탄소 저감을 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. 2021년 전 세계 CCS 용량이 48% 증가한 수치를 통해 CCS가 지속 가능 성장을 위해 널리 사용되고 있음을 보여준다. 다만 새로운 기술에는 새로운 도전 과제와 위험이 따른다. 본고에서는 CCS 및 CCU 기술이 지닌 잠재 위험을 완화할 수 있는 최신 센서 기술을 중점적으로 다뤄본다.

도전 과제

비교적 초기 단계인 CCS 기술의 경우, 운영 중인 플랜트가 전 세계에서 50개 미만이다. 알려지지 않았거나 새로운 공정은 부식에서 알 수 없는 위험이 발생하기 쉽다. 최근 주목받는 일부 CCS 프로젝트는 배관 내 오염물질이 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 테스트(좌측 이미지 참조)는 가압 CO2가 들어 있는 파이프라인이 파열될 경우 발생할 수 있는 상황을 보여준다. 위 사진과 같이 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.

에머슨의 솔루션

무선 센서를 사용하여 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 필요 없이 시설이 안전하게 작동하는지 확인할 수 있어 안심할 수 있다.

위험 및 영향 모니터링

에머슨 Rosemount Wireless Permasense 기술에는 모든 소재 및 온도에 맞는 다양한 비삽입식 센서가 있어 신속하고 간편하게 설치하여 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 필요 없이 파이프라인 벽에서 유실된 실질적인 금속 양을 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.

결 론

온라인 부식 모니터링은 온라인 측정 품질 및 빈도를 제공하는 데이터-투-데스크(Data-to-Desk) 모니터링 시스템의 가용성과 함께 업계에서 탄화수소 시설 모범 사례로 확고히 자리잡았다. 전 세계 생산시설 300여 곳에서 25,000개 센서가 가동되고 있으며, 3,500만 건 이상에 이르는 벽 두께 판독값을 최종 사용자에게 직접 전달하고 있다. 엔지니어들은 추가 유지보수 또는 비용 없이 언제든 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 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.

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