수소와 저탄소 미래를 향하여

아람코는 사우디아라비아와 해외에서 주목 받는 저탄소 에너지 경제 구축을 위한 인프라와 기술을 제공하고 있습니다.

앤드류 그레이 |
  • 세계의 저탄소 미래는 기술과 대규모 에너지 혁신에 좌우될 것이며, 아람코는 전 세계적 탈탄소화 노력에서 중요한 역할 수행 가능
  • 탄소 배출 감축은 중요한 단계이지만 감축만으로는 충분하지 않으며, 탄소는 반드시 제거되어야 하고 포집된 탄소는 그 자체로 가치 있는 자원이 되어야
  • 수소는 장거리 운송에 사용 가능한 저탄소 연료이자 고배출 산업에 효과가 있는 ‘사용 지점 무배출(zero-emission at point of use)' 에너지원으로서 상당히 주목 받는 기술

저렴하고 안정적인 에너지에 대한 수요 증가와 글로벌 탄소 및 기타 온실가스 배출 감축 필요 사이의 균형을 달성하는 것은 우리 시대 최대 과제 중 하나이다. 지난 한 세기 동안 전 세계의 성장과 번영을 가능하게 한 천연자원이자 아람코의 주요 에너지 제품인 석유와 가스가 이러한 논의의 중심에 있다. 그러나 탄화수소는 당분간 에너지 믹스에서 핵심적인 역할을 수행할 것이다. 이러한 상황에서 해결책은 무엇이고 석유·가스 산업 내에서 환경적 지속가능성으로 전환하는 방법은 무엇일까?

이산화탄소의 용도 전환 및 수소의 잠재력 활용

미래를 위해 탄화수소 가치 사슬은 재해석되어야 한다. 미래에는 탄소순환경제가 배출 관리와 저감 뿐만 아니라 대기에서 탄소를 제거(직접공기포집)하여 가치 있는 자원으로 전환하는 프레임워크로 사용되어야 한다. 현재 일부 상업적 응용 분야에서 활용하고 있는 것보다 더 적극적인 활용이 필요하다.

아람코는 혁신적인 관행을 통해 이미 업계에서 탄소 집약도가 가장 낮은 업스트림 석유 생산업체 중 하나로 자리매김했다. 또한 아람코는 탄소포집·저장(CCS)과 같은 기술을 산업 규모로 도입하고 있으며, 이를 통해 탄소를 원천에서 포집하여 플라스틱, 연료, 화학제품과 같은 중요한 제품에 사용하거나 유전의 석유회수증진에 활용하고 있다.

또한 사우디아라비아 내 수소 인프라개발을 통해  세계 최대 수소 생산국이 되고자 하는 사우디아라비아의 목표를 뒷받침하고 있다. 수소는 안정적이고 효율적이며 연소 과정에서 온실가스를 배출하지 않는 에너지 전환의 잠재적 게임 체인저이지만, 주로 천연가스에서 추출되는만큼 여전히 탄소발자국을 생성한다. 하지만 현재 아람코는 탄소 배출을 포집·격리하여 저장하거나 또는여러 유용한 공정에 활용하거나 새로운 제품으로 전환하는 생산 방식인 블루 수소 제조에 주력하고 있다. 수소 생산과 같은 산업 공정의 탈탄소화 방법을 탄소포집·저장(CCS) 또는 탄소포집·활용·저장(CCUS)이라고 하며, 아람코는 이 기술을 확장하고 관련 자원을 전 세계적으로 상품화하는 방안을 모색하고 있다.

수소 - 에너지의 새로운 이름

수소는 자연적으로 발생하는 화학 원소로서 우주에서 가장 단순하고 풍부한 자원이지만, 지구상에서는 가정용 또는 산업용 에너지 공급 방법으로 상업적으로 사용할 수 있을 만큼 충분히 많은 양(기체 형태의 수소)을 자유롭게 구할 수 없다.  즉, 다른 원소, 특히 주로 탄화수소와 함께 형성된 화합물로부터 분리해야 하며, 가장 일반적인 생산 방법은 천연 가스를 과열 증기와 반응시키는 천연 가스 개질이다.

