(a) Regional offshore wind capacity and utilization illustrated through donut charts, alongside state-wise annual serviceable consumption potential of hydrogen presented in a bubble chart, with bubbles grouped by regions/hubs. Figure highlights the availability of adequate offshore wind capacity across regions for hydrogen production. (b) The sectoral split of serviceable consumption potential of hydrogen in US states shows varied use cases across regions, with conventional applications like refineries and ammonia dominating demand in the Gulf of Mexico region, while emerging decarbonization applications contribute to increased demand share in other regions. Credit: Energy & Environmental Science (2024). DOI: 10.1039/D4EE01460J
미국이 비용 효율적이고 환경 친화적인 방식으로 수소 생산을 확대하는 데 중대한 도전에 직면함에 따라, 코넬의 새로운 연구는 해상 풍력 에너지를 활용하여 미래 수소 수요의 최대 75%를 충족하기 위한 전략을 설명합니다.
수소에 대한 수요는 향후 수십 년 동안 크게 증가할 것으로 예상되며, 수소가 "녹색"으로 간주되기 위해서는 화석 연료가 아닌 해상 풍력 터빈과 같은 재생 가능 에너지원에서 생산하는 것이 필수적입니다.
그러나 에너지 및 환경 과학 저널에 발표된 코넬 대학의 연구에 따르면 국가 사용 가능한 수소 소비 잠재력의 75%를 생산하려면 0.96테라와트의 해상 풍력 발전 용량이 필요합니다.
그렇게 많은 용량을 설치하려면 미국이 해상 풍력 에너지 사용을 급격히 늘려 기술 자원 잠재력의 1%만 사용하는 것에서 22% 이상으로 크게 늘려야 합니다.
코넬 앳킨슨 지속가능성 센터(Cornell Atkinson Center for Sustainability)의 선임 연구원이기도 한 펑치 유(Fengqi You)는 "이는 해상 풍력 에너지 생산의 엄청난 증가이지만, 이러한 접근 방식을 추구하는 것은 미국이 중요한 에너지 부문의 성장을 촉진할 수 있는 기회를 제공할 뿐만 아니라 국내 대규모 재생 에너지 인프라 개발로 인한 잠재적인 토지 및 물 사용 문제를 피할 수 있는 기회를 제공할 것"이라고 말했습니다.
이 연구는 최적화 프레임워크, 수명 주기 평가 및 다중 스케일 공간 분석을 사용하여 해상 풍력 기반 수소 생산의 경제적 및 환경적 영향을 분석하는 포괄적인 접근 방식을 취합니다. 액화 수소와 압축 기체 수소의 두 가지 공급 방법을 검사하는 동시에 풍속 데이터와 주 수준의 수소 수요를 비롯한 여러 매개변수를 통합합니다.
Balaji는 "파이프라인을 통해 압축 기체 수소를 운송하는 것이 액화 수소를 운송하는 것보다 분명한 경제적, 환경적 이점을 제공한다는 것이 중요한 발견"이라고 말했습니다.
"수소를 섭씨 -253도까지 액화하는 데 필요한 비용과 에너지로 인해 액화 수소 경로는 매우 비쌉니다. 그러나 이 방법은 광범위한 파이프라인 인프라를 구축하는 것이 엄청난 도전이 될 수 있으므로 여전히 고려할 가치가 있습니다."
이 연구는 또한 2023년에 발표된 미국 에너지부(U.S. Department of Energy)의 지역 청정 수소 허브(Regional Clean Hydrogen Hubs) 프로그램과 광범위하게 일치하는 지리적 지역으로 밀집된 주인 '해양 수소 허브'를 개념화합니다.
You에 따르면 허브는 청정 수소의 생산, 저장 및 최종 사용에 필요한 인프라로 구성되며, 시설 위치를 최적화하고 공유 인프라를 통해 최대 30%의 비용 절감 효과를 제공합니다.
"동부 해안은 높은 풍속, 상당한 지역 수요, 풍부한 잉여 잠재력 및 유럽 시장의 수소 순 수입업자에게 서비스를 제공하기 위한 수출 지향적 시설 구축에 대한 유망한 전망으로 인해 해상 풍력 기반 그린 수소 생산의 주요 관심 지역으로 부상하고 있습니다."
이 연구의 최적 경로를 사용하면 해상에서 수소를 생산하는 데 1kg당 2.50달러에서 7.00달러 사이의 비용이 들 수 있으며, 온실가스 배출량은 이산화탄소 환산 기준인 4kg보다 훨씬 낮을 수 있습니다. 이로써 그린수소는 인플레이션 감축법(Inflation Reduction Act)에 따른 생산세액공제를 받을 수 있게 돼 시장 경쟁력이 더욱 높아졌다고 유 대표는 설명했습니다.
그러면서 "탄소가격제와 같은 추가적인 지원정책이 중요할 것"이라고 덧붙였습니다. "예를 들어, 100년 된 존스 법(Jones Act)은 국내에서 건조되고 유인된 선박을 요구함으로써 해양 프로젝트를 복잡하게 만들고 있지만, 2020년 현재 미국 국적 선박은 바다에서 터빈 조립과 같은 작업을 수행할 수 없습니다. 우리의 연구는 업계의 성장에 대한 이러한 실질적인 문제를 해결하기 위한 유연한 정책의 중요성에 대해 논의합니다."
이상의 기사는 2024년 8월 7일 TechXplore에 게재된 “Green hydrogen study highlights strategies for offshore production”제목의 기사 내용을 편집하여 작성하였습니다.
* 원문정보 출처 : Green hydrogen study highlights strategies for offshore production (techxplore.com)
* 추가정보 출처 : Sailing towards sustainability: offshore wind's green hydrogen potential for decarbonization in coastal USA - Energy & Environmental Science (RSC Publishing)
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