수소 수요 증가를 충족하는 데 있어 중요한 자동화의 역할


<사진> 대체 연료 및 연소 응용 분야의 비즈니스 개발 관리자 니콜라스 마르티 (Nicolas Marti)

 

 
“미국에 기반을 둔 연료전지 및 수소에너지 협회 연구에 따르면, 현재 유럽의 에너지 믹스에서 수소가 차지하는 비율은 2%지만 2050년까지 14%로 증가할 것으로 예상된다.”
대체 연료 및 연소 응용 분야의 비즈니스 개발 관리자 니콜라스 마르티(Nicolas Marti)가 급격히 확장되고 있는 수소 연료 공급망의 난관을 해결하는 데 에머슨의 자동화 기술이 어떻게 도움이 될 것인 지에 관해 설명한다.

수소는 미래의 연료이자 유럽의 그린 딜과 청정에너지 전환 목표 달성을 위한 핵심 원동력으로 부상하고 있다. 미국에 기반을 둔 연료전지 및 수소에너지 협회 연구에 따르면 현재 유럽의 에너지 믹스에서 수소가 차지하는 비율은 2%지만 2050년까지 14%로 증가할 것으로 예상된다. 이렇게 늘어나는 수요에 부응하기 위해서는 대규모 생산 공장들과 유통 네트워크 개선 등 새로운 인프라가 필요하다. 유럽연합 집행위원회에 따르면, 2030년까지 수소 생산 역량을 40GW로 늘리기 위해 전해조에 130억 ~ 150억 유로가 투자될 전망이다.
에머슨은 유럽청정수소연맹(European Clean Hydrogen Alliance)의 회원으로서 생산 확대, 안전하고 저렴한 유통, 안정적인 연료 전지 가동의 필요성 등 수소 연료 공급망 전반에 걸쳐 직면할 수 있는 난관에 대한 솔루션 제공을 위해 노력하고 있다.
소규모 단일 모듈이나 기가 와트 플랜트를 위한 혁신적인 생산 솔루션 개발 역시 어려울 수 있다. 고순도 수소를 효율적이고 안정적이며 안전하게 생산할 수 있는 장비가 필요하다. 스키드와 공정 장비의 경우 다양한 공급업체들의 수많은 제품을 통합해야 하므로 프로젝트가 지체될 수 있다. 플랜트가 가동되면 장비의 수명 주기 동안 작업자의 지속적인 관리가 필요하다.
에머슨은 수소 생산과 관련된 고유 프로세스 및 현장의 전반적인 안전 요구 사항에 대해 이해하고 있다. 에머슨은 OEM 및 EPC가 이용할 수 있는 가장 포괄적인 측정 및 제어 기술을 보유하고 있기 때문에 관련 공급업체 수를 줄여 프로젝트의 위험을 최소화할 수 있다. 또한, 에머슨의 디지털 솔루션은 장비와 관련된 이해관계자들을 위한 데이터 분석을 제공해 효과적인 원격 성능 모니터링 및 지원을 보장한다.
부상하고 있는 수소 산업이 직면한 또 다른 난관은 전해조 OEM 제조 공장의 추가 비용 절감과 연간 최대 기가 와트 규모를 달성하는 양방향으로 동시에 확대해야 한다는 점이다. 수소 프로젝트는 점차 확대되면서 주변 보조 기기(BoP) 프로세스에 더욱 최적화된 설계 기회를 도출하고 있다. 이런 측면에서 에머슨의 디지털 트윈 기술이 판도를 바꿀 수 있는 잠재력을 가지고 있음이 입증되고 있다. 디지털 트윈 기술을 통해 BoP 공정을 비롯한 생산 시설 전반적으로 물리적 자산에 대한 가상 복제본을 제공함으로써 최적화된 설계를 검증하고 안전을 보장하는 것은 물론 전반적인 공장의 수명 주기 성능을 개선할 수 있다.