전 세계적으로 수소를 보다 효율적이고 경제적인 에너지 전환의 핵심으로 인식하는 분위기가 확산되고 있으며, 수소는 다양한 분야에서 탄소 집약적인 연료를 대체할 수 있는 잠재력을 지니고 있다. 이러한 분야에는 전력 및 열 생산, 트럭 연료 공급과 건설, 철강, 시멘트 제조와 같은 탄소 배출 감축이 어려운 산업의 생산 공정이 포함된다.

수소는 건설 및 철강 산업에서 일부 연료를 대체할 수 있는 잠재력을 가지고 있다.

2030년까지 전 세계적으로 수소 생산에 약 5,700억 달러가 투자될 것으로 예상되는 등 수소 시장이 개념에서 현실로 전환되고 있는 지금, 아람코는 기술과 혁신의 리더십을 기반으로 블루 수소 확장에 필요한 인프라를 구축하고 있다. 예를 들어, 자잔(Jazan) 정유시설에서 수소, 증기, 전기를 생산하기 위해 120억 달러 규모의 시설을 가동했으며, 2025년에 가동을 시작하는 자푸라(Jafurah) 비전통 가스전의 가스 생산량 중 상당 부분이 수소 생산에 사용될 수 있을 전망이다.

미래의 연료

연료로서의 수소는 특히 트럭 운송 및 해상 운송에 사용되는 대형 차량의 운송 관련 배출을 획기적으로 줄일 수 있는 실질적인 잠재력을 지니고 있다. 아람코는 다양한 유형의 중량물 운송에 수소를 경쟁력 있는 비용으로 널리 사용할 수 있는 방법을 모색 중이다.

또한 아람코는 운송과 관련된 배출을 최소화하기 위해 수소 연료 전지 최적화를 진행 중이다. 2024년 6월에는 지리자동차 및 르노그룹과 함께 수소 전지와 전기 배터리의 장점을 결합하여 차량에 동력을 공급하는 하이브리드 파워트레인 기술 전문 회사의 지분 10%를 인수하는 최종 계약에 서명했다. 수소 연료 전지는 수소와 산소를 결합하여 자동차에 동력을 공급하고 이 과정에서 수증기만을 배출하며, 전기 배터리는 전기 에너지를 저장하여 추후에 사용할 수 있도록 한다. 이러한 조합을 통해 배기가스 배출을 줄이면서 더 효율적인 운송 수단을 사용할 수 있다. 아람코는 투자를 통해 회사의 성장을 지원하고 합성 연료 솔루션 및 차세대 수소 기술 전반에 걸친 주요 연구 개발에 기여하고자 한다.

또한 아람코는 사우디아라비아 최초의 수소 충전소를 건설했으며, 현지의 어려운 환경 조건에서도 소규모 수소 테스트 차량(승용차 및 버스)을 성공적으로 운영하고 있다.

수소는 항공기 운행 배출 감축의 주요 수단인 지속가능한 항공 연료(SAF)에도 필수적인 요소이다. 아람코는 이 분야에서 연구와 생산 단계에 걸쳐 다수의 프로젝트를 수행 중이며, 그 중 하나가 영국 옥스퍼드 대학 기반의 스타트업 OXCCU에 대한 투자이다. OXCCU 팀은 수소와 이산화탄소를 결합하여 '획기적인’ ‘합성’ 연료를 생산하는 단일 공정을 개발했으며, 2024년 9월에 옥스퍼드 지역 공항에 '세계 최초' 실증 플랜트를 가동할 계획을 발표했다.

세계 최초 - 블루 수소 생산 및 수출

수소가 게임 체인저 역할을 할 것으로 기대되지만, 수소를 광범위하게 채택하는 데는 여전히 어려움이 있다. 우선 수소는 특히 장거리 운송이 까다롭다. 인화성이 높은 가스인 수소를 액체 상태로 운송하려면 영하 253°C까지 냉각해야 하고 운송 중에도 이 온도를 유지해야 하므로, 고가의 극저온(고절연) 탱크가 필요하다. 하지만 수소 원자 3개와 질소 원자 1개로 구성된 암모니아는 인화성이 낮고 기존의 생산 및 공급 인프라를 활용할 수 있어 더 쉽고 안전하게 운송할 수 있다.

