지속 가능한 폐기물 가스화 및 수소 생산에서 마이크로파 기술의 역할

수소는 유망한 에너지원이지만, 기존의 생산 방식은 종종 지속 가능하지 않습니다. Wood Mackenzie에 따르면 현재 수소 생산의 99.6% 이상이 천연가스 개질(Reforming은 탄화수소 연료(예: 천연가스)에서 수소를 추출하는 공정) 및 석탄 가스화에서 나오며, 이 과정에서 높은 수준의 CO₂가 배출됩니다. 이는 탈탄소화하고 청정 연료로 전환하려는 산업에 큰 도전 과제가 됩니다. 이러한 탄소 집약적인 방식에서 벗어나기 위해, 비용 효율적이고 환경 친화적인 수소 생산 솔루션이 필요합니다.

저탄소 수소에 대한 수요가 증가하고 있으며, Bloomberg NEF에 따르면 지난 2년간 저탄소 수소 기술을 위한 보조금이 전 세계적으로 2800억 달러를 초과했습니다. 이는 기존 수소 생산의 대안으로서 확장 가능하고 깨끗한 기술의 필요성을 반영하며, 마이크로웨이브 기반 메탄 열분해와 같은 기술이 유망한 해결책으로 떠오르고 있습니다.

산업계가 탈탄소화를 지속함에 따라, 수소 및 기타 고부가가치 화학물질 생산에서 마이크로웨이브 보조 공정을 활용하는 것이 매력적인 대안으로 주목받고 있습니다.

 

현재의 수소 생산 방식

수소는 화학 생산, 운송, 철강 제조와 같은 산업을 탈탄소화하는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대되고 있습니다. 그러나 수소 생산 자체가 종종 에너지를 많이 소비하며, 상당한 CO₂ 배출을 유발하는 방식에 크게 의존하고 있습니다. 현재 시장에서 사용되는 수소 생산 방식은 다음과 같습니다:

1. 증기 메탄 개질(SMR) 및 자열 개질(ATR): 이 방법들은 현재 대부분의 수소를 생산하는 데 사용됩니다. SMR과 ATR은 천연가스와 높은 온도를 사용해 수소와 일산화탄소를 생성합니다. 그러나 이러한 공정들은 탄소 포집 및 저장(CCS) 기술과 결합되지 않는 한 상당한 양의 CO₂를 배출합니다. CCS가 적용된 경우에도 현재 SMR 공장은 CO₂ 배출량의 70-80%만 포집하고 있어 개선의 여지가 있습니다.

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2. 전기 분해: 전기 분해는 재생 가능 전기를 사용해 물을 수소와 산소로 분해하여, 재생 가능 에너지를 완전히 사용할 경우 무배출 수소 생산 방법을 제공합니다. 그러나 이 방식은 자본과 에너지가 많이 소모되며, 대규모 재생 가능 전력 인프라가 필요합니다. 또한 전기 분해는 운영 비용이 상당하며, 프로젝트 수명 동안 재생 가능 전력 수요가 전체 비용의 절반 이상을 차지할 수 있습니다.

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3. 메탄 열분해: 메탄 열분해는 더 깨끗하고 에너지 효율적인 대안으로 주목받고 있습니다. 이 방식은 메탄을 분해하여 CO₂ 없이 수소와 고체 탄소를 생성합니다. 재생 가능 에너지로 구동할 경우 메탄 열분해는 순 배출량이 제로이거나 심지어 음수로 달성할 수 있어, 미래의 매력적인 선택지로 떠오르고 있습니다.

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마이크로웨이브 보조 메탄 열분해

메탄 열분해는 일반적으로 메탄 분자를 수소와 탄소로 분해하는 데 많은 열이 필요합니다. 마이크로파 기술은 기존 가열 방식에 혁신적인 대안을 제공하며, 여러 가지 이점을 제공합니다.

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비연소 공정: CO₂ 및 기타 오염 물질을 생성하는 연소 기반 기술과 달리, 마이크로웨이브 보조 메탄 열분해는 마이크로웨이브 에너지를 통해 열을 생성하여 CO₂가 전혀 배출되지 않습니다. 이 공정은 수소와 고체 탄소를 생산하며, CO₂ 포집 인프라가 필요하지 않습니다. 이 공정은 반응기 내의 탄소 입자를 마이크로웨이브로 가열하여 에너지를 흡수하고 메탄을 효율적으로 분해합니다. 필요한 부분에만 열을 집중하고 산소나 물을 사용하지 않기 때문에 전기 분해 대비 수소 1kg당 80% 적은 전력을 소비합니다.

마이크로웨이브 보조 메탄 열분해 공정은 물, CO₂ 저장소, CO₂ 파이프라인에 의존하지 않아 수소 생산 공장을 설립하는 데 필요한 자본 투자를 줄일 수 있습니다. 이러한 접근 방식은 배출물 처리를 위한 인프라를 최소화하여 기존 방법보다 비용 효율적인 대안을 제공할 수 있습니다.

 

수소 생산에서 마이크로웨이브 기술의 미래

산업계가 더 깨끗하고 효율적인 수소 생산 방식을 찾으면서 마이크로웨이브 보조 메탄 열분해의 도입이 증가할 것으로 예상됩니다. RFHIC의 GaN 솔리드 스테이트 마이크로웨이브 발생기와 결합하면, 이 기술은 전통적인 수소 생산 방식에서 겪던 환경 및 물류 문제를 해결할 수 있는 확장 가능하고 비용 효율적인 솔루션을 제공할 수 있습니다. RFHIC의 고출력 GaN 솔리드 스테이트 마이크로웨이브 발생기 솔루션은 웹사이트에서 확인할 수 있습니다. RF 에너지 카탈로그에서 수소 생산 및 메탄 열분해 응용을 위해 설계된 몇 가지 COTS(상용화) 고출력 GaN 솔리드 스테이트 마이크로웨이브 발생기 솔루션을 소개합니다

1. 3kw, 915MHz, GaN SSMG, RIU093K0-40TG

2. 30kw, 915, GaN SSMG, RIK0930K-40TG

3. 60kw, 915MHz, GaN SSMG, RIK0960K0-40TDG

 

RF 에너지 카달로그 바로가기

 

마이크로웨이브 기술은 직접적인 CO₂ 배출 없이 수소를 생산할 수 있으며, 그 효율성과 유연성 덕분에 탄소 집약적인 산업의 탄소 배출을 줄이는 중요한 도구로 자리잡을 수 있습니다. 수소 수요가 증가함에 따라 마이크로웨이브 보조 메탄 열분해는 환경 영향을 최소화하면서 증가하는 에너지 수요를 충족할 수 있는 유망한 대안으로 떠오를 가능성이 있습니다.

 

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RFHIC의 첨단 GaN 솔리드 스테이트 마이크로웨이브 발생기는 확장 가능하고 에너지 효율적인 솔루션을 제공하며, 고객의 고유한 시스템 요구 사항에 맞추어 맞춤형 솔루션을 제공합니다. 더 자세한 정보가 필요하시면 아래 양식을 작성하여 문의해 주세요.

References
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