저탄소 경제 및 기업 ESG 보고에 광학 가스 이미징 기술을 활용하는 방법

광학 가스 이미징 카메라는 가스 누출 여부를 신속하게 식별하고 배출 가스를 확인하여 정확하게 정량화 해줌으로써 효율적인 시설 운영과 책임 있는 기업 활동 영위를 가능케 해주는 등 다양한 용도로 활용이 가능한 기기입니다.

Joshua Anhalt, GreenPath Energy 및 Craig O'Neill, FLIR Systems

진화하는 규제 환경과 책임 있는 기업 시민으로서의 역할을 둘러싼 관심의 증가 속에서 석유 및 가스 관련 기업들은 시장 경쟁력을 유지하기 위해 온실 가스(GHG) 배출을 효과적으로 통제하는 저탄소 경제로의 전환을 준비하고 있습니다.

석유 및 가스 산업에서 기업의 탄소 배출량 감축 목표는 대부분 경영진에 의해 설정되는 반면, GHG 배출량의 감지 및 정량화와 관련된 세세한 데이터나 정보는 현업에서 생성됩니다. 광학 가스 이미징(OGI) 카메라는 이러한 데이터와 정보를 발견하고 식별하는데 매우 탁월한 역량을 발휘합니다.

이번 사례 조사에서는 끊임없이 변화하는 저탄소 경제의 특징과 OGI 기술을 이용해 수익성과 환경 보존성을 동시에 확보할 수 있는 방법을 살펴보았습니다.

석유 및 가스 기업들은 어떤 ESG 비전을 가지고 있을까요?

ESG(환경, 사회, 기업 거버넌스)는 사회/공공의 기대, 시장 및 기타 요인에 따른 책임 있는 기업 경영을 의미하는 비교적 새로운 개념입니다. 윤리적으로 원료를 확보한 초콜릿만 공급하는 제과 업체나, 미분쟁 다이아몬드만 거래하는 보석상 등이 ESG를 실현하는 예라고 볼 수 있습니다.

궁극적으로 책임 있는 경영을 구현하는 기업은 수익에도 긍정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 투자자들의 경우, 위험을 회피하려는 성향이 있기 때문에, 석유나 가스 기업이 기후 변화에 대응하기 위한 조치가 사업 측면, 혹은 마케팅 측면에 위험을 유발하는 경우에는 장기적으로 가치가 없다고 판단할 가능성이 높습니다.

이에, 석탄 화력, 태양광, 풍력, 원자력 분야와 치열한 경쟁을 펼쳐야 하는 석유 및 가스 기업들은 탄소 초과 배출 시에 부과되는 세금과 환경 오염을 유발하는 기업 활동에 눈살을 찌푸리는 일반 대중의 성향을 강조함으로써 ESG에 대한 투자를 이끌어 내야 합니다.

관건은 메탄 가스입니다. 지구 온난화 지수 (GWP)[i] 가 25로 알려진 온실가스로 분류되는 메탄은 방출 이후 최초 20년 동안 이산화탄소보다 84배 더 강력한 효과를 발휘합니다. 규제 지역의 석유 및 가스 기업은 메탄 배출량을 보고하고 누출 및 배출원을 추적, 관리 및 제한하는 방안을 규제 당국에 입증해야 합니다.

누출은 나사산 연결부, 점검용 해치, 압력 방출 밸브, 오작동하는 장비(예시: 플레어 및 증기 회수 시스템) 등에서 공학 설계상 의도치 않은 설비나 구성 요인에서 발생할 수 있습니다. 환기 시스템의 경우, 공학적으로 가스를 방출되도록 설계가 되어 있지만, 차량 탑승 시에 안전띠가 의무화 된 사례나, 모든 항공편의 금연이 의무화 된 사례처럼 단계적으로 사용이 폐지되고 있습니다. 방출되는 가스는 과거에 펌프, 공압 또는 제어 밸브에 추력을 제공하는 용도로도 사용된 바 있지만, 과학적 연구와 사회적 요구에 따라 규제 기관들은 최근, 가스의 방출을 완전히 억제하고 환기 시스템의 사용을 최소화 시킬 수 있는 규제를 수립하고 있습니다.

아울러, 가스 누출과 가스 배출은 규제 / ESG 보고 / 수익화 목적에 따라, 그 개념이 각기 다르게 사용되고 있습니다. 예를 들어, 가스가 누출되고 있는 플랜지와 배기 압축기의 씰은 각각 규제의 결과와 방향이 각기 다르지만, ESG 보고 시에는 동일하게 취급됩니다(메탄은 방출원에 관계없이 메탄이기 때문입니다). 또한 누출은 관리 및 수리가 간단하지만 환기 시스템을 제거하려면 일반적으로 설비, 인적 자원, 장비에 대한 자본 투자를 요하기 때문에 구현이 조금 더 복잡한 사안입니다.  

