온실가스 배출을 없애기 위한 경쟁에서는 모든 기술이 필요합니다.
기준 : 켄 찰라픽존슨 매티 글로벌 시장 담당 매니저 | 2023년 8월 21일
대규모 탈탄소화는 오늘부터 시작해야 합니다.
이번 10년 이후 탄소중립 목표를 달성하기 위해서는 전력망을 저탄소 재생에너지로 전환하고, 산업계에 친환경 기술을 확대 및 도입해야 합니다. 이러한 친환경 기술에는 재생에너지, 수소전해장치, 배터리, 연료전지 등이 포함됩니다. 이러한 기술의 발전을 가속화하려면 새로운 소재, 공급망, 제조 역량이 필요합니다. 탄소중립으로의 장기적인 전환을 위해서는 수십억 달러 규모의 투자가 필수적입니다. 탄소중립 목표를 달성하기 위해서는 이러한 기술의 속도, 규모, 역량만으로는 충분하지 않습니다. 전 세계 온실가스 배출량을 줄이기 위해서는 가용한 모든 수단과 기술을 활용하는, 기술적으로 적극적인 접근 방식이 필요합니다.
재생 가능한 탄소 자원은 미래에도 석유화학 산업의 지속 가능성을 보장합니다.
더 넓은 맥락에서 보면, 화학 산업 제품에는 탄소가 포함되어 있으며 이는 앞으로도 계속될 것이므로 탄소 없는 화학 산업은 불가능합니다. 그러나 화학 산업은 탄소를 더욱 효율적으로 활용하여 탄소 집약도와 CO₂ 배출량을 줄이는 방법을 찾을 수 있고, 또 찾을 것입니다. 이러한 노력의 일환으로, 화학 산업은 바이오매스, 도시 고형 폐기물, 포집된 CO₂와 같은 재생 가능한 탄소원을 사용하여 화학 물질을 생산하는 방안을 고려하고 있습니다. 이러한 탄소를 재생 가능한 전력으로 구동되는 전기분해를 통해 생성된 수소와 결합하면 지속 가능한 연료와 화학 물질을 만들 수 있습니다. 예를 들어, 포집된 CO₂와 재생 가능한 수소는 메탄올로 직접 전환되거나 역수성가스전환 반응을 통해 CO, CO₂, 수소를 포함하는 합성가스(syngas)로 전환될 수 있습니다. 합성가스는 기존의 피셔-트로프쉬 합성 공정을 통해 추가 가공되어 화학 물질과 연료를 생산할 수 있습니다. 이는 항공 산업의 탈탄소화에 필수적인 지속 가능한 항공 연료(SAF)를 생산하는 한 가지 방법입니다. 또한, 합성가스 기반 기술은 메탄올과 암모니아 형태로 재생 에너지를 저장하고 운송하는 데에도 활용될 수 있습니다. 저탄소 메탄올과 암모니아 또한 지속 가능한 해운을 위한 연료로 제안되고 있습니다.
지속가능성과 장기적인 관점을 염두에 두고 프로젝트를 진행합니다.
탈탄소화 솔루션을 고려할 때, 새로운 솔루션이나 기술을 도입하는 데 따른 전 생애주기 배출량을 고려하는 것은 필수적입니다. 미래에 수소를 활용하려면 에너지 인프라와 전력망이 친환경적이어야 합니다. 하지만 재생에너지로 친환경 전력망을 구축할 때까지 기다리는 것은 경우에 따라 너무 늦을 수 있습니다. 따라서 전력망 외부에서 탈탄소화를 실현하는 솔루션을 활용하면 최종 사용자는 감축이 어려운 분야와의 재생에너지 경쟁을 피할 수 있고, 현재 상당한 탄소 배출량 감축을 달성할 수 있습니다.
탄소 포집 및 저장(CCS)은 배출량 감축이 어려운 분야의 핵심 기술입니다. CCS는 산업 굴뚝에서 발생하는 배출량을 줄이거나 수소 생산과 결합하여 기존 화석 연료를 대체하는 저탄소 수소를 생산하는 데 적용될 수 있습니다. CCS 기술을 적용한 (블루) 수소는 대량의 저탄소 수소를 생산할 수 있는 성숙하고 활용 가능한 기술입니다. 배출량 감축이 최우선 목표인 경우, CCS 수소의 확장성과 산업 규모의 열 수요를 충족할 수 있는 능력은 산업계에서 매우 가치 있는 기술로 주목받고 있습니다.
기존 수소 생산 시설을 용도 변경하여 저탄소 수소의 새로운 공급원을 만들 수도 있습니다.2예를 들어, 청정 연료 정제를 위해 건설된 기존 수소 생산 시설의 40% 이상이 20년도 채 되지 않았습니다. 이러한 시설들은 재생 에너지망 구축과 전해(친환경) 수소 생산을 기다리다 보면 좌초 자산이 될 위험에 처해 있습니다. CCS(탄소 포집 및 저장) 기술을 활용하면 기존 합성가스 생산 시설의 수명을 연장할 수 있습니다. 또한 폐기물 및 생물 기원의 재생 가스를 원료로 사용하여 탄소 배출량을 최소화하는 생산 방식을 도입함으로써 더욱 엄격한 기준을 충족하도록 시설을 조정할 수 있습니다.
또 다른 관점과 접근 방식은 노후화된 설비를 CCS(탄소 포집 및 저장) 기능을 갖춘 신규 수소 생산 시설 하나로 대체하여 수소 및 석유화학 제품 생산을 위한 가장 효율적이고 저탄소적인 합성가스 생산을 도모하는 것입니다. 최적의 방안은 설비의 노후화, 기존 및 미래 생산 요구 사항, 신규 건설과 기존 설비 개조 프로젝트 간의 자본 비용 차이 등 여러 요인이 복합적으로 작용하여 각 시설마다 다를 수 있습니다.