 

디지털 트윈 기술은 프로젝트 일정, 비용 및 위험에 큰 영향을 미칠 수 있지만, 작동 및 설치 자격 검증에 걸리는 시간을 단축하고 시운전을 하기 전에 미리 문제를 식별하고 해결하는 데 도움을 줄 수 있다. 운영자 교육은 더욱 신속하게 시작할 수 있도록 지원하는 안전한 오프라인 가상 환경에서 간소화될 수 있다. 또한 규정 준수 및 안전 승인을 위해 필수적인 것으로 입증되었기 때문에 공정 제어 시스템 및 운영 절차를 비용 효율적으로 검증하고 국제 표준을 준수하는 제품을 생산할 수 있도록 보장한다.
유럽 수소 백본 프로젝트(Europe Hydrogen Backbone Project)는 2030년까지 6,800km의 파이프라인 네트워크를 구축해 효율적인 비용으로 수소를 운반하는 것을 목표로 한다. 파이프라인, 압축기, 저압 극저온 액체 저장 탱크, 탱커 트럭 및 기체 튜브 트레일러 모두의 경우에 최대 1,000bar의 고압, 섭씨 영하 50도에서 영상 80도까지의 광범위한 작동 온도 등 해당 응용 분야 고유의 요구 사항을 준수하기 위해서는 특수 기술이 필요하다. 에머슨의 포괄적인 가스 분석기 포트폴리오, 감압 밸브, 가스 주입 스키드, 계량 및 제어 기술은 안전하고 신뢰할 수 있는 수소 저장, 일관적인 압축기와 주입 성능, 재정 측정 애플리케이션의 성능을 보장한다. 예를 들어, Micro Motion™ Coriolis 질량 유량계는 가스 상거래용 애플리케이션에서 요구하는 높은 정확도와 턴다운 역량을 제공하며, 에머슨의 소형 독립형 DeltaV™ PK Controller는 스키드 장치 및 수소 저장, 파이프라인 관리, 트럭 적재 및 하역과 같은 공정 제어 애플리케이션을 위해 더욱 신속한 로직을 실행할 수 있다.
2025년까지 전 세계 연료 보급소의 수가 1,500여 개로 늘어날 전망이며, 수소 연료 공급은 연료 전지 전기 자동차 성공에 매우 중요한 역할을 할 것이다. 연료 보급소 운영자는 신속하고 안전하게 적정량의 연료를 공급해야 하며 SAE J2601 연료 공급 프로토콜은 자동차 충전 시 안전을 보장하는 동시에 연료 공급 성능을 극대화한다. 에머슨은 연료 보급소를 위해 설계된 포괄적인 통합 기술도 제공한다.

 

 

에머슨의 Micro Motion Coriolis 유량계는 디스펜서 내에서 탁월한 질량 유량 정확도를 보장한다. 또한, TESCOM™ 전기공압식 제어기 및 조절기는 수소 공급 시 정확한 압력을 제어하며, 소형 공기 작동 밸브(2021년 여름까지 전기화 예정)가 안전 차단 시스템으로 작동한다.
에지 역량이 통합된 에머슨의 PACSystems RX3i 컨트롤러는 연료 보급소 운영자 및 수소 공급업체를 위해 진단 및 프로세스 데이터를 분석하고 시각화해 연료 보급소를 완벽하게 제어한다. 이러한 장치들은 안전하고 신뢰할 수 있는 연료 적재/하역 및 분배를 보장하며, 외부 통신은 공급망 물류를 단순화한다. 에머슨의 초음파 가스 누출 감지 시스템은 안전 강화를 위해 연료 보급소의 실외 환경에서 가압 가스 방출로 인한 초음파가 발생하지 않는지 광범위한 영역을 지속해서  모니터링한다.
심하게 오염되었던 기존의 탄소 연료와 화학 배터리 전원을 수소 구동 자동차, 상용 자동차, 드론 및 지게차가 대체하고 있다. 연료 전지 제조업체는 수명을 연장하고 신뢰도를 높이는 고출력 밀도 시스템을 제작할 예정이다. 에머슨은 PEMFC, PAFC, SOFC 및 MCFC를 포함하는 모든 연료 전지 유형에 대해 안정적인 작동을 할 수 있는 다양한 제품을 보유하고 있다. 에머슨은 높은 신뢰도를 보장하는 ASCO™ 유량 제어부터 소형 경량 압력 조절기, 개선된 안전 폴리에스터 정션 박스 및 내화성 케이블 글랜드에 이르기까지 연료 전지 전력 시스템을 위한 우수한 솔루션을 제공하며 안정적인 압력 조절, 안전한 분배, 처리와 장비 간 연결을 확보해 연료 전지 시스템 고장 위험을 줄인다.
수소와 연료 전지 기술의 성장은 환경과 에너지 안보에 큰 영향을 미칠 것이며 자동화 기술 또한 중요한 역할을 할 것이므로 에머슨과의 파트너십은 지속적인 성공을 보장한다.