Terraform이 탄소 중립 천연가스를 생산

• Terraform Industries는 2024년 3월 27일 통합 전력-가스(power-to-gas) 시연기를 가동해, 전기와 공기만으로 합성 천연가스를 만들 수 있음을 실증함
• 시스템은 자체 개발한 수소 전기분해, 직접 공기 포집(DAC), 메탄화 공정을 결합해 햇빛과 공기를 화석연료 없는 천연가스로 전환함
• 비용 측면에서는 H2 1kg당 2.50달러 미만, CO2 1톤당 250달러 미만을 제시하며, 태양광 DC 전력 기준은 20달러/MWh임
• 메탄화 반응기는 수소와 CO2로 97% 이상 메탄(CH4) 인 파이프라인 등급 천연가스를 만들며, 희귀하거나 비싼 촉매를 쓰지 않는다고 함
• Terraformer는 세 공정을 하나의 모듈형 화학 플랜트로 묶는 장비이며, 회사는 첫 생산용 Terraformer 예약을 받고 수요에 맞춰 생산을 늘릴 계획임

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전기와 공기에서 합성 천연가스를 만든 시연기

• Terraform Industries는 2년간의 개발 끝에 햇빛과 공기에서 합성 천연가스를 만들 수 있다는 실증 결과를 확보함
• 2024년 3월 27일 통합 전력-가스 시연기를 커미셔닝했으며, 전기와 공기를 저렴한 화석연료 없는 천연가스로 전환하는 구성을 검증함
• 자체 개발한 세 하위 시스템이 핵심 구성임

  • 수소 전기분해

    • 직접 공기 포집(DAC)
    • 메탄화

설계 방향: 기존 산업 공정을 저비용 태양광에 맞춤

• 핵심은 검증된 산업 공정을 초저가 태양광 전력에 맞게 바꾸는 데 있음
• 낮은 설비 이용률을 보완하기 위해 CAPEX를 크게 낮추고, 날씨·주야간·계절별 전력 변화에 견디는 공정을 개발함
• 생산 비용 절감은 세 요소가 함께 맞물릴 때 가능함
  • 초저가 태양광 전력
  • 저비용 그린 수소
  • 저비용 대기 CO2 포집
• 목표는 상품 등급 전기연료 대체재를 경쟁력 있는 가격으로 생산하는 것임

수소와 CO2 포집 비용

• Terraform Industries는 기존 목표였던 더 저렴한 그린 수소와 직접 공기 포집 CO2에서 진전을 냄
• 전기분해기 비용 지표는 다음과 같음
  • 현재 H2 생산 비용은 1kg당 2.50달러 미만
  • 전기분해기 CAPEX는 100달러/kW 미만
  • 태양광 PV DC 전력 기준은 20달러/MWh
  • IRA 45V 그린 수소 세액공제 대상이며, 가치는 H2 1kg당 3달러
• DAC 비용 지표는 다음과 같음
  • 대기 중 CO2 농축 비용은 1톤당 250달러 미만
  • DAC CAPEX는 600달러/T-year-CO2 미만

메탄화 반응기와 Terraformer 구성

• 자체 다단계 Sabatier 화학 반응기는 수소와 CO2를 입력으로 받아 파이프라인 등급 천연가스를 생산함
• 생산된 천연가스는 97% 이상 메탄(CH4) 수준임
• 반응기는 희귀하거나 비싼 촉매를 쓰지 않으며, 선별된 데이터 없이도 수 시간 동안 정상 상태로 작동한다고 함
• Terraformer는 세 하위 시스템을 하나의 모듈형 화학 플랜트로 결합함
• 장비는 스키드 장착형이며, 태양광 PV 배열 옆에 배치하는 형태임

생산 방식과 다음 단계

• 세 하위 시스템은 캘리포니아 Burbank의 내부 시설에서 개발·제작됨
• 내부 생산과 제조는 더 빠른 반복, 낮은 공급망 위험, 비용 효율적인 화석연료 없는 천연가스 생산 모델 실증에 기여함
• 오늘날 인류는 하루 1억 배럴 규모의 전통 석유·가스에 의존하며, 이로 인해 연간 약 500억 톤 CO2 배출이 발생함
• Terraformer는 화석연료 의존을 줄이는 산업 규모의 재생 탄화수소 공급원으로 이어질 수 있음
• 회사는 첫 생산용 Terraformer 예약을 받고 있으며, 수요에 맞춰 생산을 확대할 계획임