불확실성 속에서 이산화탄소 포집을 극대화하는 유연하고 탄력적인 솔루션
이러한 환경과 과제를 배경으로, 대규모 저탄소 수소 생산에 적합한 기술들이 주목받고 있습니다. 자열 개질기(ATR)와 가스 가열 개질기(GHR) 기술은 고압의 CO₂ 흐름을 단일하게 제공하여 매우 높은 효율(최대 99% 이상)로 CO₂를 쉽고 경제적으로 포집할 수 있도록 합니다. 이 기술들은 수십 년 동안 산업 규모에서 사용되어 왔으며, 합성가스 생산 반응에 필요한 열을 발생시키기 위해 별도의 메탄 연료를 사용할 필요성을 없애줍니다. 이는 현재 널리 사용되는 증기 메탄 개질기(SMR) 기술의 특징인, 공정에 필요한 열을 발생시키기 위해 화석 연료 연소에서 발생하는 저압의 희석된 CO₂ 흐름을 제거하는 효과를 가져옵니다.
ATR 및 GHR 기술은 신규 건설 및 기존 시설 개조 모두에 적용될 수 있습니다. 개조 시에는 기존 합성가스 생산 설비에 "볼트온" 방식으로 통합되어 설치가 용이합니다. 이를 통해 부지 면적, 장비 및 자원 사용을 최소화하고 자본 효율성을 극대화하여 높은 수준의 이산화탄소 배출량을 줄일 수 있습니다. 신규 건설의 경우, ATR-GHR 조합은 기가와트급 수소를 최저 비용과 가장 낮은 탄소 배출량으로 생산하는 데 이상적이며, 현재 전해 수소 생산 방식으로는 달성할 수 없는 규모로 화석 연료 연소를 대체할 수 있게 해줍니다. 두 가지 적용 분야 모두 석유화학 생산 공정 및 사업장의 전반적인 탄소 배출량을 줄이는 데 기여합니다.
19세기, 산업혁명(1760~1840) 시기를 기점으로 화학제품, 그리고 이후 석유화학제품의 산업적 생산은 사회 변화에 지대한 영향을 미쳐 왔습니다. 이러한 산업들은 초창기부터 끊임없이 발전해 왔으며, 효율성 향상, 품질 개선, 비용 절감을 위해 새로운 공정, 기술, 장비를 도입해 왔습니다. 이제 세계는 새로운 도전에 직면해 있습니다. 기후 변화의 영향이 심화됨에 따라, 점점 더 많은 기업과 국가들이 환경에 대한 인간의 영향을 줄이기 위한 시급한 조치의 필요성을 인식하고 있습니다.
파트너십: 변화를 이끄는 핵심
기후 변화의 규모와 시급성은 전례 없는 수준의 협력이 요구되는 지구적 위협을 초래했습니다. 변화를 실현하기 위해서는 운영업체와 기술 제공업체가 이전에는 볼 수 없었던 수준의 긴밀한 파트너십을 구축해야 합니다. 이러한 변화의 씨앗이 싹트기 시작하고 있지만, 필요한 탈탄소화 속도와 규모를 달성하기 위해서는 더 많은 노력이 필요합니다. 규제, 인센티브, 인프라는 이러한 추세가 지속될지, 아니면 불확실한 보조금과 변화하는 법규를 충족하는 복잡성으로 인해 좌절될지를 결정하는 핵심 요소입니다. 이러한 요소들은 운영업체가 통제할 수 있는 범위를 벗어나지만, 적절한 파트너와 함께 실행 가능한 로드맵을 구축함으로써 미래의 도전에 대비할 수 있습니다. 석유화학 산업은 미래의 지속 가능한 생산을 위한 생태계를 구축하는 동시에 오늘날 실질적인 영향을 미칠 수 있는 즉시 사용 가능한 기술을 도입해야 합니다.
존슨 매티와 클라임코의 파트너십에 대하여
들어 200 년 이상 존슨 매티 JM은 시장 혁신을 주도하고 다양한 산업 분야에 걸쳐 지속 가능한 변화를 구현하는 데 앞장서 왔습니다. JM은 ClimeCo와 협력하여 특히 합성가스(syngas) 생산 업체를 비롯한 여러 산업 분야에서 첨단 탄소 포집 솔루션 도입을 가속화하고 있습니다. JM의 기술은 에너지 전환의 핵심이며, 석유화학 산업 전반의 고객들이 탈탄소화 과제를 해결할 수 있도록 지원합니다. 저탄소 수소 생산에 필수적인 부품 및 기술과 지속 가능한 연료(SAF) 및 기타 지속 가능한 연료를 위한 다양한 솔루션을 제공하는 JM은 고객의 탄소 중립 목표 달성을 위한 중요한 파트너입니다.
저자에 관하여
켄 찰라픽존슨 매튜스의 글로벌 시장 관리자 저탄소 솔루션개발을 주도합니다. 클린페이스™ 고급 리포밍™ 켄은 기술 분야의 전문가이며 산업 탈탄소화 분야에서 인정받는 권위자입니다. 그의 경력은 에너지 전환기에 석유 정제 분야에서 청정 연료용 SMR 기반 수소 생산 능력을 세 배로 늘리는 데 기여했으며, 이러한 공로를 인정받아 피터 G. 앤드류스 평생 공로상을 수상했습니다. 노스웨스턴 대학교에서 화학 공학 학위를 받은 그의 깊이 있는 전문 지식은 출판된 논문과 여러 기여를 통해 잘 드러납니다. 국제공동체연합(ICAC) AFPM전 세계 정유 및 석유화학 분야의 탈탄소화를 가속화하고 있습니다.
