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[전문가 칼럼] 지속 가능한 수소 경제를 실현하는 디지털 기술

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2021년 1월에 열린 다보스 세계경제포럼의 의제로 빌 게이츠는 신뢰할 수 있는 글로벌 탄소 시장을 조성해야 한다고 말했는데, 이는 막대한 자본을 저탄소 분야로 전환해야 한다는 의견에 힘을 더할 것이다. 빌 게이츠는 특히 수소 경제와 탄소 포집 및 에너지 저장뿐만 아니라 ‘녹색 프리미엄(Green Premiums)’ 그리고 스케일링 및 투자로 신기술 경제를 창출해야 할 필요성에 대해 언급했다.

 

에너지 전환은 에너지 밸류 체인 전반에 걸쳐 경제에 지속적으로 영향을 미친다. 하지만 풍력이나 태양광 발전과 같은 재생에너지의 잠재력은 지리적으로 불균등한 측면이 있다(그림 1 참조). 일례로 아시아의 대다수 지역은 필요한 에너지를 공급할 수 있을 만큼의 태양열이나 풍력의 생산이 가능한 지역에 대한 접근이 제한돼 어려움을 겪고 있다.

 

반면, 수소는 세계 에너지 수요의 상당 부분을 충당할 수 있을 뿐만 아니라, 무탄소 상태로 생성될 수 있다. 여러 어려움에도 수소 경제는 빠른 성장세를 보이고 있을 뿐만 아니라, 몇몇 지역에서는 탄소 제로화를 실현할 주요 대안으로 보고 있다.

 

세계가 주목하는 수소

 

아스펜테크가 2021년 6월 약 340개 글로벌 기업을 대상으로 설문조사를 진행한 결과, 응답자의 65%가 온실 가스 배출을 해결할 솔루션으로 향후 5년 내에 수소에 투자할 계획이라고 답했다. 응답한 기업의 3분의 2가 수소로 전환할 계획이라고 답했지만 그 접근 방식에는 확연한 차이가 있다.

 

저명한 탄소 저감 전문가인 프린스턴 대학교의 로버트 소콜로우는 새로운 수소 경제로 이동하는 이러한 현상을 두고 ‘컬러 전쟁(Colour Wars)’이라고 표현한다. 일례로 기업 중 56%는 그린 수소로, 49%는 블루 수소로 전환할 계획이며, 25%는 그레이 수소로 이미 전환한 상태이다(참고: 이중 일부 기업은 여러 개의 이니셔티브를 계획 중이기 때문에 그린/블루/그레이 수소에 참여하는 비율의 총합이 100%가 되지 않을 수 있음). 지속 가능한 투자 커뮤니티는 주로 재생 에너지만을 이용해 전기 분해 수소 합성을 하는 그린 수소 접근방식을 추진하고 있다.

 

하지만 그린 수소 접근방식은 얼마나 빨리 그리고 많이 확장될 수 있을까? 2021년 11월 열린 ADIPEC에서 에너지 전문가인 다니엘 예긴은, 그린 수소가 “그린 분자의 가용성에 의해 제약을 받을 수 있다”고 경고했다. 다시 말해 재생 에너지의 가용성에 좌우된다는 것이다.

 

중국은 그린 수소에 적극 투자하겠다고 표명한 바 있다. 유럽의 규제 기관을 비롯한 다수의 에너지 실용주의자들은 블루 수소 접근방식을 추진하고 있는데, 이는 연도(Flue) 가스의 탄소를 포집한 뒤 개질 공정(Reforming Processes)이라고 알려진 방법을 거쳐 생성된 수소이다. 현재 호주나 한국과 같은 국가에서도 추진하고 있는 방식이다. 아시아 지역의 페트로나스나 릴라이언스 같은 기업이 그린 수소와 블루 수소 이니셔티브를 추진 중이다.

 

전반적으로 수소는 타임-투-마켓(time-to-market)이라는 추진 요소를 가진, 확장성 있는 경제 혁신 게임으로 보아야 한다. 대부분의 민첩한 기업들은 저비용과 마찰이 없는 스케일링이라는 관점에서 수소를 성공 가능한 시장으로 평가한다.

 

디지털 기술을 통한 수소 투자 극대화

 

소프트웨어는 전략적 자산이다. 스마트 기업들은 수소 경제를 촉진하기 위한 자본과 자금을 바탕으로 혁신적인 지적 역량과 프로젝트 수행 능력, 산업용 AI가 융합된 디지털 기술이 결합되면 성장과 시장 점유율 확보로 이어질 것이라고 보고 있다. 하지만 아직 극복해야 할 과제가 남아 있으며, 본질적으로 미션 크리티컬한 특성을 갖는 디지털 기술 안에 묘책이 숨어 있다.

