잉여에너지의 새로운 활용, Power To X(P2X)
전 세계적으로 주목받고 있는 Power To X(P2X)에 대해 알아보려 합니다.
전 세계는 현재 화석연료 고갈과 화석연료의 사용으로 인한 지구온난화로 극심한 고통을 앓고 있습니다. 그렇기에 전 세계는 화석연료의 대체 에너지를 찾는 노력을 하였으며 신재생에너지가 등장하게 되었습니다. 신재생에너지란 햇빛, 물, 강수, 생물유기체 등을 포함하여 재생이 가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 것을 말합니다.
재생에너지에는 태양광, 풍력, 수력 등이 있고 신에너지에는 연료전지, 수소에너지 등이 있습니다. 신재생에너지에는 다양한 장점이 있지만 치명적인 단점이 있는데요. 바로 간헐성입니다. 간헐성이란 태양광, 풍력 등 주요한 재생에너지 자원을 통해 전기 생산을 할 때 날씨 등 외부 요인에 따라 좌우되는 특성을 말합니다. 이 간헐성은 신재생에너지의 보급의 큰 걸림돌이 되고 있습니다.
Power To X(P2X)란
이를 보완하기 위해 잉여에너지를 다른 형태의 연료, 에너지 등으로 저장하는 Power To X(P2X) 방식이 생겨났습니다. 여기서 Power To X란 전기에너지를 기타 합성 연료 형태로 저장하는 방식인데요. 이때 저장 가능한 합성 연료로는 수소, 메탄 등과 같은 기체 연료와 메탄올, 경유 등과 같은 액체 연료, 그리고 암모니아, 포름산, 옥살산, 디메틸에테르, 에틸렌글리콜과 같은 유용 화학제품 등이 있습니다.
또한 Power To X에서 'X'는 무한한 가능성이 있는 단어인데요. 에너지가 전환되고 저장되는 형태에 따라 Power To ammonia, gas, heat, hydrogen, liquid 등 다양한 용어로 불릴 수 있습니다. 이처럼 다양한 에너지 전환 형태 중 가스 형태로 저장되는 P2G와 열에너지로 저장하는 P2H에 대해 설명해보겠습니다.
P2G ; Power To Gas란
P2G는 태양광이나 풍력으로 얻은 전기를 이용하여 수소 또는 메탄 등의 연료를 생성하고 저장하는 기술입니다. 물을 전기 분해해 수소를 생산·저장하거나 이 수소를 이산화탄소와 반응시켜 생성된 메탄을 저장하는 기술이죠. 메탄을 생산할 경우 이산화탄소를 사용하기 때문에 지구온난화의 주범인 온실가스, 이산화탄소를 천연가스로 전환한다는 측면에서 친환경적인 기술로 주목받고 있습니다.
P2G의 핵심 기술로는 수전해 기술과 이산화탄소 메탄화 기술이 있습니다. 수전해 기술은 남는 전력을 이용해 물을 전기 분해해서 수소를 생산하는 기술입니다. 이 기술의 생산과정에서는 공해물질의 배출이 없을 뿐더러 수전해를 통해 생산된 수소 연료는 이용 후에도 기타 오염물질이 나오지 않고 물로 변환되어 친환경 연료라고 할 수 있습니다. 전해질의 종류 및 전기분해 방식에 따라 알칼리 수전 해법, 고분자 전해질 수전 해법, 고온 수증기 수전 해법 등으로 구분됩니다.
이산화탄소 메탄화
이산화탄소 메탄화 기술은 수전해 기술로 만든 수소를 이산화탄소와 반응시켜 천연가스의 주성분인 메탄으로 만들어 저장하는 기술입니다. 이산화탄소 메탄화는 천연가스가 쓰이는 도시가스 등에 바로 사용할 수 있고, 화력발전 등에서 발생하는 이산화탄소를 다시 연료로 전환할 수 있어 친환경적인 기술이라고 할 수 있습니다.
P2X의 다른 형태인 P2H는 전기보일러, 히트펌프 등을 활용해 재생에너지 잉여전력을 열부분으로 연계하여 열에너지를 지역난방 사용자에게 공급하거나 저장하는 것을 말합니다. 이는 기존 화석연료를 활용하는 것보다 탄소 배출량이 저감되며 효율도 훨씬 높은 것으로 나타났습니다. 또한 전력시장 가격 신호에 따라 잉여전력을 이용해 열로 변환하며, 재생에너지와 집단에너지의 유연성 향상을 위한 전기보일러 제어기술이 개발돼 더욱더 관심을 끌고 있습니다.
공장 시설
신재생에너지의 선두주자인 덴마크는 에너지 녹색전환을 목적으로 시작된 유클란트 지역의 세 번째 수소생산 프로젝트를 진행하고 있습니다. 덴마크는 다가오는 2025년까지 350MW 규모의 수전해와 20만 MWh 수소 저장고, 320MW 압축 공기 에너지 저장 시설을 구축해 세계 최대 녹색 수소생산 공장을 만들겠다고 밝혔습니다.
재생에너지를 공기 압축 및 저장하여 터빈 발전을 하는 방안과 재생에너지를 수전해 기술을 사용하여 난방, 산업 모빌리티에 활용하는 방안을 통해 궁극적으로 산업용 수소 소비자를 포함, 완전한 P2X 가치사슬을 구축하는 것을 목표로 하고 있습니다. 우리나라 또한 P2X 기술개발 사업에 다양한 투자를 하고 있습니다. 19년도 예산안에 54억 1000만 원을 편성하였으며 21년까지 수소생산, 수소저장, 메탄화 등 핵심기술을 개발하고, 23년까지 MW급 실증 플랜트를 구축할 계획입니다 .
아직은 재생에너지의 활용 비율이 낮지만 매년 증가하는 잉여전력을 활용하기 위해서는 P2X의 도입이 시급하다고 생각합니다.
《참고문헌》
재생E 잉여전역, 열로 활용한다
https://www.todayenergy.kr/news/articleView.html?idxno=233016
ESS만이 답이 아니었다? 재생에너지 불안정성의 돌파구, p2x기술
https://renewableenergyfollowers.tistory.com/3276
잉여에너지, 놀면 뭐하니?
https://blog.naver.com/kogasblog/222269171472
신재생에너지 간헐성이 뭐길래
https://www.electimes.com/article.php?aid=1502752338147252005
신재생에너지로 수소를 생산한다? P2G에너지 저장 기술
https://blog.naver.com/komipo_official/222057377024
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