재생에너지 수소
ESG
저는 중국의 석유 및 가스 에너지 계획에서 수소의 역할에 대한 중요한 논문을 방금 보았습니다.
눈에 띄는 것은 다음과 같습니다.
수소는 정유 공장에서 천연 가스를 대체하여 CO₂ 배출량을 줄일 수 있습니다.
지하 수소 저장 프로젝트는 특히 유럽과 중국에서 성장하고 있습니다
수소를 연료로 사용하면 중유 생산에서 배출량을 최대 76%까지 줄일 수 있습니다.
가스 파이프라인에 수소를 혼합하면 운송 비용을 절감하는 데 도움이 될 수 있습니다.
중국의 천연 수소 저장고 잠재적인 에너지원으로 탐사되고 있습니다
이것이 왜 중요한가요? 중국의 주요 석유 및 가스 업체들은 2060년까지 넷제로를 달성하기를 원합니다. 믹스에 수소를 추가하면 주요 인프라 변경 없이 배출량을 줄일 수 있습니다.
The role of hydrogen in the energy transition of the oil and gas industry” (Energy Reviews, 2024)
이 논문은 수소가 석유 및 가스 산업의 에너지 전환에서 어떻게 중요한 역할을 수행할 수 있는지 기술
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1. 서론: 에너지 전환의 배경
• 전 세계 100개 이상 국가가 넷제로(Net-Zero) 목표를 설정함.
• 석유와 가스는 여전히 주요 에너지원이며, 탄소 배출 저감을 위한 기술혁신이 요구됨.
• 인공지능, 재생에너지, 수소, CCUS(탄소 포집·활용·저장)가 석유 및 가스 산업의 주요 전환 기술로 주목됨.
• 수소는 정유 공정에서 핵심 역할을 하며, 장기적인 탄소 감축 해결책으로 부상함.
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2. 업스트림 부문에서의 수소의 역할
2.1 지하 수소 생산 (Subsurface Hydrogen Production)
• 지하 가스화(UCG, In-situ Gasification) 기술을 통해 석탄이나 오일샌드로부터 수소를 생산할 수 있음.
• 캐나다 알버타의 오일샌드 현장에서 파일럿 실험이 진행되었으며, 생성된 합성가스의 약 15~20%가 수소임.
• 장점:
• 온실가스 배출량 감소
• 물 사용 절감
• 중금속 및 황 잔류물 지하 격리
2.2 원유 생산 연료로서의 수소
• 수소를 이용해 정제소에서의 고온 증기 생성, 열 회수, 운송 트럭 연료로 활용 가능.
• 천연가스 대체 연료로서 CO₂ 배출을 5kg/bbl 감소 가능.
• 오일샌드 증기 생성 시 수소 사용 시 76%의 CO₂ 감축 가능성 제시됨.
2.3 자연 수소 탐사
• 전 세계 지질구조 내 존재하는 천연 수소 자원이 주목됨.
• 예: 중국, 캐나다, 미국, 오만, 러시아, 일본 등에서 발견.
• 전통적인 석유 탐사 기술을 활용한 천연 수소 상용화 가능성 검토 중.
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3. 미드스트림 부문에서의 수소의 역할
3.1 지하 수소 저장 (Underground Hydrogen Storage)
• 저장 장소: 소금 공동, 고갈된 가스전, 염수층 등.
• 수소 저장은 재생에너지의 간헐성을 완화하고, 대규모 수요 대응 가능.
• 유럽 중심으로 다양한 프로젝트가 운영 및 계획 중.
3.2 파이프라인 수송 (Pipeline Transportation)
• 기존 천연가스 파이프라인에 수소 혼합(최대 20% 혼입)이 비용효율적인 수송 수단으로 부상.
• 순수 수소 수송은 배관 재질 개선 등 추가 인프라 요구됨.
• 수소는 트럭, 철도, 해양 운송 연료로도 활용 가능.
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4. 다운스트림 부문에서의 수소의 역할
4.1 폐수 및 해수 기반 수소 생산
• 석유 생산 시 발생하는 오일필드 폐수를 정화하여 수소 생산에 활용.
• 지열, 태양광, 풍력 에너지를 활용한 전기분해 수소 생산 가능.
• 해수 담수화 + PEM 전해조 기술로 해상 플랫폼에서 수소 생산 가능.
• 해상 풍력과 결합한 다양한 수소 생산 방식(중앙집중형, 분산형, 해상 집중형)이 검토되고 있음.
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5. 도전과제와 전망
• 생산 비용: 청색 수소(화석연료 + CCUS)는 $1.5–3.6/kg, 녹색 수소(재생에너지 전기분해)는 $3.4–12/kg로 고비용.
• 정책 지원 부족, 수소 누출과 같은 환경 안전성 우려 존재.
• 기술 혁신과 인프라 공유, 세금 인센티브가 에너지 전환 가속화에 필수적.
• 수소 경제를 위한 글로벌 무역 프레임워크와 사회적 수용성 확보 필요.
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6. 결론
• 석유 및 가스 기업은 수소와 재생에너지로 활동 영역을 다변화해야 함.
• 지하 수소 생산 및 저장, 파이프라인 수송, 폐수 기반 수소 생산, 해상 풍력 결합 방식은 수소 기반 에너지 전환을 가능케 함.
• 인프라 활용과 정책적 지원, 기술적 안전성을 확보한다면 수소는 석유·가스 산업의 지속가능한 미래를 견인할 수 있음.
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출처
• Zhang, K., He, L., Jiang, L., et al. (2024). The role of hydrogen in the energy transition of the oil and gas industry.
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