[GN⁺]

Hacker News 의견들

• 탄소 산업을 지켜보는 입장에서 꽤 신나는 소식임. Terraform Industries를 한동안 눈여겨봤고, 이들이 하는 일이 마음에 듦
  탄소 중립 경제로 전환하려면 무엇이 필요한지 실제로 이해하는 몇 안 되는 팀처럼 보임. 대기 중 연료 합성의 경제성에 대한 핵심 통찰도 “듣고 나면 당연한” 아이디어임. 태양광 전기는 계속 싸지고 있으니, 비싼 장비에서 효율을 극대화하기보다 저렴한 “비효율” 장비를 만들면 전체 비용을 낮출 수 있고, 그게 규모 확장을 열어줌
  이 분야에 관심 있다면 최근 글인 “Terraformer Environmental Calculus”도 읽을 만함: https://terraformindustries.wordpress.com/2024/02/06/terrafo...

  • 좋아 보임. 다만 제목이 태양광으로 만든 천연가스였으면 좋겠음. “탄소 중립”이라고 붙은 것들 중엔 기존 석유화학 제품에 쓸모없는 “상쇄”만 붙인 헛소리가 많음
  • 의도치 않은 결과가 걱정됨. 태양광을 메탄으로 저장해 기존 인프라에 쉽게 “꽂아” 쓸 수 있다는 건 흥미롭지만, 누출 관리는 훨씬 더 잘해야 함
    석유를 시추할 때는 거의 항상 거대한 지하 메탄층을 지나가게 됨. 그래서 천연가스 파이프라인이 포화돼 반출할 수 없을 때 시추 현장은 메탄을 방출하거나 태움. 그런 순간에는 메탄 가격이 실제로 음수가 되기도 하고, 올해도 MMBtu당 -1.20달러를 본 적이 있음. 사실상 누군가에게 돈을 주고 치워 달라는 상태임
    그러면 새롭고 비용 효율적인 합성 메탄이 시장에 넘치면, 석유를 시추하는 회사들이 더 많이 태워버리게 되지 않을까 걱정됨
  • 훌륭한 방향임. 탄소 중립일 뿐 아니라, 언젠가 충분히 좋은 전력망과 저장 장치가 생기면 순수 CO2 포집으로 “후퇴”할 수도 있음
  • 다른 토론: https://news.ycombinator.com/item?id=39896560
  • 저 블로그와 인포그래픽의 섹션 번호가 어떻게 된 건지 모르겠음. 내용은 정말 관심 가는데 7번 섹션으로 시작해서 9번, 13번으로 갔다가 다시 8번으로 돌아가니 집중이 안 됨

• 이들의 미니멀한 웹사이트가 멋짐: https://terraformindustries.com/ 평문 화학 반응식까지 들어 있음
  “왜 우리 웹사이트는 이렇게 생겼나? TI에서는 전 세계 규모로 화석 탄화수소 생산을 대체해 세상을 바꿀 수 있다고 믿는다. 우리 웹사이트처럼 우리 기계도 단순해서 최대한 빨리 수백만 대를 만들 수 있다. 우리 웹사이트는 가장 중요한 문제를 푸는 곳에 자원을 배분하겠다는 문화적 약속을 구현한다”

  • 특히 이 문구가 좋음: “뛰어난 채용 담당자인가요? 우리는 많은 인바운드를 받습니다. 우리의 필요에 맞출 수 있는 능력을 판단할 수 있도록, 당신의 인재 발굴 능력을 보여줄 대표 사례로 가장 강한 후보 한 명, 단 한 명의 챔피언을 보내 주세요”
    평생 HR 소프트웨어를 해온 입장에서, 이런 한 번의 기회 시나리오에 맞춘 에이전시 점수판/순위 시스템이 떠오름. 훌륭한 후보 5명을 제공하면 그다음엔 한두 명 정도 실패작을 허용하는 식일 수도 있음
  • 로고의 A 글자를 고쳐 봄: https://gist.github.com/smotesko/ac65667cbc748a72ecddb350d69...
  • 기본적으로 https://motherfuckingwebsite.com/임
    그런데 http://bettermotherfuckingwebsite.com/도 생각남. 이미 스타일 요소가 들어 있으니 width 속성만 추가해도 전체가 읽기 좋아짐. 가운데 정렬하면 훨씬 낫고, 그걸로 끝남
  • “우리 기계처럼, 우리 웹사이트도 휴대폰에서 끔찍하게 보입니다”
    누군가 진짜 5분만 써도 세계에서 가장 많이 쓰이는 웹 탐색 기기에서 그럴듯하게 보이게 만들 수 있었을 것임. 복고풍 미덕 과시 미학을 유지하면서도 가능하고, “핵심 임무” 같은 것에서 자원을 빼앗지도 않았을 것임
    신경 쓸 생각이 없다면 웹사이트를 아예 두지 않는 편이 낫다

