천연가스 구조에 대해 자세히 알아보려면 어떻게 해야 합니까?

CRAIG GIFFORD:
Swagelok에 오신 것을 환영합니다. 저는 호스트인 Craig Gifford이며, 오늘은 Swagelok 클린 에너지 부문 글로벌 기술 책임자인 Chuck Hayes와 함께 합니다. 오늘도 천연가스에 대해 이야기하고자 합니다.

그러면 Chuck씨, 천연가스의 여러 가지 다른 유형으로 어떤 것이 있으며, 그렇게 다른 형태가 존재하는 이유에 대해 말씀해주시겠습니까?

CHUCK HAYES:
그러죠. 천연가스의 기본적인 형태는 항상 메탄입니다. 따라서 화학식은 CH₄이며, 탄소 하나와 수소 네 개가 천연가스를 구성합니다. 하지만 우리는 이를 다른 방식으로 다루며, 서로 다른 이름으로 부르기도 합니다.

예를 들어, 파이프라인을 통해 가정에 공급하여 난로, 온수 탱크, 가스 레인지 등에 사용할 수 있게 됩니다. 전 세계에서 천연가스를 이와 같이 사용합니다. 하지만 다른 형태도 있습니다.

다른 형태에는 압축 천연가스(CNG)가 포함될 수 있습니다. CNG의 특징이라면, 운반하거나 사용하는 방법에 따라 더 많은 분자가 있도록 압축한다는 점입니다. 즉, 압력을 높임으로써 더 많은 분자를 모으는 것입니다.

일반적으로 사용하는 압력은 3600 PSI이며, 이는 대략 249 bar에 해당합니다. 1 bar는 1기압에 해당하며, 이는 1기압 안에 얼마나 많은 가스가 들어가는지를 나타냅니다. 따라서 약 250배가 압축되는 것입니다.

또 다른 형태로 액화 천연가스(LNG)가 있습니다. 이는 대량의 가스를 장거리로 운반할 때 사용됩니다. 천연가스를 액화한 후 액체 상태로 운송합니다. 액체이므로 가압할 수 없습니다. 액체는 압축되지 않기 때문입니다. 하지만 훨씬 더 많은 분자가 들어갑니다. 약 600 bar, 즉 600기압에 해당합니다.

따라서 용기를 개방하면 600킬로그램의 다른 가스에 해당하는 영역을 차지하게 됩니다.

다른 하나는, 마지막으로 재생 천연가스(RNG)가 있습니다. 재생 천연가스는 비교적 새로운 형태입니다. 북미 지역에서는 흔히 RNG라고 부르며, 어떤 곳에서는 바이오가스라고 부르기도 합니다.

기본적으로 RNG는 폐기물 처리 공정에서 나옵니다. 축사 또는 생물 분해기 등 농장 폐기물을 수집하여 분해할 수 있는 폐기물 처리 공정에서 나오는 모든 것입니다. 그 기본적인 특징은 냄새입니다. 따라서 냄새를 없애야 합니다. 냄새의 원인은 황이며, 이를 제거해야 합니다.

실록산(Siloxane)과 다른 몇 가지 물질을 제거하면 원물 바이오가스가 나옵니다. 아직 질소산화물(NOx)과 황산화물(SOx)이라는 물질이 남아 있습니다. 질소와 산소로 구성된 일산화질소는 황산화물과 산소 함량이 다르며, 따라서 질소산화물과 황산화물이라고 부릅니다.

이를 제거하고 건조시킨 후, 가압한 다음 시스템을 통과시키면 다른 가스처럼 사용할 수 있습니다. 이것이 바이오가스입니다. 여기에서 한 단계 더 나아가, 모든 물질을 제거하고 4단계로 바로 이동하면 다시 천연가스가 생깁니다.

CRAIG GIFFORD:
그러면 Chuck씨, 천연가스의 여러 유형에 따라 분배 및 충전 인프라가 어떻게 달라지며, 그와 관련된 과제에는 어떤 것이 있습니까?

CHUCK HAYES:
그러죠. 충전 인프라에 대한 설명을 시작하자면, 우선 지금은 트럭 또는 승용차가 있으며, 선박에도 사용될 예정입니다. 차이점을 보자면, 실제로 화학식으로 볼 때 CNG와 RNG는 같은 물질입니다. 이 둘은 모두 CH₄이며, 가스 형태로 가압됩니다.

그래서 이는 대형 트럭, 소형 트럭, 배달 트럭을 충전하는 데 사용됩니다. 연료를 충전하는 방식은 충전소에서 이루어지는 것과 동일하며, 장거리용으로는 트럭 휴게소의 도로 측면 또는 벽 뒤에서도 이루어집니다. 여러 회사는 자체 사업용 차량을 운영하며, 그 수도 아주 많습니다. 그럴 경우 자체 시설에 충전소를 둡니다.

그런 충전소에서는 커다란 헤더 라인을 설치하고 모든 트럭을 한 줄로 세운 다음, 호스를 가져와 연결하고 밤새도록 천천히 충전되도록 합니다. 따라서 매일 충전할 수 있습니다. 하지만 전국을 횡단하는 경우라면 이 방법을 사용할 수 없습니다. 이 경우에는 트럭 휴게소 후방으로 이동하여 일반 펌프와 비슷한 장치를 사용하게 됩니다.

