전 세계가 탄소 배출 제로를 향해 내디디면서 녹색 수소 연료에 대한 사람들의 관심은 그 어느 때보다도 고조되어 있다. 녹색 수소 연료는 차세대 글로벌 에너지원이 될 것으로 예측되며, 많은 국가와 기관이 수소를 동력원으로 하는 차량과 전력 시스템에 투자하고 있다. 이러한 고무적인 전망 아래 녹색 수소 산업은 성공할 채비를 하고 있다. 적절한 솔루션과 프로세스가 공급망 전반에 걸쳐 구현된다면, 사람들이 생각하는 것보다 더 빨리 더욱 지속 가능한 미래를 실현할 수도 있다.

 

녹색 수소 산업의 추진

 

녹색 수소가 재생 가능한 에너지원으로 매력적인 이유는 탄소 배출 제로와 더불어 충분하고 안정적인 범용 전력을 공급할 수 있기 때문이다. 세계 각국은 녹색 수소 생산과 이용을 촉진하기 위한 정책, 프로그램, 프로젝트를 개발해 왔다. 많은 정부가 수소 로드맵을 개발했으며 야심 찬 목표를 세우고 있다. 중국, 일본 및 한국에서는 2030년까지 100만 대 이상의 수소 동력차가 도로를 메울 것이며, 서호주는 세계 최대의 녹색 수소 허브가 될 것이라고 최근 발표한 바 있다. 결과를 주시하면서 녹색 수소에 이목이 집중되고 있다.

녹색 수소로의 전환을 지원하는 데 필요한 대부분의 인프라와 프로세스가 아직 구축되어 있지 않은 상태에서, 규모 확대는 여전히 풀어야 할 숙제다. 그러나 보다 큰 규모의 수소 산업을 포함해 관련 응용 분야 및 산업에서 이미 입증된 기술 솔루션과 디지털 트랜스포메이션(Digital Transformation)이 가치 사슬 전반에 걸쳐 기업이 현재 직면한 많은 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있다는 좋은 소식도 접하게 된다.

 

 

녹색 수소 연료 가치 사슬은 전해조에서 시작해 저장 및 수송을 거쳐 연료 펌프에서 끝난다.

 

 

안정적이고 비용 효율적인 제조

 

전기는 전해조 장치에서 물을 기본 원소인 수소와 산소로 분해한다. 이러한 전해조의 크기는 소형 장치에서 대규모 중앙 집중식 생산 설비에 이르기까지 다양하다. 예를 들어, 스키드 장착형 전해조를 공공 유틸리티 전기를 대체하기 위해 공장 외부에 배치하거나, 전체 지역 사회에 전력을 공급하는 데 사용할 수 있다. 전해 전지와 스택을 결합해 응용 분야의 필요에 따라 녹색 수소 제조 규모를 확대/축소할 수 있다.

그러나 청정에너지 규모의 가변성이라는 큰 장점에도 몇 가지 문제가 있다. 현재 전해조 시스템의 전반적인 효율성과 전해조의 운용 수명, 출력 밀도 및 스택 크기를 개선하기 위한 연구 개발이 진행되고 있다. 이러한 개선을 통해 재료 비용을 절감하고 간헐적이며 변동하는 전원 공급 장치에 적합한 보다 유연한 시스템이 구현될 것이다.

전해조 크기는 매우 다양하기 때문에 제조업체는 모든 크기의 전해조에 필요한 구성요소를 어떻게 얻을 수 있을지 검토해야 한다. 수소의 성질은 이 문제를 더욱 복잡하게 만든다. 수소는 가장 작고 가벼운 원소이며, 잘못 취급할 경우 치명적인 결과를 가져올 수 있다. 전해조 구성요소는 사람과 재산을 안전하게 보호하기 위해 신뢰할 수 있어야 하며, 위험한 환경에 적합하게 제작되어야 한다.

수소 응용 분야에 특화된 광범위한 포트폴리오를 보유한 기술 공급업체와 협력하면 공급망을 단순화하고 시간과 비용을 절감할 수 있다. 이는 많은 경우 포괄적인 포트폴리오를 보유한 단일 공급업체와 협력할 때 훨씬 용이할 수 있다. 특히 기업이 제조 규모를 확대할 경우에 그렇다. 이로 인해 기기 제조업체와 생산업체는 부담을 덜고 제품 개발 및 공급에 집중할 수 있다.

특히 전해조가 설치된 위험 구역의 신뢰성과 안전성을 향상하도록 특별히 설계된 다양한 측정 장비, 제어 장비 및 전기 장비를 갖춘 전문 공급업체와 협력하는 것이 중요하다. 밸브, 밸브 시스템, 유량계, 레귤레이터 및 압력 트랜스미터 외에도 운용 복잡성을 줄이고 위험을 낮추며 현장 전반의 안전 시스템 기능을 제공하는 동시에 전해조에서 발전 보조기기(BoF) 자산에 이르기까지 녹색 수소 시설의 성능을 향상할 수 있는 가변적인 프로세스 관리 및 안전 솔루션과 같은 지능형 기술을 보유하고 있어야 한다. 통합형 제어 및 안전 시스템(ICSS)은 내장된 시퀀스 진단을 통해 최적화된 시작/중지 순서를 보장하는 중요한 툴이기도 하다.