• Terraform이 이 지점에 도달했다니 정말 흥미로움. 사실이길 바라며, 만우절 농담이 아니었으면 함
  창업자인 Casey Handmer도 꽤 흥미로운 사람임. Vesuvius Challenge 두루마리의 딱딱거리는 흔적에 대한 초기 분석을 도와, 두루마리에서 첫 구절을 읽어내는 돌파구에 기여하기도 했음: https://caseyhandmer.wordpress.com/2023/08/05/reading-ancien...
  Terraform Industries 블로그와 Casey의 개인 블로그 글들도 더 읽어보길 추천함

  • 나도 처음엔 다른 Terraform이 올린 만우절 농담인 줄 알았음
  • 이런 걸 발표하기엔 좀 끔찍한 날짜였음. 물론 그들 잘못은 아니지만

• Terraform에 대해 더 보려면 Jason Carman의 최근 영상을 추천함
  개요와 투어 약 20분: https://www.youtube.com/watch?v=NngCHTImH1g
  더 깊은 인터뷰 약 40분: https://www.youtube.com/watch?v=ekEdq6PhC0Q

  • 둘 다 훌륭하고, 모두 짧은 영상부터 시작해 두 편을 다 보길 강하게 추천함. CEO인 Casey가 아주 흥미롭고 영감을 줌

• 대기 중 온실가스 배출의 상당한 원천인 메탄 누출은 어떻게 다룰 건지 궁금함. CO2를 메탄으로 바꿔도 누출되면 탄소 중립이 아님

  • 천연가스는 이미 엄청난 양으로 저장되고 전 세계로 운송됨. 누출은 주로 운송 중이거나 관리가 부실한 시설에서 일어나는 듯함. 해결 가능한 문제라고 봄
  • 메탄은 비교적 짧은 기간, 대략 몇 년 안에 반응해서 사라지지 않나?
  • 나도 같은 말을 하려 했음. 누출이 없다는 걸 보장할 방법이 있어야만 탄소 중립 아닌가? CO2를 메탄으로 바꾸는 게 실제로는 상황을 더 나쁘게 만들 수도 있어 보임
  • 비슷하게, 이런 방식으로 천연가스를 생산해 충분히 싸지면 회사들이 다른 화석연료를 캐면서 그냥 방출해버리는 선택을 할 수도 있지 않을까

• 공기에서 포집한 CO2와 물을 전기분해해 얻은 수소로 천연가스를 만들 수는 있음. 하지만 그러면 왜 그냥 수소를 직접 쓰지 않고, CO2 직접 공기 포집과 메탄 제조의 비효율과 비용을 감수하는지 물어봐야 함
  탄소가 들어간 합성연료를 꼭 만들겠다면 왜 메탄이고, 메탄올이나 더 무거운 탄화수소처럼 저장하기 쉬운 물질은 아닌가? 또는 완전히 산화된 CO2를 공기에서 힘들게 모으는 대신, 그 수소로 종이 같은 폐바이오매스를 포함한 바이오매스를 탈산소화하면 안 되는가?