연결 방식에 약간 차이가 있지만, 제자리에 고정되며 느낌으로 알 수 있습니다. 이는 급속 충전소이며, 트럭을 10~20분 내에 충전할 수 있습니다.

다른 형태로는 LNG가 있습니다. LNG는 액체이지만 매우 저온이며, 이러한 저온은 위험할 수 있습니다. 실제로 저온 화상을 입을 수 있으며, 사용되는 메커니즘에는 특별한 종류의 클램프가 사용됩니다. LNG를 사용하려면 특수 PPE 또는 개인 보호 장비가 필요하며, 추가적인 교육도 필요합니다.

경우에 따라 작업자가 스스로 적재하기도 하고, 교육받은 충전소 인력이 작업을 처리하기도 합니다. LNG는 선박에서 또는 대체 연료로 사용되며, 전 세계 여러 곳에서는 항구 및 연안으로 중유를 들여오지 못하도록 하고 있습니다. 따라서 연안에 접근하면 LNG를 기화시켜 트럭 또는 보트에서 CNG로 사용합니다.

또 다른 용도는 대량 운송입니다. 바다를 항해하며 CNG 또는 LNG를 다른 곳으로 운반하는 대형 유조선들이 있습니다. 진정한 과제는 압축입니다. 압축 천연가스를 만들려면 가스를 압축해야 하며, 그 과정에서 안전을 유지해야 합니다. 탱크와 컨테이너의 안전을 유지하고, 누설 없는 적합한 부품을 사용하는 것이 정말로 중요합니다.

LNG의 경우 온도도 중요하며, 펌프도 포함됩니다.

CRAIG GIFFORD:
설계자가 알아야 하는 해당 LNG 및 CNG 표준은 어떤 것이 있습니까?

CHUCK HAYES:
좋은 질문입니다. 고객이 전 세계 어느 곳에 있는지에 따라 대답하기가 다소 까다로울 수 있겠습니다. CNG부터 살펴보겠습니다. 북미 지역의 차량 관련 표준은 CSA, 즉 캐나다 표준 협회가 담당하고 있으며, 이는 안전을 위해 제정된 것입니다.

NGV 표준이 있으며, 천연가스 차량과 관련된 모든 것은 3으로 시작합니다. 즉, NGV 3입니다. 1 이상은 차량 탑재 부품에 대한 것입니다. 또한, 부품의 사양을 지정하는 방법, 사용처에 맞게 테스트해야 하는 방법 등을 규정하는 다양한 표준이 있습니다.

LNG의 경우에도 같은 방식으로 시작하며, 차량에 대해서는 3이 첫 번째 숫자입니다. 유럽에서는 약간 다릅니다. 차량 표준으로는 ECR 110이 있으며, 다른 인증이 필요합니다. 표준 기구들이 서로 다른 대륙 사이에서 표준을 조율하려고 노력하고 있으므로, 테스트 관련 규정은 매우 유사합니다.

충전소의 경우에도 비슷합니다. NGV가 되지만, 넷 중 4A 시리즈가 되며, 이는 충전소에 필요한 부품이 무엇인지 규정합니다. 어떤 사업을 하는지, 어디에서 어떻게 운영하는지에 따라 다양한 규정이 존재합니다.

인도의 경우 CNG가 많이 사용되고 있으며, 국제 표준인 ISO를 기준으로 표준을 제정했지만, 인도 자체의 요구사항을 약간 추가했습니다. 모든 국가가 그렇게 할 수 있으며, 다른 표준에 대해서도 마찬가지입니다.

CRAIG GIFFORD:
좋은 소식이군요. CNG 및 LNG 저장과 관련하여 안전에 대해 고려해야 할 핵심 사항이 어떤 것인지 알려주실 수 있습니까?

CHUCK HAYES:
그러죠. 먼저 가장 기초부터 알아보겠습니다. 가스 상태의 CNG는 사용되거나, 연소되거나, 연소실에 들어가도록 고안됩니다. 이는 실제로 소규모의 폭발이며, 가스가 폭발성이자 인화성이므로 새어나가지 않도록 해야 합니다. 전 세계 어디에서도 누설이 없어야 합니다.

지금은 기체 상태의 CNG만 사용하고 있으며, 액체 상태의 LNG는 사용하지 않습니다. 가스를 액체 상태로 저장한 다음, 다시 기체로 변환하여 사용하는 것입니다. 이는 기억해야 할 중요한 점입니다. 어떤 경우든 가스를 밀폐 상태로 유지해야 하며, 이를 위해 고품질 제품과 표준에 따라 승인된 제품을 사용해야 합니다.

낮은 누설률, 좋은 밸브, 뛰어난 피팅 등이 필요하며, Swagelok이 도울 수 있는 부분입니다. 좋은 설계도 도움이 됩니다.

LNG의 경우, 기체가 극도로 저온이라는 점이 특별합니다. 저온 화상을 입거나 폐를 비롯한 장기가 동결될 수 있을 정도의 온도입니다. 또한, 팽창할 때 매우 빠르게 팽창하며, 완전히 방출되면 600:1의 비율로 팽창되어 매우 강력한 에너지가 방출될 수 있습니다.

완벽한 안전을 유지하려면 누설이 없어야 하며, 실수로 대기에 방출되지 않아야 합니다.

CRAIG GIFFORD:
그럼, 지식을 공유해주셔서 감사합니다, Chuck씨. Swagelok과 함께 해주신 여러분께도 감사드립니다.