 

안전하고 효율적인 운송

 

수소를 전력으로 이용하기 위해서는 먼저 전환, 저장 또는 수송 과정을 거쳐야 한다. 가치 사슬에서 최대 15,000psi의 압력이 가해지기 때문에 수소는 효과적이고 효율적이며 안전하게 제어되어야 한다. 일부 금속이 H2에 장기간 노출되면 ‘수소 취성’으로 인해 부정적인 영향을 받을 수 있기 때문에 정적 또는 동적 씰의 무결성 문제로 인한 내, 외부 누출 가능성이 없어야 한다. 또한, 위험 평가 및 엄격한 규제에도 대응해야 한다.

수소를 취급하는 작업에는 시스템이 안전하게 운용되도록 보장하는 신중하고 신뢰할 수 있는 제어가 필요하다. 기업은 시스템 전반에 걸쳐 손실이 없는지 확인해야 하며 수송/이송 지점을 통과하는 수소의 양을 파악해야 한다. 이 때문에 수소를 안정적으로 모니터링하고 측정할 수 있는 구성요소를 시스템에 통합하는 것이 필수적이다.

모든 시스템에는 차단 밸브와 계량 밸브, 고압 레귤레이터, 공압 액추에이터 및 솔레노이드 밸브 등의 최종 제어 요소(FCE)가 포함된다. 안정적인 고품질 제어 및 안전 회로를 통해 적절한 압력 및 유량을 유지하고 수소의 순도를 보존하는 데 필요한 정밀도를 제공하며 원격으로 모니터링할 수 있다. 압력, 온도 및 유량을 모니터링하려면 센서를 통합해야 한다. 지능형 장비를 사용하면 데이터를 수집하여 생산성을 높이고 높은 운용 수율을 확보할 수 있다.

이 점에서도 포괄적인 포트폴리오를 갖춘 공급업체를 확보하는 것이 중요하다. 그러나 훨씬 더 중요한 것은 수소에 대한 풍부한 경험과 전문성을 갖추고 규제 및 인증에 정통한 파트너와 협력하는 것이다. 협력사는 플랜트 전체의 생태계를 이해하고 수소를 효과적이고 효율적으로 모니터링, 측정 및 제어하는 데 필요한 안전 장비와 제어 장비를 보유해야 한다. 또한, 다양한 설계 및 응용 분야에 대응할 수 있는 유연성도 갖추고 있어야 한다.

 

 

전해조가 설치된 위험 구역에서 사용하도록 설계된 측정 장비, 제어 장비 및 전기 장비는 수소 생산을 최적화해 원하는 순도 수준에 도달할 수 있다.

 

 

안전하고 효과적인 디스펜싱(Dispensing)

 

수소 동력차로 전환하는 데 핵심 요소는 연료 전지다. 연료 전지 전력 시스템은 승용차, 상용차 등의 전력원으로 사용할 수 있다. 전해조 제조업체와 마찬가지로 연료 전지 제조업체도 다양한 포트폴리오를 갖춘 유능하고 전문적인 공급업체의 이점을 누릴 수 있다.

연료 전지의 경우, 안정적인 흐름 제어, 압력 레귤레이터, 안전 정션 박스 및 방염 케이블 글랜드 등이 포트폴리오에 포함되어야 한다. 제조업체가 출력 밀도가 높고 전지 수명이 연장된 시스템을 만들 수 있도록 설계는 컴팩트하고 가벼워야 한다. 제조업체는 안정적인 압력 조절, 안전한 배분 및 기기 커넥티비티를 제공하는 솔루션을 통해 연료 전지 시스템 고장 위험을 낮출 수 있다.

수소 동력차가 대중화되면, 운전자는 연료를 공급해야 한다. 충전소가 녹색 수소로 전환되면 지속 가능성, 안전 및 유지 관리와 같은 여러 문제에 직면하게 된다. 그 중 한 가지는 무엇보다 고객들이 매번 빠르고 안전하게 올바른 양의 연료를 디스펜싱 할 수 있도록 수소 흐름을 면밀하게 모니터링해야 한다는 것이다. 충전소 및 주요 구성요소의 상태를 정확하게 유지 관리하면서 밀집 지역 또는 외딴 지역에 설치되든 상관없이 사용자가 언제든지 충전소를 사용할 수 있도록 해야 한다. 충전소 장비는 디지털 트랜스포메이션을 활용해 이러한 주요 과제 중 일부를 해결할 수 있다.