 

첫째, 수소 경제 시스템의 위험을 해소해야 한다. 그러기 위해서는 전면적인 시스템 뷰를 확보하는 것이 중요한다. 여기에는 재생 에너지를 통한 수소 생산, 탄소 포집, 수소 저장 및 수송, 그리고 수소 최종 사용을 지원하는 그린/블루 수소의 생산이 포함된다. 시스템으로서 성공하기 위해서는 각 요소의 규모를 확장해야 한다. 긴밀한 제휴와 합작 투자 외에도 시스템 내 취약점을 해결할 정량적 접근법이 필요하다. 실제로 대량의 지적 자본과 금융 자본을 적용하여 시스템 전반에 걸친 전면적인 리스크 모델링을 구축해야 한다(아스펜테크는 이러한 전면적인 수소 템플릿 모델 접근방식을 개발 중이다).

 

둘째, 디지털 기술을 이용하면 재생 가능 전력의 경제성을 수소 전기 분해 시스템으로 개선할 수 있다. 전기 분해 기술이 효과가 있고 프로젝트가 개시되긴 했지만, 관련 경제는 아직도 기존의 에너지 자원에 필적하지 못하고 있다. 경제 모델과 결합된 엄밀한 AI 지원 모델은 기술 혁신가들이 새로운 차원의 경제/기술적 돌파구에 도달하기 위한 노력을 가속화하고 배가시킬 수 있다. 이를 위해서는 재생에너지, 전력 저장 및 수소 합성을 풍력과 태양광의 확률적 가변성에 따라 최적화할 수 있는 하나의 시스템으로 파악해야 한다. 2021년 11월에 열린 ADIPEC에서 티센 크루프(Thyssen Krupp)의 CEO 사미 펠코넨은 2030년이면 그린 수소가 블루 수소와 경제적으로 동등한 수준에 도달할 것이라고 예측했다. 이것이 과연 실현 가능한 이야기이고, 이를 앞당길 수 있을까?

 

셋째, 탄소 포집과 함께 개질 공정의 효율성과 경제성을 개선해야 한다. 기술은 우수한 에너지 효율성을 바탕으로, 생성된 이산화탄소를 더 많이 포집하여 제거해야 한다. 엄격한 예측 모델과 최적화 기술은 블루 수소의 진전과 결과를 가속화하는 핵심 디지털 요소로, 아직 성숙기에 접어들지 않은 탄소 포집 프로세스와 잘 알려진 수소 합성 프로세스를 추가 통합하는 과정을 포함한다.

 

넷째, 안전한 수소 취급과 운반을 앞당길 필요가 있다. 이를 위해서는 극저온 수소를 보다 간편하고 안전하게 생산해야 하며, 운반체인 암모니아의 사용을 간소화해야 한다. 또한, AI와 엔지니어링 전문 지식을 결합한 하이브리드 모델 구축을 가속화하고 확장하는 것도 매우 중요하다. 디지털 기술은 안전과 관련된 위험을 파악해 제거하고, 안전한 작동 파라미터 내에서 시스템이 운영되도록 제어하는 데 일조하고 있다.

 

다섯째, 디지털 기술은 연료 전지 경제를 활성화할 수 있다. 제조업체는 고급 데이터 분석과 하이브리드 모델을 온라인 환경에 도입함으로써 여러 세대를 거쳐 온 연료 전지 설계로부터 학습해 경제 발전을 촉진할 수 있다.

 

수소 경제와 에너지 전환

 

기업들이 산업 규모의 수소 생산 및 탄소 포집 기술로 에너지 전환 리더십을 달성하기 위해서는 독보적 수준의 혁신과 창의성, 민첩성, 수행 능력이 필요할 것이다.

 

디지털 기술은 출시 기간, 생산 비용, 위험 완화뿐만 아니라 고객 만족과 같은 영역에서도 부가가치를 창출할 수 있다. 시장 출시 기간의 경우, 혁신과 옵셔니어링(Optioneering), 콘셉트 선정, 자본 투자 의사결정에 소요되는 시간을 최대 50%(또는 6~12개월)까지 단축해야 한다.

 

기업은 또한 시각적 추정을 통해 자본 비용을 절감하고, 최적화된 설계를 통해 에너지와 수자원 사용을 줄임으로써 운영비용을 절감하며, 신규 시설과 기존 시설을 효과적으로 통합하는 데에 신기술을 결합할 수 있다. 이를 위해서는 AI와 분석을 활용해 위험을 줄이는 동시에, 가동시간과 안전성 및 신뢰성을 높여야 한다.

 

마지막으로, 운영 우수성을 달성하기 위해서는 공급망의 민첩성과 탄력성을 극대화해 고객 만족도를 확보하는 것이 관건이다. 에너지 전환 과정은 복잡하기 때문에 기업 자산 전반에 걸쳐 무수히 많은 목표를 조율하는 동시에 데이터 기반의 정량적 접근방식을 취해야 한다. 이러한 균형을 잡는 데 디지털화와 산업 AI가 중요한 역할을 할 것이다.

 

론 벡 아스펜테크 디렉터

로렌스 응, 아스펜테크 아시아태평양 및 일본지역 세일즈 부사장

문혜진, 아스펜테크 수석 솔루션 컨설턴트



















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