유럽의 깨끗한 에너지 수요 충족을 위해 해상 풍력 에너지를 수소로 전환하는 방법
유럽의 깨끗한 에너지 수요 충족을 위한 해상 풍력 에너지 수소화 방법
수소는, 적어도 은색 총알이 아니더라도, 세계의 에너지원 탄소 배출을 줄이는 핵심 구성 요소로 환영받고 있습니다. 그리고 당연한 이야기이기도 합니다 – 수소를 연소시키면 온실 가스 배출이 전혀 없습니다. 그러나 재생 수소 경제로의 전환은 먼저 상당한 어려움의 목록을 극복해야만 합니다.
재생 가능한 에너지를 사용하여 물의 전해로 생산되는 이른바 녹색 수소는 현재 전 세계 생산의 약 1%만 차지하고 있습니다. 또한 화석 연료원에서 생산되는 회색 수소에 비해 약 3배나 비용이 높습니다.
녹색 수소를 대규모로 확장하는 퍼즐의 주요 부분 중 하나는 대량의 재생 에너지와 물에 액세스하는 것입니다. 해상 풍력-수소, 즉 높은 용량 요소를 가진 부유식 풍력 터빈이 해수를 이용하는 전해기에 연결되는 방식으로 완전히 해상에서 수소를 생산합니다.
재생 수소 생산업체인 Lhyfe의 해상 프로젝트 매니저인 스테판 르 베레는 TNW에 말하였습니다. “해상 [풍력발전소] 사이트를 배치하는 것은 사실 해상에서의 에너지 변환 및 케이블을 육지로 전달하는 것이 복잡하고 비용이 많이 듭니다.” 그는 또한 최근 대규모 프로젝트의 경우 이 부분만으로도 수십억 유로가 소요된다고 덧붙였습니다.
레 베레는 또한 말합니다. “비싼 전기 변전소와 케이블을 필요로 하는 해상 풍력 발전소 개발자들에게 비용을 절감하기 위한 한 가지 해결책은 전기를 수소로 변환하는 수소 생산 공장으로 대체하는 것입니다.” 그리고 수소는 이미 북해에서 유류 및 가스 산업의 공급이 풍부하기 때문에 파이프라인을 통해 수송될 수 있습니다.
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녹색(수소) 유니콘을 향해
매튜 게스네(Matthieu Guesné)가 2017년에 6명의 사람들과 함께 설립한 Lhyfe는 현재 낭트에 본사를 두고 16개 국가에 직원 200명을 고용하고 있습니다. 그는 약 8000만 유로의 자금을 모집하였으며, “녹색 유니콘”이 되는 것이라는 미션을 가지고 있다고 합니다. 그는 가치평가를 기준으로 하지 않고, 방지된 이산화탄소 배출량이 10억 톤에 달하는 것을 목표로 하고 있습니다. Lhyfe는 2021년 2분기부터 운영 중인 부완의 온샤 산업단지에서 하루에 300kg의 녹색 수소를 생산하고 있습니다. 1kg의 수소는 약 3.78L의 휘발유와 동등한 에너지를 생산하며, 연소시 9kg 이상의 이산화탄소를 배출합니다.
Lhyfe가 수소 생산업체가 된 것은 사실 거의 부산물입니다. 사실, 그것은 주로 해양의 산소 고갈 문제에 대응하기 위한 동기부여로부터 생겨났습니다.
전해로 1kg의 수소를 생산할 때, 부산물로서 8kg의 산소가 방출됩니다. Lhyfe는 그것을 바다로 다시 펌핑하여 기후 변화로 인해 교란된 해양 생태계의 균형을 복원하는 데 도움을 줄 수도 있다는 의도를 가지고 있습니다.
레 베레는 말합니다. “Lhyfe를 시작할 때 우리는 경제적으로 운영 가능한 해상 수소를 생산하기 위해서였습니다. 그래서 산소를 바다로 가져갈 수 있게 되었습니다.”
세계 최초의 해상 풍력-수소 시험
지난해 9월, Lhyfe는 세계에서 최초의 해상 재생 수소 생산 시험 사이트를 개장하였습니다. 6월에는 Sealhyfe라는 1MW의 데모 사이트가 최초의 녹색 수소를 생산하였다고 발표하였습니다. (중국 국영 기업 돈팡 전기가 실제 생산에서 Lhyfe를 앞서갔을 수도 있습니다.)
Sealhyfe는 프랑스의 르 크로아식 해안에서 약 20km 떨어진 곳에 위치해 있습니다. 현재 하루에 0.5톤의 수소를 생산하고 있습니다. 이는 SEM-REV 파워허브에 연결되어 있으며, 이는 유럽에서 첫 번째로 설치된 다기술 해상 시험 장소이기도 합니다.
SEM-REV에는 4개의 소켓이 있는 수중 허브가 있습니다. 그 중 하나는 SEM-REV 풍력 터빈에 연결되고, 다른 하나는 사이트를 육지 그리드에 연결하는 케이블에 사용됩니다. 이로써 두 개의 매우 소중한 소켓이 시연 프로젝트에 사용 가능하게 되었으며, 그 중 하나를 통해 Sealhyfe 플랫폼이 풍력 터빈에서 직접 전기를 공급받을 수 있게 되었습니다.