누출원과 벤트(vent) 시설을 모두 확인하고 기록했다면, 탄소 발자국 관련 내용을 당국에 보고할 수 있습니다. 이를 기반으로 기업은 배출을 줄였을 때 거둘 수 있는 최대 수익을 산출하고 관련 지출을 최소화 시켜줄 수 있는 솔루션을 구현하는 등 다양한 조치를 취할 수 있습니다.

예를 들어, 어떤 시설의 메탄 배출을 감소시키는 사업의 비용이 1톤당 약 7달러에 책정되어 있다고 가정해 보겠습니다. 만약, 이 시설이 탄소 상쇄 시장을 통해 포집한 배출 가스를 1톤당 12달러에 판매할 수 있다면, ESG 보고를 시행하고 환경 차원에서 보다 책임 있는 기업 시민으로 거듭나는 동시에 사업의 1톤당 5달러에 달하는 투자 수익률(ROI)까지 확보하는 것이 가능합니다.

OGI, GHG, ESG와 기업의 수익성

과거, 메탄 관련 GHG/ESG를 보고를 하던 기업들의 경우, 모델링된 배출 계수를 사용하는 하향식 재고 체계에 의존하곤 했습니다. 배출 계수는 이론적으로 특정 나사 연결부, 플랜지 또는 기타 시설 구성 요소가 일정량의 가스를 방출한다는 것을 나타내기 위해 사용되는 수치입니다.

예를 들어, 한 시설에서 500개의 스레드 연결부를 식별한 기업이 있다고 가정해 보겠습니다. 스레드 연결부를 식별한 다음에는 배출 계수[ii] 0.01m³ /시간을 곱해야 합니다. 배출 계수는 시설의 이론적 배출률(해당 사례에서는 5m³/시간 또는 43,000m³/년)을 제시해 줍니다.

특정 배출원을 감지하고 측정하는 기술이 제한적이었기 때문에 과거에는 하향식 보고 체계에 의존해야만 했습니다. 이러한 배출 계수 모델링은 당국 보고를 위한 “목표”를 설정하는데 사용되지만, 그 기준은 상당히 광범위한 편입니다. 배출 평가는 제반 가정과 산출된 배출 계수를 기반으로 시행됩니다. 특히, 가정 수립 시에는 모든 연결부에서 누출이 발생한다는 가정이 활용되지만, 실제로 누출이 발생하는 연결부는 극히 소수이기 때문에 평가의 정확도는 상당히 떨어지게 됩니다. 또한, 하향식 보고 체계는 작업자에게 누출이 실제로 발생하는 위치를 알려주지 않기 때문에 누출을 수리하고 궁극적으로 해결해야 하는 문제인 배출 가스 문제를 해결하는데 큰 도움이 되지 않습니다.

이에, 업계에서는 각 시설에서 무슨 일이 일어나고 있는지, 누출되는 가스와 배기되는 가스를 구분하기 위한 현장 솔루션으로 OGI 기술이 급부상하고 있습니다. 이러한 OGI 및 최첨단 정량 측정 솔루션 등을 도입한 기업들은 데이터를 기반으로 GHG/ESG 보고의 정확성을 높이고 있습니다.

그러나 OGI 카메라와 같은 LDAR(누출 감지 및 수리) 도구는 탁월한 효율성 때문에 필요성에 의문을 품는 사람들과 대립하는 경우도 있습니다. 이러한 측면에서 사람들은 OGI 기술이 효익 체감 법칙의 적용을 받습니다. 즉, 한 번 발견된 누출 문제를 고치면, 다시는 가스가 새어 나올 것이라고 생각하지 않는다는 뜻입니다.

그러나 실제 현실에서는 수리를 해도 고장이 재차 발생하는 경우도 많고, 최고의 실력을 갖춘 검사원도 경우에 따라서는 한 시설에서 수천 개의 구성 설비를 살펴보아야 하기 때문에 누출을 놓치고 넘어갈 위험도 있습니다. 콜로라도 주에서 발간한 2018 LDAR 연례 보고서 (2019년 말 발행)를 한 번 살펴 보도록 하겠습니다. 콜로라도 주 소재 석유 및 가스 업계의 성실한 보고 및 누출 완화 노력에도 불구하고 2015~2018년의 데이터에 따르면, (2015년 초기 일시적인 감소 이후) 매년 발견/보고는 누출 건수는 계속해 비슷한 수준을 유지하고 있습니다.

따라서 OGI 카메라는 즉시 기대할 수 있는 선행 ROI 이외에도 새로운 문제를 감지하고 배출량을 정량화 해줌으로써 앞으로 수십 년에 걸쳐 온실 가스 모니터링이 필요한 저탄소 경제 환경에서 석유 및 가스 기업에 가치를 제공할 수 있습니다.