장치에서부터 시작해 지능형 센서 기술과 이 기술이 제공하는 데이터는 디지털 트랜스포메이션을 구축하는 토대가 될 수 있다. 이를 바탕으로 에지 게이트웨이 기능을 통합한 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC)를 이용해 완전한 제어가 가능하며, 집계된 데이터를 연료 디스펜싱 프로세스 또는 시스템 자체의 상태에 대한 실시간 정보/분석으로 전환할 수 있다.

디지털 트랜스포메이션의 파워는 단일 충전소를 넘어 방대한 충전소 네트워크로 확대될 수 있으며, 여기서 정보를 종합해 전체 네트워크를 최적화할 수 있다. 정확한 양의 연료를 최고의 유량으로 안전하게 디스펜싱 할 뿐만 아니라 누출 가능성을 낮추고 충전소의 상태를 모니터링해 안정적인 운용과 최적의 수율을 확보할 수 있다.

또한, 에지 게이트웨이와 결합한 PLC는 진단 데이터 및 프로세스 데이터를 분석하고 시각화할 수 있으며, 이 데이터는 로컬에서 충전소 운영자 또는 수소 공급업체에 원격으로 제공돼 공급망 물류를 단순화할 수 있다. 충전율 및 예방 유지 관리 정보에 원격으로 액세스할 수 있다는 것은 수소 공급업체가 필요할 때만 탱크를 충전하고 유지 관리를 제공한다는 것을 의미한다.

저장 탱크, 튜브 트레일러, 디스펜서 등 충전소 시스템은 안전하고 유지 관리가 간편해야 할 뿐만 아니라 최고의 성능과 규제 기준을 충족해야 한다. 더불어 수소의 폭발적 성질을 고려해야 한다. 초음파 가스 누출 감지 시스템은 직원과 고객 및 재산을 안정적으로 보호하기 위해, 가압 된 가스가 방출될 때 발생하는 초음파를 충전소에서 지속해서 모니터링한다. 고압 측정용으로 설계된 압력 트랜스미터와 수소 분여 용도로 특별히 설계된 유량계는 압력과 가스의 흐름을 정확하게 측정할 수 있다. 핵심 매개변수를 모니터링하는 이러한 중요한 장치는 상위 계층의 게이트웨이에 연결되어 현장 내 또는 원격으로 직원에게 실시간 경고 및 경보를 전달하는 동시에 추가 안전 기능을 개선하는 데 사용할 수 있다.

 

Emerson의 ASCO, Rosemount 및 TESCOM 구성요소는 녹색 수소 연료 가치 사슬 전반에 걸쳐 프로세스를 신뢰성 있게 측정하고 정밀하게 제어한다.

 

 

 

성공적인 스케일업(Scale-Up)

 

녹색 수소로 전환하는 데 필요한 인프라와 프로세스를 구축하려면 회사의 스케일업(Scale-Up)을 각 단계마다 지원할 수 있는 파트너가 필요하다. 가변적인 접근 방식을 선택하면 유의미한 진전을 이루면서 위험을 줄일 수 있다.

녹색 수소는 아직 비교적 새로운 사업이기 때문에 기업은 수소 산업에서 이미 입증된 폭넓은 지식과 전문성을 보유한 파트너에 의존해야 한다. 이러한 전문 파트너는 필수 규정 및 인증과 지역별 변경 사항 등을 이미 파악하고 있다. 또한, 고객 및 고객의 시장 근처에서 제조할 수 있는 물리적 거점을 이미 갖추고 있을 가능성이 높다.

에머슨은 수소 산업 초기부터 참여하며 전 세계 수소 연료 공급 가치 사슬 전반에 걸쳐 모든 가능성을 개발해 왔다. 또한, 에머슨은 점점 규모가 확대되는 녹색 수소 분야에서 발생하는 새로운 도전에 혁신적인 솔루션을 제공할 수 있기를 기대하고 있다.

 

내일의 탈탄소화는 오늘부터 시작

 

녹색 수소의 장래성은 높지만, 가치 사슬 전반에 걸쳐 성공적으로 스케일업 하려면 신뢰할 수 있는 솔루션과 입증된 전문 지식이 필요하다. 업계에 탄탄하게 자리 잡은 전문업체와 협력하는 기업은 녹색 수소 연료를 보다 효율적으로 제조, 제어 및 배분할 수 있다. 광범위한 경험, 법적 요구사항에 대한 심도 있는 지식, 입증된 제품 및 서비스에 대한 포괄적인 포트폴리오에 기반한 전략적 파트너십은 운용 및 운용하는 직원을 보호하는 데 기여할 것이다. 이러한 탄탄한 입지를 토대로 기업은 더욱 친환경적이고 지속 가능한 미래를 현실로 만들면서 지속적인 경쟁 우위를 확보할 수 있다.