Sealhyfe 전해기는 해상에서 생산 장치를 안정화하기 위해 설계된 부유식 플랫폼에 위치해 있으며, 탈염수를 사용하여 전해 과정을 수행합니다. 1kg의 녹색 수소를 생산하려면 9L의 물이 필요하며, 식수 부족이 앞으로 수십 년 동안 상당히 증가할 것으로 예상되기 때문에, 이것은 바다에서 생산 사이트를 위치시키는 주요한 주장 중 하나입니다.
Lhyfe는 SEM-REV 허브와의 연결을 해제해야 할 시한이 내년 5월까지 있습니다. 그때까지 기술이 작동하는 것뿐만 아니라 대서양의 가혹한 겨울 조건에도 견딜 수 있는지 증명하기를 희망합니다.
수소 HOPE
Sealhyfe에서 얻은 교훈은 향후 오프쇼어 프로젝트에 영향을 미칠 것입니다. 이에는 Lhyfe가 다른 여덟 파트너와 협력하여 조정 중인 전례 없이 대규모인 10MW HOPE도 포함됩니다. 유럽 클린 수소 파트너십 프로그램은 이 프로젝트에 2000만 유로의 보조금을 지원하기로 선택했습니다.
HOPE는 하루에 최대 4톤의 녹색 수소를 생산할 것입니다. Lhyfe는 2026년에 벨기에 해안 외부에서 가동되도록 계획하고 있습니다. 2030년까지 Lhyfe는 총 100MW의 용량을 갖는 여러 개의 10MW 프로젝트를 확대할 계획입니다.
유럽 전역에서 다른 오프쇼어 풍력 수소 생산 프로젝트들이 형성되기 시작하고 있습니다. 그 중 하나는 시멘스 에너지와 시멘스 가메사를 주도로 하는 산업 및 학계 파트너들이 운영하는 H2Mare입니다.
“해상 부지는 유럽과 일본과 같은 인구 밀집 지역이 연안 수요 센터 근처에서 최소한 일부 수소를 생산할 수 있게 할 수 있으며, 이로써 운송 비용을 절감할 수 있습니다.”라고 H2Mare의 프로젝트 코디네이터이자 시멘스 에너지의 해상 수소 프로그램 매니저인 매티아스 뮐러는 말합니다. “또한, 해상에서는 풍속이 일반적으로 높고 안정적이므로 지속적으로 더 많은 출력이 가능합니다.”
시멘스는 이 프로젝트에 1억 2000만 유로를 투자했으며, 완전한 규모의 오프쇼어 시스템을 설치하지는 않고, 개방된 바다의 난파선 상에 테스트 플랫폼과 전해질 시스템의 육상 테스트 설치를 함께 할 것입니다. 이는 오프쇼어 풍력-수소의 재정적 타당성과 최적 구성을 입증하려는 시도입니다.
배터리에서 뒤처진 것에 대한 지혜, 유럽은 수소를 잠들지 않고 추구하다
독일 연방교육연구부는 총 7억 유로의 보조금을 수여받은 세 개의 주요 수소 프로젝트 중 하나로 H2Mare를 선택했습니다. 독일은 2030년에 30MW의 오프쇼어 풍력 발전을 실현하기 위해 북해의 한 지역을 최대 10GW의 용량으로 녹색 수소 생산을 위해 확보했습니다.
그러나 산업은 이러한 포부에 만족하지 않습니다. 5월에 BP, 시멘스 가메사, RWE 및 Lhyfe를 포함한 그룹이 독일 정부에게 공동 호소문을 서명하여, 국가 전략 및 지역개발 계획에 2035년까지 추가로 10GW의 오프쇼어 수소 생산 목표를 추가하도록 요청했습니다.
네덜란드 정부도 오프쇼어 수소 계획을 추진하고 있습니다. 올해 3월에 네덜란드 북부의 와덴 제도 근처에 위치한 지역을 500MW의 풍력-수소 프로젝트를 위해 지정했습니다. 중간 단계로 50MW에서 100MW의 전해 용량을 갖는 작은 파일럿 프로젝트를 개발할 예정입니다.
“유럽은 수소에 대한 베팅을 하고, 수소를 일찍 지원하기 위해 충분히 현명했습니다. 왜냐하면 유럽은 중국의 배터리에 일어난 일로부터 배운 바가 있으며, 유럽이 배터리로 시도한 모든 것들은 중국에 비해 여러 해 지연되었습니다,”라고 Le Berre는 말합니다. “이제, 유럽은 시간을 맞추기 위해 필요한 것을 마련하고, 우리는 중국과 경쟁할 수 있는 경제적으로 효율적이고 기술적으로 경쟁력을 갖추었습니다.”
유럽 위원회는 RePowerEU를 통해 2030년까지 1000만 톤의 녹색 수소 생산을 목표로 설정했으며, 수소 – 국내 생산 및 수입 – 가 그 에너지 혼합물의 14%를 차지할 것으로 예측하고 있습니다.
이 목표를 지원하기 위해, 유럽의 전기분해기를 구축하거나 수소로 구동되는 비행기와 자동차를 개발하여 수요를 창출하는 스타트업들을 위해 2027년까지 InvestEU 프로그램을 통해 3720억 유로를 동원할 의향이 있습니다. 이러한 산업 지원은 유럽의 스타트업들을 앞당겨 세계적인 청정 에너지 미래로 나아갈 수 있을 것입니다.
