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Aug 18, 2023

더 깨끗하고 친환경적인 파이프라인 시스템 뒤에 숨은 과학

로스앨러모스 국립 연구소(Los Alamos National Laboratory) 연구원들은 수학적 모델링을 통해 기존 파이프라인 시스템에서 수송하기 위해 수소와 천연 가스를 안전하게 혼합하는 방법을 보여줄 수 있다고 보고했습니다. 안전하고

로스앨러모스 국립 연구소(Los Alamos National Laboratory) 연구원들은 수학적 모델링을 통해 기존 파이프라인 시스템에서 수송하기 위해 수소와 천연 가스를 안전하게 혼합하는 방법을 보여줄 수 있다고 보고했습니다. 안전하고 신뢰할 수 있는 수소로의 전환은 순 탄소 제로 경제로의 전환을 위해 제안된 솔루션 중 하나입니다.

PRX Energy 저널에 게재된 모델링에 관한 새 논문의 공동 저자인 Anatoly Zlotnik. 로스 알라모스 국립 연구소(Los Alamos National Laboratory)의 수학자 Zlotnik은 에너지 전달 시스템의 모델링, 설계 및 제어에 대한 전문 지식을 보유하고 있으며, “천연 가스 파이프라인에 수소를 혼합하면 가스 흐름 방식이 바뀌어 운영자에게 새로운 조건이 만들어집니다. 우리의 모델링은 천연가스 파이프라인 네트워크에 수소를 점진적으로 주입하면 안전하고 예측 가능한 운영이 가능하다는 것을 보여줍니다.”

논문에 따르면 Zlotnik과 그의 Los Alamos 동료들은 비선형 편미분 방정식을 사용하여 파이프라인 시스템을 통해 천연가스와 수소의 이종 혼합물을 운송하기 위한 모델을 개발했습니다. 인프라 모델링에는 압축기 및 조절기 장치, 정의된 압력 및 수소 혼합으로 네트워크에 가스를 주입하는 공급 스테이션, 네트워크에서 혼합물을 회수하는 흐름 스테이션이 포함됩니다.

파이프라인 운영 문제 해결

기존 천연가스 파이프라인 네트워크에서 수소를 운송하면 운영자는 탄소 배출 화석 연료를 줄이기 위한 전략의 일환으로 이러한 광범위하고 값비싼 시설의 유용성을 극대화할 수 있습니다. 수소는 대부분 메탄으로 구성된 천연가스보다 훨씬 가볍기 때문에 수소를 혼합하면 파이프라인 운영이 새로운 방식으로 어려워집니다.

Los Alamos 팀의 수학적 모델링을 통해 천연가스 파이프라인에 주입되는 수소의 변화율을 제한하면 크고 빠른 압력 변화를 방지할 수 있다고 판단했습니다. 파이프라인 네트워크를 시뮬레이션하는 팀의 방법을 통해 운영자는 주입 속도에 대한 표준을 개발할 수 있습니다.

수소는 이산화탄소를 배출하지 않는 청정 연료로서 여러 가지 장점을 제공합니다. 연료전지에서는 수소와 산소가 전기를 생성하여 자동차, 트럭 및 시설에 전력을 공급합니다. 수소는 가정용 화로 및 건조기와 같은 가전제품에 사용하기 위해 천연가스와 혼합될 수도 있고, 제조 시설에 전력을 공급하거나 전기를 생산하기 위해 연소될 수도 있습니다.

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매우 가벼운 수소를 더 무거운 가스로 펌핑할 때 발생하는 압력 변화를 처리할 수 있는 방법을 확보하는 것은 중요한 개선입니다. 혼합가스 시스템은 매우 좋은 아이디어인 것 같습니다.

강철의 수소 취성 문제가 남아 있습니다. 그것도 작은 문제가 아닙니다. 단순한 강철 용기에 압력을 가하면 수소가 강철에 스며들게 됩니다. 마치 수소가 압력을 가하면 모든 것에 흡수되는 것처럼 보입니다. 상당한 양을 얻으려면 압력이 상당히 높아야 합니다. 시간이 지남에 따라 수소는 강철을 부서지기 쉬운 수소 합금으로 만들고 쉽게 조각화될 수 있습니다. 부서지기 쉬운 용기의 고압은 상당히 불쾌한 가능성을 제공합니다.

수소를 일부 탄소와 합금하고 압력을 줄이거나 제거하고 가능한 결과로 인해 저장 용기가 파괴되는 것이 실제로 더 나을 것입니다.

작성자: Brian Westenhaus, New Energy and Fuel

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