재의 수조 달러 규모의 에너지 자산 기반을 재활용할 수 있는 엄청난 기회가 있다.

예를 들어 정제소를 생각해보면 된다. 대부분의 정유 공장에는 고압 증기를 메탄과 결합하여 수소, 일산화탄소 및 이산화탄소를 생성하여 회색 수소를 생성하는 증기 메탄 개질기가 있다. 앞으로 우리는 탄소 포집 및 저장 기술을 정유 공장에 추가하여 이산화탄소를 포집하고, 청색 수소를 생성하고, 저감하기 어려운 부문에 공급할 수 있다.

기존 석유 및 가스 인프라를 용도 변경하는 또 다른 예는 현재의 해상 석유 및 가스 플랫폼을 해상 풍력 에너지를 사용하여 수소 생성 허브로 전환하고 수소를 파이프라인을 통해 해안으로 수송하는 것이다. 예를 들어 네덜란드에서는 한 컨소시엄이 해상풍력으로 구동되는 최초의 해상 그린 수소 프로젝트를 석유 플랫폼에 건설하고 있다.

디지털 트윈은 두 가지 방식으로 이러한 용도 변경에 도움이 될 수 있다. 첫째, 디지털 트윈 기술은 엔지니어가 능동적으로 수리할 수 있는 구조에서 스트레스 영역을 가장 가까운 센티미터까지 식별하여 석유 및 가스 인프라의 수명을 연장하는 데 도움이 된다. 이를 통해 증기 메탄 개질기 및 석유 및 가스 터미널과 같은 자산을 폐기하고 새로운 자산을 건설하여 배출을 미래에 고정시키는 대신 청색 수소를 생산하기 위해 용도를 변경할 수 있을 만큼 충분히 오래 운영할 수 있다.

이미지 출처: Akselos

둘째, 수소를 생산하기 위해 노후화된 자산 기반을 용도 변경하면 인프라가 설계된 것과 다른 운영 조건에 노출된다. 디지털 트윈 소프트웨어는 수소 생산에 필요한 작동 조건이 안전하다는 것을 입증할 수 있다. 예를 들어, 디지털 트윈 소프트웨어는 정유소의 시동 시간을 6시간에서 12시간 사이로 줄이는 데 도움이 될 수 있음을 이미 보여주었다. 수소를 수송하는 가장 경제적으로 실행 가능한 방법은 가스이며 기존 파이프라인이 수소를 안전하게 수송할 수 있음을 입증해야 하기 때문에 이는 미래에 필수적일 것이다.

신재생에너지 원가절감으로 경쟁력 확보

이미지 출처: Akselos

녹색 수소는 또한 넷 제로로 전환하는 데 중요한 역할을 할 것이며 향후 몇 년 동안 기하급수적으로 성장할 것이다. 예를 들어 인도는 기업을 선도적인 가스 생산자, 소비자 및 수출국으로 전환하기 위해 24억 달러의 보조금 패키지를 승인했다.

순 제로를 달성하기에 충분한 녹색 수소를 생산하려면 막대한 양의 재생 가능 에너지가 필요하다. 국제에너지기구(International Energy Agency)는 2027년까지 녹색 수소 생산 전용 재생 용량이 100배 증가한 50GW가 필요하다고 계산했다. 또한, 이 재생 에너지의 비용은 경쟁력을 갖추기 위해 충분히 낮춰야 한다.

이 기술이 엄청난 성장 잠재력을 가진 부유식 해상풍력을 예로 들어 보겠다. 부유식 해상풍력은 수심이나 해안과의 거리에 구애받지 않고 엄청난 양의 전기를 생산할 수 있다. 그러나 이 기술로 생산되는 전기 비용은 현재 녹색 수소를 위한 재생 에너지원으로 경제적으로 실행하기에는 너무 높다.

여기에서 디지털 트윈은 다음 네 가지 주요 방식에서 중요한 역할을 할 수 있다.

1. 엔지니어가 더 저렴하고 간소한 설계를 설계할 수 있도록 지원하여 부유식 해상 풍력 프로젝트의 초기 비용을 낮춘다.

2. 불확실성을 줄임으로써 즉시 수익을 낼 수 있는 프로젝트를 만든다.

3. 엔지니어가 능동적이고 예측 가능한 유지 관리를 수행할 수 있도록 하여 유지 관리 비용을 줄인다.

4. 디지털 피드백 루프를 생성하여 차세대 프로젝트 비용을 더욱 절감한다.

예를 들어 강력한 디지털 트윈은 동일한 성능을 유지하면서 최대 30% 더 적은 강철 무게로 우수한 해상 풍력 기반 설계를 생성하는 데 사용되므로 최적화된 터빈을 훨씬 저렴하게 구축할 수 있다.

순 제로 미래 확보

2050년까지 순 배출 제로를 달성하려면 사용 가능한 모든 수단을 활성화해야 한다. 수소는 그러한 지렛대 중 하나이며 차세대 디지털 트윈은 지렛대 중 하나이다. 아르키메데스는 "나에게 서 있을 곳, 충분히 긴 지렛대, 지지대를 주시면 지구를 움직일 수 있다."고 말했다.