  • 대체로 핵심 이유 중 하나는 우리가 이미 메탄과 다른 탄화수소를 쓰는 인프라를 갖고 있지만, 수소용 인프라는 없다는 점임
    또 이건 양자택일도 아님. 사람들이 수소를 원한다면 Terraform 전해조가 원칙적으로 제공할 수 있음
  • 수소를 저장하고 운송하는 경제성이 좋지 않기 때문임. 이를 위해서는 많은 에너지와 인프라가 필요함
    kg당 에너지 밀도는 훌륭하지만, 부피 기준 밀도는 수소가 가장 작고 가벼운 분자라서 끔찍함. 액체나 기체 형태에서 같은 에너지량 기준으로 메탄보다 거의 3배 부피가 큼. 수소차 공급처럼 압축기체로 운송하면 디젤의 약 18배 부피임. 주유소에 연료를 공급하는 식의 규모에는 맞지 않음
    액체 형태가 낫긴 하지만 여전히 메탄의 3배, 디젤의 4~5배 수준임. 액체 수소를 유지하려면 보통 일부를 계속 끓여 날려야 해서 오래 보관되지 않음. 메탄도 같은 문제가 있지만 온도와 압력 조건이 훨씬 덜 극단적임. 액체 수소는 몇 켈빈까지 냉각해야 하고, 운송하면 전체 여정에서 무시 못 할 양을 잃게 됨
    그래서 오늘날 생산되는 수소 대부분은 현장에서 다른 것을 만드는 데 쓰임. 옮기면 비용과 복잡성만 늘어남
    Terraform이 전해조 쪽에서 진전을 보인 것 같지만, 샴페인을 터뜨리기엔 이름. 이들의 합성가스는 여전히 천연가스보다 한 자릿수 규모로 더 비쌈. 가장 싼 축에 드는 더러운 연료를 훨씬 비싼 깨끗한 대안으로 바꾸자는 가치 제안은 제한적임. 포집 탄소를 사용하는 과정도 결국 전부 대기로 다시 내보냄. 대부분의 용도에서는 합성가스로 바꾸면 깊은 적자 영역에 들어가고, 그 전에 다른 대안을 많이 검토하게 될 것임
    이들이 제시한 가격대의 그린 수소는 그레이 수소를 대체해 기존 수소 사용을 정화하는 데 추가 비용을 감수할 만한 단계에 가까워 보임. 비료 생산이나 다른 화학 공정 같은 용도임. 여전히 더 비싸지만 보조금과 인센티브로 차이를 메울 수 있음
  • Terraform Industries가 짚은 또 다른 점은, 태양광으로 천연가스를 만드는 방식이 가장 싼 천연가스 생산 형태가 될 수 있다는 것임
    기존 화석연료 산업을 우회해, 땅이 아니라 공기에서 탄화수소를 끌어오면 탄소 중립을 유지할 수 있음. 산업 전체를 새로 발명할 필요가 없음
  • 수소가 현실적이지 않을 수 있다는 점은 다른 사람들이 짚었지만, 반대 방향인 메탄올이나 더 무거운 탄화수소가 훨씬 더 흥미로워 보임
    저장과 밀도 측면에서 훨씬 쉽고, 대기 성분에서 합성하므로 더 무거운 탄화수소 사용을 괴롭히는 오염물, 특히 황화합물을 걱정하지 않아도 됨
    여러 면에서 더 나은 건 비정질 탄소로 가는 것일 수도 있음. 대기 CO2로 석탄을 만들 수 있다면 운송성, 특히 안전성과 신뢰성 측면에서 큰 이득임
  • 수소는 저장이 훨씬 어려움
    어떤 용기에 넣어도 쉽게 빠져나가고, 금속으로 담으려 하면 수소 취성을 일으킴. 버려진 소금 광산에는 저장할 수 있는 듯하고 언젠가 그렇게 쓰게 되겠지만, 그런 장소가 항상 가까이 있는 건 아님

• HN에서는 다른 Terraform을 더 자주 봐서, 제목을 아마 “Terraform Industries...”로 했을 것 같음

• 어떤 용도에서 전기라는 고급 에너지를 액체연료 같은 저급 에너지로 바꾸는 게, 그 용도를 전기화하는 것보다 가치가 있을까?
  전기를 운동으로 바꾸는 건 연료를 태워 열을 만들고, 기체 팽창으로 피스톤을 움직이고, 회전으로 바꾸는 사슬보다 입력 에너지 대비 훨씬 효율적임. 내가 놓치는 게 뭘까?

