저탄소 가스와 전기화가 가정의 탈탄소화를 위해 경쟁합니다.

원문 링크 : https://www.theearthandi.org/post/low-carbon-gases-and-electrification-vie-to-decarbonize-the-home

주거용 난방 및 조리는 전 세계적으로 사용되는 모든 에너지의 약 30%를 소비합니다. 비교하자면, 전기 생산은 20%를 차지하는 반면 모든 운송 수단은 약 30%를 사용합니다. 국가들이 재생 에너지를 사용하여 전력 부문의 탈탄소화를 진행함에 따라 운송 및 난방 부문의 탈탄소화에 대한 관심이 점점 더 커지고 있습니다. 전기 자동차(EV)와 수소 자동차는 운송 부문에서 내연 기관 자동차를 대체할 것으로 예상되지만 난방에 대한 솔루션은 잘 정의되지 않았습니다. 대부분의 주거용 난방은 전기나 화석 연료, 특히 천연 가스에 의존합니다. 미국에서는 현재 약 50%의 가정이 천연 가스를 직접 사용합니다. 이 기사에서는 주거용 난방 부문에서 사용 가능한 저탄소 옵션을 살펴보는데, 그 중 일부는 글로벌 에너지 시스템에서 탈탄소화하기 가장 어려운 영역일 수 있습니다.

고위도의 많은 국가에서 겨울 추위로 인해 난방이 중요해지면서 주거용 난방은 주로 천연 가스 보일러로 제공됩니다. 난방유(디젤의 한 형태)와 석탄 보일러도 사용됩니다. 전기 및 축열 히터도 지역 난방(중앙 열원에서 파이프를 통해 분배)과 함께 큰 기여를 하며, 특히 북유럽과 러시아 일부 지역에서 그렇습니다. 이러한 난방 유형 중에서 전기 옵션은 가스 구동 옵션보다 비교적 효율이 낮습니다. 그러나 어떤 경우에는 공기 또는 지열 펌프를 설치하여 전기 난방의 효율성을 높일 수 있습니다. 전기 옵션은 재생 에너지를 사용하면 탈탄소화할 수 있는 잠재력도 있습니다. 지역 난방도 폐열이나 태양열 및 바이오매스와 같은 재생 가능한 자원을 활용하여 탈탄소화할 수 있습니다.

천연가스를 대체하면서도 동일한 유통망을 사용하여 공급할 수 있는 탈탄소화 가스 형태의 또 다른 친환경 대안이 있습니다. 탈탄소화 또는 탄소 중립 가스에는 바이오가스, 합성가스, 청색 및 녹색 수소가 포함됩니다. 많은 경우 이러한 가스는 기존 인프라와 기기를 사용하여 천연가스 공급에 점진적으로 추가하여 중간 탈탄소화 목표를 충족할 수 있습니다. 기존 보일러를 더 비싼 히트 펌프로 교체하는 전기화와 비교할 때 탈탄소화 가스를 사용하면 비용이 덜 들고 소비자에게 방해가 될 수 있습니다. 탈탄소화 가스를 활용하기 위해 새로운 보일러 설치가 필요할 수 있지만 일반적으로 수소 농도가 낮지 않습니다.

유럽 ​​연합은 2021년 가스 지침을 통해 2030년까지 천연 가스 시스템의 기준 탄소 강도를 줄이는 목표를 설정하여 탄소 제로 가스 도입을 장려해야 한다는 주장이 있었습니다. 이 정책은 바이오가스와 수소와 같은 저탄소 가스를 기존 공급에 혼합하도록 장려할 것입니다. 마찬가지로 바이오연료는 난방유를 대체하는 데 사용될 수 있지만, 이는 고유한 환경적 영향이 있으며 필요한 규모로 불가능합니다. 결국 메탄올과 암모니아와 같은 수소 기반 액체 연료가 사용 가능해질 수 있지만, 당장은 난방유와 특히 석탄을 녹색 전기 또는 저탄소 가스로 대체해야 합니다.

찬반 양론

열 펌프가 에너지 밀도가 낮기 때문에 효과적이려면 건물이 더 에너지 효율적이고 단열성이 더 좋아야 합니다. 열 펌프의 다른 문제점은 초기 비용이 높고 설치에 제약이 있다는 것입니다. 유럽에서는 많은 주택이 지열 열 펌프(공기 열 펌프보다 강력함)를 가질 수 없는데, 상당한 야외 공간이 필요하기 때문입니다. 그래도 열 펌프가 가능한 경우 보일러와 같은 연소 기반 시스템보다 더 안전할 수 있습니다. 옥상 태양광 패널로 연료를 공급할 수 있으므로 주거지가 더 자립적이고 탄소 배출량이 적습니다. 지역 전력 가격에 따라 일반적으로 석유 및 가스 보일러보다 운영 비용이 저렴하고 에너지를 열로 효율적으로 전환합니다. 또한 유지 관리가 덜 필요하고, 가장 중요한 점은 에어컨처럼 여름에 시원함을 제공할 수 있다는 것입니다. 고위도 여름 도시 기온이 대기 중 CO2 수치가 높아짐에 따라 이는 점점 더 중요해지고 있습니다.

