(해외환경뉴스) 합성 연료: 태양 연료로 기후를 살린다..'사막에서 나온 합성 연료?'
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(해외환경뉴스) 합성 연료: 태양 연료로 기후를 살린다..'사막에서 나온 합성 연료?'
  • 고현준
  • 승인 2021.06.10 18:06
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Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology, 도로 교통의 CO₂ 감소 위한 세 가지 경로 조사

 

본 기사는 ENN이 전하는 최신 환경뉴스입니다. 앞으로 본지는 ENN은 물론 전세계 환경전문 언론에서 전하는 세계 환경문제도 함께 전달, 보도할 예정입니다. (편집자주)

 

 

합성 연료:태양 연료로 기후를 살린다,

합성 연료는 메탄화 과정으로 생산되고 이에 필요한 이산화탄소(CO₂)와 수소 생산을 위한 물은 대기에서 직접 수집하기 때문에 환경을 개선하고 물이 없는 사막 지역에서도 생산 가능하다.

 

사진: 2030년까지 소매 업체인 Lidl Switzerland사는 화석 천연가스에서 액화 재생 가능 가스로 전환하여 트럭을 운영할 예정. 이미지 : Lidl Schweiz

 

[2021년 6월8일 = ENN] 환경 파괴 없이 지속 가능한 방식으로 생산되는 합성 연료는 이동성(Mobility)을 재생 에너지로 전환하는 데 이바지하며, 도로 교통의 기후 목표 달성에도 이바지한다.

Empa사의 move에서 진행 중인 이 프로젝트는 에너지, 기술 및 경제적 관점에서 글로벌 잠재력을 가지고 있는 합성 메탄 생산에 관해 연구하고 있다.

모빌리티 분석 결과: 모든 차량 중 극히 일부만이 모든 주행 거리 대부분을 차지하며, 무엇보다도 유럽 전역에 상품을 운송하는 장거리 트럭이 큰 비중을 차지한다.

이 트럭들이 화석 에너지로 계속 연료를 사용한다면 도로 교통에서 CO₂ 배출량을 충분히 줄일 수는 없을 것이다. 합성 연료는 이러한 응용 분야에 상당한 이바지를 할 수 있다.

전기를 이용하는 이동성, 수소를 이용하는 이동성 및 합성 연료를 통해 Empa사의 미래 모빌리티 시연 장소인 "move"는 급변하는 에너지 시스템을 배경으로 도로 교통의 CO₂ 감소를 위한 세 가지 경로를 조사하고 있다.

"이러한 모든 개념에는 에너지, 운영 및 경제성 측면에서 장단점이 있다. 이 모든 것을 현명하게 사용하려면 전체 시스템에 대한 더 깊은 이해가 필요하다. "

Empa사의 자동차 파워트레인 기술 연구소 책임자인 Christian Bach는 말하며, "우리는 'move'의 파트너와 함께 실천할 수 있는 지식을 개발하기 위해 노력하고 있다."라고 밝혔다.

최근 프로젝트는 메탄화로 불리는 수소와 CO₂에서 합성 메탄을 생산하는 데 초점을 맞추고 있다.

재생 가능 에너지로 합성된 합성 연료 또는 합성 가스라고 불리는 이러한 연료는 기존 경로를 통해 운송 할 수 있으며 기존 인프라를 통해 사용할 수 있다. 이러한 사실은 재생 가능 에너지에 대한 엄청난 잠재력을 열어주기 때문에 스위스뿐만 아니라 전 세계적으로도 관심이 많다.

 

Empa사에서 개발한 메탄화 공정

메탄화의 기본 화학 공정은 Sabatier 반응으로 100년 이상 알려져 왔다. "move"에서는 Empa사에서 추가로 개발된 또 다른 공정이 사용된다:

이 공정은 수 착 강화 메탄화로 불린다. Empa사의 연구진들은 이 새로운 공정에 대한 공학 개념이 공정 제어를 단순화하고 효율성을 높이며 다양한 운용에 대한 적합성을 높이기를 바라고 있다.

메탄화는 다음과 같이 적용된다: 메탄(CH₄)과 물(H₂O)은 이산화탄소(CO₂)와 수소(H₂)의 촉매 전환으로 생성된다. 물은 기존 공정에 문제를 일으키고 있다.

그러나 이를 제거하려면 일반적으로 연속 메탄화 단계가 필요하며 이 단계 사이에는 응축 영역이 있다. 이는 반응 온도가 높기 때문에 물의 일부가 소위 물-가스 전환이라 불리는 반응으로 다시 수소로 전환된다.

따라서 메탄화 반응의 가스 생성물은 몇 퍼센트의 수소를 포함하고 있어 가스 그리드로 직접 공급되는 것을 방지한다: 수소는 반드시 먼저 제거해야 한다.