  • 햇빛이 나는 시간대의 전기는 최고급 에너지가 아님. 캘리포니아는 지난해 재생에너지 비중이 19%에 불과했는데도 약 32TWh 전기를 버렸음
    4월 정오에는 전력을 공짜로 줘도 가져가지 않음. 이 사실이 신규 태양광 건설의 큰 장벽임. 이 주제에 대한 “Learning is not enough” 같은 학술 연구를 보면 됨
    또 우리는 화석연료를 비료와 플라스틱의 원료로도 쓰므로, 비효율적인 연소와 무관한 중요한 전력-대-X 응용이 있음
    화석연료에서 벗어나려면 Terraform 같은 무언가는 아마 존재해야 함
  • 화학연료는 전기보다 저장과 운송이 압도적으로 쉬움. 배터리는 탱크에 비해 무겁고 비쌈
    시간에 따라 생기는 잉여 전력은 재생에너지 비중이 높은 전력망에서 사실상 보장되는 상황이고 거의 공짜이므로, 효율 걱정은 대체로 덜 중요해짐
    초과 용량을 버리는 대신 화학연료를 만들고, 나중에 첨두부하 발전소에서 태우는 저장 수단으로 쓰거나, 트럭·비행기·선박처럼 에너지 밀도가 중요한 이동 용도에서 연료로 쓸 수 있음
  • 놓치고 있는 건 저장 밀도임. 휘발유와 천연가스는 대략 50MJ/kg 수준이고, 배터리는 10MJ/kg 이하에 가까움. 이 5배 차이가 전기 비행기를 막고 있음
  • 기존 가스관을 이용해 엄청나게 많은 기존 주택을 난방하고, 기존 비료와 화학 공장을 돌리고, 회복탄력성을 위한 가스 첨두/백업 발전을 하는 데 필요함
    가스 저장은 배터리보다 훨씬 저렴함. 모든 신규 건축이 전기식이 되더라도, 우리는 수십 년 동안 가스 중심 인프라를 지어왔음. 독일의 모든 집 보일러를 10년 안에 히트펌프로 바꾸는 일은 일어나지 않을 것임
  • 에너지의 계절 저장은 연료 형태가 아니면 실질적으로 어려울 가능성이 큼. 또 전기를 고온 열로 쉽게 바꾸는 경로도 없음

• 어느 정도 인상적이긴 하지만, 오늘 Climate Town의 “Natural Gas is Scamming America”(https://youtu.be/K2oL4SFwkkw)를 보고 나니 천연가스 산업 전체가 믿기 어려울 정도로 오염돼 보임
  원래도 긍정적으로 보진 않았지만, 전체적으로 천연가스는 기후변화 측면에서 석탄만큼 또는 그 이상 해로워 보임. 주된 이유는 엄청난 누출이고, 다른 나라로 천연가스를 운송하는 데 드는 에너지도 큼
  탄소 중립 천연가스를 만든다는 아이디어는 훌륭해 보이지만, 에너지를 기후변화를 가장 강하게 유발하는 가스 중 하나에 담는 건 피할 수 없을까?

  • 이런 방식은 다른 나라로 운송할 필요를 줄일 수 있음. 원하는 곳 어디서든 만들 수 있기 때문임
    지금은 땅에서 화석연료를 뽑아낼 수 있는 장소에 묶여 있어서, 한 곳에서 다른 곳으로 운송해야 함. 대기 추출은 그렇지 않음
  • 나도 비슷한 느낌임. 메탄 누출이 문제라면 H2 누출은 더 큰 문제일 수 있음. 훨씬 새기 쉽고 훨씬 부식성이 큼
    https://link.springer.com/article/10.1007/s10311-021-01322-8
    흥미로운 논문임
  • 천연가스를 대기에서 포집했다면, 유출은 나쁘겠지만 포집 전보다 더 나쁘진 않은 것 아닌가?
  • 맞음. 게다가 이들은 “쉽게 운송 가능하다”고 주장하는데, 기존처럼 메탄을 습관적으로 새는 시스템에 밀어 넣는다면 그 둘은 양립하기 어려워 보임. 기후변화에는 끔찍함
  • 그린 수소와 다른 전자연료는 가스 산업 인프라를 계속 살아 있고 의미 있게 만들려는 시도임. 계산을 뜯어보면 전혀 말이 안 되는데, 듣기에는 그럴듯함

• 석유 산업도 육류 산업을 따라 해서, 이게 사실은 인공 가스라 소비자를 오도한다고 말하게 될까?