2020년 아람코와 일본에너지경제연구소(IEEJ)는 사빅과 협력하여 40톤의 고급 블루 암모니아를 일본으로 성공적으로 선적하여 전력 생산용 무탄소 연료 생산에 사용했다. 이 '세계 최초' 프로젝트는 탄화수소의 수소 전환과 그에 이은 암모니아 전환부터 관련 이산화탄소 배출의 포집과 사용에 이르기까지 블루 암모니아 가치 사슬 전체를 보여주는 중요한 실증 프로젝트였다. 이 과정에서 50톤의 이산화탄소를 포집 후 유정에 주입하여 생산량을 늘리거나 메탄올을 생산했다.

또한 2022년 아람코는 사빅 애그리 뉴트리언트와 협력하여 세계 최초로 25,000톤의 블루 암모니아를 한국으로 상업 선적했다.

다음 단계로 아람코는 블루 수소와 암모니아의 운송, 활용, 인증 방법을 추가적으로 모색하고, 블루 암모니아를 다시 수소로 전환하는 백크래킹 공정 연구에 더 많은 자원을 투입할 계획이다. 이는 사우디아라비아 내 대규모 수소 및 암모니아 생산 시설 건설을 위한 의미 있는 진전이며, 이러한 시설에는 대규모 탄소 포집 및 저장(CCS)도 포함될 예정이다.

원자재로서의 탄소

중동 최대의 CCUS 허브 구축 계획이 글로벌 블루 수소 발전의 핵심이지만, 포집된 이산화탄소는 여러 중요한 방식으로 사용될 수 있으며 자원 그 자체로서  실질적인 가치를 가질 수 있다.

아람코는 이미 중동 최대 규모의 CCUS 프로젝트 중 하나를 운영 중이며,  하위야 가스플랜트에서 연간 80만 톤의 이산화탄소를 격리한 후 우쓰마니아로 수송할 수 있다. 수송된 이산화탄소는 유전 저류층에 주입되어(석유회수증진 공정) 탄소를 안전하게 포집하고 저류층 압력을 높여 고갈된 유정의 생산 효율 향상에 도움을 준다.

또한 아람코는 메탄올 등 화학물질의 원료와 콘크리트 양생 등의 공정에서 이산화탄소의 사용을 확대하여 이산화탄소 격리 뿐만 아니라 더 나은 성능과 내구성을 갖춘 콘크리트를 만드는 방법을 모색 중이다. 석유·가스 기후변화 이니셔티브(OGCI) 회원사인 아람코는 이산화탄소를 원료로 사용하는 방법을 모색하는 기업에 투자하고 있다. 아람코가 투자하는 기업 중 하나인  에코닉 테크놀로지스는 신발, 자동차 부품, 건물 단열재 등 다양한 제품에 사용되는 폴리우레탄의 원료인 폴리올의 생산에 쓰이는 화석 연료 기반 원재료의 절반을 포집된 이산화탄소로 대체할 수 있는 촉매 시스템을 개발했다.

탄화수소 가치 사슬 재구축

창립 이래 아람코는 진화하는 시장 상황과 기술의 변화에 맞춰 혁신하고 적응해 왔으며, 이와 함께 전 세계에 안전하고 저렴하며 신뢰할 수 있는 에너지를 공급하는 동시에 미래에 투자한다는 명확한 비전을 추구해왔다.

핵심 사업인 석유, 가스, 화학 제품 공급 외에도 수소, 탄소 포집 기술뿐만 아니라 보다 지속가능한 미래와 탈탄소화된 세계로 나아가기 위한  핵심 요소인 비금속, 인공지능, 재생에너지 등 새로운 분야들로 초점을 확장하고 있다.

2019년 아람코는 사우디아라비아 최초의 수소 충전소를 개장했다.

아람코의 업스트림 탄소 집약도 기타 배출 관련 지표에 대한 자세한 내용은 2023 지속가능성보고서에서 확인하실 있습니다.