출처: Alex Vasey

그러나 전기 제품은 가스만큼 에너지 농도가 높지 않고 단순히 그렇게 강력하지 않습니다. 이는 단열이 잘 안 된 속성을 빠르게 가열해야 할 때 문제가 되며 시스템 수준에서 중요해집니다. 예를 들어, 2018년 3월 영국의 눈보라에서 가스 난방 시스템은 전력 시스템의 에너지 함량의 6배를 처리했습니다. 이는 전력 시스템이 대규모의 실현 불가능한 확장 없이는 처리할 수 없는 피크 수요였습니다.

배터리는 비싸고 계절적 수요 변화에 맞게 설계되지 않았기 때문에 녹색 전기를 쉽게 저장하기도 어렵습니다. 그러나 전기 분해를 사용하여 재생 에너지를 수소로 변환하여 녹색 수소와 같은 기체 형태로 에너지를 저장할 수 있습니다. 이는 재생 에너지가 주도하는 전력 시스템에서 그리드 수준의 공급과 수요를 일치시킬 때 중요합니다. 청색 수소는 개질을 통해 천연 가스 자체에서 생산할 수도 있으며, CO2 부산물은 탄소 포집 및 저장(CCS)으로 보내집니다. 이는 천연 가스에 대한 장기 시장을 제공하고, 기존 저장 및 파이프라인 인프라의 수명을 연장하며, 현재 저탄소 수소를 대규모로 생산하는 가장 저렴한 방법입니다.

따라서 전기화가 천연가스 그리드 외부의 석탄과 연료유 난방을 대체할 수 있지만, 저탄소 가스는 일부 가능한 수정을 통해 기존 가스 네트워크를 통해 중앙 집중적이고 중단 없는 난방 시스템 탈탄소화를 제공할 수 있습니다. 대부분의 보일러는 바이오가스, 천연가스, 수소의 혼합물을 처리할 수 있으므로 전환이 점진적으로 이루어질 수 있습니다. 영국은 2030년까지 20%의 수소 혼합물을 고려하고 있습니다. 그러나 농도가 100% 수소로 상승하면 많은 보일러를 교체해야 할 수 있습니다. 그래도 이 옵션은 모든 보일러를 히트 펌프, 축열 히터, 무거운 단열재로 교체하는 것보다 저렴하고 안정적일 것입니다. 이는 최대 추위 기간 동안 전력 시스템에 과부하가 걸릴 위험이 있습니다. 영국과 다른 유럽 국가는 이미 천연가스 시스템에 수소와 일부 바이오가스를 추가하는 것을 시도하고 있습니다.

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현재 세계는 모든 가스의 약 30%를 주거 부문 에서 사용하는데 , 대부분은 난방용이고 일부는 조리용입니다. 영국에서는 이 수치가 약 40%로 상승합니다. 에너지 전환은 시간이 지남에 따라 주거 부문에서 천연 가스 사용이 감소할 것임을 의미합니다. 그러나 이러한 대체 천연 가스 중 일부는 청색 수소 생산을 위한 원료로 사용될 수 있습니다. 이는 또한 발전 시장에서 재생 에너지 확대로 대체된 천연 가스와 경쟁해야 할 것입니다.

주거 부문에서 상상했던 것과 유사한 에너지 전환 시나리오가 산업 부문에서도 예상됩니다. 산업 부문은 또한 난방의 주요 목적으로 천연 가스를 주요 연료로 사용합니다. 종종 매우 높은 온도까지 가열합니다. 수소는 철강과 같은 산업에서 매우 높은 온도를 생성하는 데 있어 전기 난방보다 천연 가스를 대체하는 데 훨씬 더 좋습니다. 영국에서 승인을 앞두고 있는 블루 수소 프로젝트가 3개 있으며, 네덜란드의 Orsted가 주요 2기가와트 풍력 구동 그린 수소 프로젝트(SeaH2Land)를 방금 승인했습니다 . 이 단계에서는 주로 산업 고객이 추진하지만 가스 그리드에 공급할 수도 있습니다.

주거 및 산업용 난방의 일부 영역은 탈탄소화가 가장 어려운 것으로 여겨지지만 저탄소 가스와 전기화(확장된 녹색 발전과 함께)를 통해 가능해야 합니다. 일부 환경 순수주의자들은 100% 전기화를 여전히 선호하는데, 이는 이를 최적의 최소 에너지 솔루션으로 보기 때문입니다. 그들은 화석 연료 추출과 기존 화석 연료 인프라, 특히 파이프라인과 가스 저장 시스템을 유지하는 블루 수소를 거부합니다. 그러나 수소 혼합 가스를 사용하는 것은 대부분의 에너지 회사에서 인기가 있으며 재생 에너지 기반 전기화와 함께 사용하면 100% 전기화만 하는 것보다 훨씬 저렴하고 달성 가능성이 높을 것입니다. 게다가 탄소 포집 기술이 개발되고 천연 가스 비율이 감소함에 따라 탄소 제로 난방을 여전히 달성할 수 있습니다.

*Jeremy Bowden is a freelance journalist, analyst, and editor, specializing in the energy sector. He serves a variety of clients across the world, with work ranging from features and interviews, to ghost-writing, in-depth reports and public relations material. Prior to turning freelance about ten years ago, his full-time experience spanned over fifteen years in the energy, specialist energy media and utility sectors in a variety of positions in both Europe and Asia with companies including IHS, Dow Jones and Argus Media.