[인더스트리뉴스 최종윤 기자] 탄소저감을 위해 이산화탄소(CO2) 포집 시 탄소 포집 및 저장(Carbon capture and storage, CCS) 또는 활용(Carbon capture and utilisation, CCU)이 세계적으로 활용되고 있다, 이는 기후 변화에 대처하기 위한 필수 기술로도 알려져 있다.

가압 CO2가 들어 있는 파이프라인이 파열될 경우, 초기 CO2 구름은 압력이 떨어지면서 빠르게 가스로 변한다. 공기보다 무거운 가스는 주변 지역에 300m 높이까지 구름 형상을 만들고, 지면 CO2 농도가 100,000ppm 아래로 떨어지는 데 3분 이상이 걸리며, 이 경우 생명이 즉시 위험에 처하게 된다. [사진=utoimage]

2021년 전세계 CCS 용량이 48% 증가한 수치를 통해 CCS가 지속 가능 성장을 위해 널리 사용되고 있음을 보여준다. 다만 새로운 기술에는 새로운 도전 과제와 위험이 따른다. 이번 기사에서는 CCS 및 CCU 기술이 지닌 잠재 위험을 완화할 수 있는 최신 센서 기술을 중점으로 다룬다.

CCS 기술의 부식문제

비교적 초기 단계인 CCS 기술의 경우, 운영중인 플랜트가 전 세계에서 50개 미만이다. 알려지지 않았거나 새로운 공정은 부식에서 알 수 없는 위험이 발생하기 쉽다. 최근 주목받는 일부 CCS 프로젝트는 배관 내 오염 물질이 야기하는 극심한 부식을 포함한 다양한 요인으로 지연되기도 한다. 일부는 CCS 시설을 가동할 수 있을 때까지 다른 시설을 운영하며 상당한 탄소 상쇄 비용(carbon offset)을 부담해야 한다.

CO2는 운송이 간편하며, 비싸고 직경이 큰 파이프라인 배관이 필요 없어 대부분 고밀도 액체 형태로 저장된다. 고밀도 CO2는 부식성 측면에서는 비교적 괜찮지만, 액체 CO2가 물에 노출되면 높은 용해도에 의해 탄산이 형성된다. 탄산은 공식(pitting corrosion)을 촉진할 수 있어 그 양이 많다면 수일 내에 파이프라인이 파열될 수 있다. 그 경우 고압 CO2가 바로 인근 공기를 대체하면서 잠재적으로 인명 손실을 초래할 수 있다.

부식이 미치는 잠재 영향

DNV Spadeadam 시설에서 수행된 테스트는 가압 CO2가 들어 있는 파이프라인이 파열될 경우 발생할 수 있는 상황을 보여준다. 초기 CO2 구름은 압력이 떨어지면서 빠르게 가스로 변한다. 공기보다 무거운 가스는 주변 지역에 300m 높이까지 구름 형상을 만든다. 지면 CO2 농도가 100,000ppm 아래로 떨어지는 데 3분 이상이 걸렸으며, 이 경우 생명이 즉시 위험에 처하게 된다.

생산 시설에서 이러한 일이 발생하면 해당 구역 내 모든 근로자가 사망하거나 중상을 입게 될 것이다. 따라서 설계 및 운영 과정에서 이러한 위험을 반드시 고려해야 한다. 소재(Material) 선택이 매우 중요하지만 이 역시 완화책 중 하나일 뿐이다.

무선센서를 사용, 위험 및 영향 모니터링

무선 센서를 사용해 부식 및 침식 위험과 영향을 모니터링하는 것은 비용 효율적이며, 파이프라인 벽 두께 및 부식 속도를 실시간 업데이트하기 때문에 누출로 인한 잠재 위험을 줄여준다. 작업자는 센서를 설치하기 위해 공정을 일시적으로 중단 또는 종료할 필요없이 시설이 안전하게 작동하는지 확인할 수 있어 안심할 수 있다.

Rosemount Wireless Permasense ET210 센서 [사진=에머슨]

위험 및 영향 모니터링

에머슨 Rosemount Wireless Permasense 기술에는 모든 소재 및 온도에 맞는 다양한 비삽입식 센서가 있어 신속하고 간편하게 설치해 무선 센서 방식으로 벽 두께를 측정할 수 있다. 센서는 어디든 설치할 수 있으며 설치 즉시 데이터를 수집할 수 있다.

Permasense는 벽 두께 판독 값을 제공함으로써 공정을 중단할 필요없이 파이프라인 벽에서 유실된 실질적인 금속량을 정량화한다. 무선으로 전송된 데이터를 통해 파이프라인이 지닌 무결성을 원격으로 모니터링하고 부식이 주는 영향을 파악할 수 있으며, 이를 바탕으로 작업자는 부식을 완화하기 위한 올바른 조치를 취할 수 있다.

온라인 부식 모니터링, 탄화수소 시설 모범 사례

온라인 부식 모니터링은 온라인 측정 품질 및 빈도를 제공하는 데이터-투-데스크(data-to-desk) 모니터링 시스템의 가용성과 함께 업계에서 탄화수소 시설 모범 사례로 자리 잡았다. 전 세계 생산시설 300여곳에서 25,000개 센서가 가동되고 있으며 3,500만건 이상에 이르는 벽 두께 판독값을 최종 사용자에게 직접 전달하고 있다. 엔지니어들은 추가 유지보수 또는 비용없이 언제든 현재 장비 상태 정보를 볼 수 있다.

측정 품질 및 빈도를 토대로 플랜트가 가동되는 동안 부식 변화를 감지 및 측정하여 적합한 조치를 취할 수 있다. 그러나 CO2는 탄화수소와는 매우 다른 산물이며 CCS 기술이 아직 초기 단계이기 때문에 그 위험 요소 저감에 대한 이해는 아직 부족한 실정이다. 전 세계적으로 2050년까지 넷제로(net zero) 달성을 목표로 하고 있는 가운데, CCS 엔지니어링과 관련 위험 요소에 대한 관심이 필요하다.

퍼마센스와 같은 부식 및 침식 기술 솔루션을 활용하면 위험을 실시간으로 모니터링함으로써 잠재 위험이 줄어드는 효과를 확인할 수 있다. 국제에너지기구(International Energy Agency, IEA)가 동의한 목표를 달성하기 위해 탄소 포집에 대한 수요가 늘면서 관련 위험도 함께 증가하는 만큼 탄소 포집 시설에 부식 모니터링 기술을 도입하는 현상은 보편화될 것이다.

[최종윤 기자 (news@industrynews.co.kr)]

[저작권자 © 솔라투데이, 무단 전재 및 재배포 금지]