 

공기 중의 이산화탄소와 물

메탄화를 위한 CO₂ 와 수소 생산을 위한 물은 ETH사의 자회사인 Climeworks사에서 CO₂ 수집기를 사용하여 대기에서 직접 수집한다. 이 시스템은 주변 공기를 흡입하고 CO₂ 분자는 필터에 부착된 상태로 남아 있게 된다.

약 100°C의 열을 가하면 CO₂ 분자가 필터에서 분리될 수 있다. Empa사의 연구원들은 이 CO₂ 탈착에 필요한 열 최적화에 대한 추가 잠재력을 확인했다.

"수소 생산과 메탄화 모두 지속해서 폐열을 발생시킨다."라고 Bach는 말하며, "현명한 열 관리를 통해 우리는 이 폐열로 CO₂ 수집기에서 필요한 열을 충족시키려고 한다."라고 말했다.

CO₂ 외에도 Climeworks사의 공장에서는 전기 분해 장치에서 수소 생산을 위해 사용되는 주변 공기에서 물을 추출한다. 즉, 사막과 같이 물이 공급되지 않는 지역에서도 이러한 공장을 고려해 볼 수 있다.

기술 및 에너지 측면에 대한 새로운 지식 외에도 합성 메탄의 경제적 효율성에 대한 통찰력은 프로젝트의 주요 목표 중 하나이다.

"이 전체적인 관점을 보장하기 위해 프로젝트 컨소시엄은 전체 가치 체인(value chain, 고객에 대한 제품이나 서비스의 창출 및 관리를 원활히 수행하는 기업 소속원)을 포괄하는 파트너로 구성되며, Empa사의 연구원부터 에너지 공급 업체, 주유소 또는 차량 운영 업체, 기술 및 플랜트 부문의 산업 파트너까지 일컫는다. “라고 Empa사의 이사회 위원이자 "move"의 전략 책임자인 Brigitte Buchmann은 말했다.

이 프로젝트는 취리히주, ETH 이사회, Avenergy Suisse, Migros, Lidl Switzerland, Glattwerk, Armasuisse 및 Swisspower가 지원한다.

 

사막에서 나온 합성 연료?

에너지 시스템을 재생 가능 자원으로 전환할 때 다음과 같은 주요 과제가 있다. 태양이나 바람과 같은 재생 가능 자원이 항상 모든 곳에서 사용 가능한 것은 아니다.

북반구에서는 겨울에는 재생 에너지가 너무 적고 여름에는 너무 많다. 남반구에서는 계절 시기가 정반대이다.

그러나 거의 연속적인 햇빛이 있는 지역도 있으며, 이른바 태양 벨트라고 불리는 이 지역은 지구의 넓은 사막이다.

"세계적인 관점에서 우리는 전 세계적으로 재생 가능 에너지가 너무 적지는 않지만 "단지" 에너지 운송이 문제이다."라고 Christian Bach는 말했다. 합성 에너지 운반자는 이 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있다.

스위스의 전기를 생산하는 소규모 플랜트는 여름에 남는 전기를 활용하고 다양한 에너지 부문을 연결함으로써 국가 에너지 시스템에 귀중한 이바지를 할 수 있다. 그러나 큰 플랜트는 무엇보다도 지구의 태양 벨트에서 잠재력을 최대한 활용할 수 있다.

이것은 간단한 계산으로 설명된다. 스위스의 겨울 동안 수력 발전과 모든 장거리 국내 교통수단으로만 수입된 합성 에너지원으로 충분하지 않은 필요한 에너지 수요를 충당하기 위해 약 700km² 면적의 사막에 태양광 발전소가 필요하다;

즉, 27 x 27km, 또는 사하라 지역의 0.008 %. 생산에 필요한 물과 CO₂는 대기에서 추출 할 수 있다. Bach는 "기존의 무역 구조, 운송 인프라, 표준 및 전문적 지식을 더 많이 활용할 수도 있다."라고 말했다.

그렇다면 "move"에 있는 플랜트가 곧 사막에 있는 기가 와트를 생산하는 플랜트의 모델이 될 수 있지 않을까.

 

BY STEPHAN KÄLIN

 

다음은 ENN과 EMPA가 전하는 뉴스링크입니다.

 

https://www.enn.com/articles/67998-saving-the-climate-with-solar-fuel

 

https://www.empa.ch/web/s604/synthetische-treibstoffe

 

 

본지 객원기자(외신) 이상현 소개

객원기자 이상현(지에프오엔엠㈜ 이사)

 

서울 영동고등학교를 거쳐 미국 Beverly Hills 고등학교를 졸업하고 Parks College of Aviation & Engineering,에서 항공우주공학 석사를 취득했다.

미국의 McDonnell Douglas (현 The Boeing Company)와 NASA와의 연구 협업 및 파견 근무 등 다양한 경력을 거친 후 현재 국내 지에프오엔엠㈜ / 총괄사업 이사로 근무중이다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


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