또한, 배출량을 최대한 줄이기 위한 자본 투자를 고려할 때, OGI 카메라는 가장 효율적으로 비용을 지출할 곳을 찾는 데에도 큰 도움을 주어, 사업 활동에 상당한 영향을 미칠 수도 있습니다. 예시를 한 번 살펴 보겠습니다.

• OGI 사업(전문 기술자 고용, 트럭 및 카메라 구매, 물류 처리 등)를 시행하는데 연간 200만 달러를 지출한다고 가정해 보겠습니다. 그런데 미래 수익성 확보를 위해 주주, 이해 관계자 등으로부터 1,500만 달러의 투자를 유치할 수 있다면, 자본을 어떻게 활용해야 할까요? OGI가 모든 것을 해결할 수 있는 것은 아니지만, 회사가 취할 수 있는 조치나 대응안을 확장하는 데에는 큰 역할을 할 수 있는 매우 귀중한 자산입니다.
• 규제 당국의 조사원이 시설에서 배출되는 가스를 측정하기 위해 항공기를 타고 시설 위를 지나갑니다. 회사는 OGI 카메라가 지급된 기술자를 파견하여 누출 위치를 신속, 정확하게 파악하고 방출되는 가스의 양을 확인할 수 있습니다. 아울러, 기술자 현장 방문의 효율성을 제고하고 어떤 구성 요소에 문제가 발생했는지 정확하게 결과를 확인할 수 있습니다.
• 탄소세는 벤트 수의 감축을 유도합니다. 100,000톤 이상의 탄소를 배출하는 캐나다 소재의 시설은 100,000톤을 초과하는 1톤당 약 30달러 상당의 수수료(수수료는 매년 10달러씩 증가하여, 2022년에는 50달러가 될 예정)을 지불해야 합니다. 자체 배출 정화 사업에 투자하는 기업은 단기 자본 지출을 통해 시설의 배출량을 100,000톤 이하로 떨어뜨려 장기적으로는 비용 절감 효과를 거둘 수 있습니다.

OGI를 사용하여 누출이 발견되고 벤트가 확인될 경우, 석유 및 가스 기업은 몇 가지 옵션을 통해 이러한 배출원을 제거할 수 있습니다. 예를 들어, 메탄 연료 가스를 배출하는 펌프, 오작동 및/또는 가스 배출량이 많은 공압 장치는 깨끗한 기기 공기로 대체하거나 전기로 작동하는 설비로 개조/교체하면 문제를 해결할 수 있습니다. 컴프레서 씰, 탱크 벤트 및 케이싱 가스를 포함한 벤트는 벤트 가스 포집 시스템을 사용하면 그 영향을 제한할 수 있습니다. 이러한 시스템은 포집된 가스를 사용하여 현장에서 연료 가스를 소비하는 설비(예시: 난방 설비)에 전달하거나, 에너지를 사용하여 유용한 부가 혜택(예시: 전기 발전)을 제공할 수 있습니다.

결론

OGI는 시설의 운영 효율성에 기여하면서 동시에 누출을 정확하게 감지하고 결함이 발생한 설비나 구성 요소를 식별해 줌으로써 석유 및 가스 기업이 저탄소 경제에서 우수한 성과를 낼 수 있게 도와주는 매우 효과적인 도구로서 자리를 잡아 가고 있습니다.

미국의 연방 환경 규제(미국의 지난 행정부가 철폐/완화한 환경 규제는 현 행정부가 다시금 강화 시킬 가능성이 높음)는 최근 다양한 변화를 겪으며 혼선을 가져다 주기도 했지만, 환경을 규제하는 여타 당국 기관은 여전히 강력한 규제를 시행 중이고 무책임한 기업을 비판하는 기관도 다양하게 그 역할을 수행하고 있습니다.

예를 들어, EDF(환경보호펀드)는 방출 감지 위성을 저고도에서 공공 영역을 조사하는 고정익 항공기에 이어 2022년에 도입할 계획이라고 밝힌 바 있습니다. 대부분의 경우, 이러한 기관이 제공하는 정보는 일반 대중에 공개되고 있습니다(예시: 메탄과 밀접한 관계가 있는 이첩기 분지 지도 정보).방출 감지 위성 기술의 경우, 대규모 배출원을 강조하는데 효과적일 수는 있지만, 실제로 누출원을 찾는데 있어 하향식 재고 접근 방식과 동일한 문제에 노출되어 있습니다.

누출을 최소화하고 벤트를 제거하는 기업은 이러한 노력이 멀티 툴을 활용한 접근 방식과 적극적인 참여를 요구하는 장기적인 투자라는 점을 인정하고 이행해야 합니다. 시간이 지남에 따라, 새로운 시설로 업그레이드되고 오래된 유정은 폐쇄, 새로운 유정은 저탄소 배출을 특징으로 하는 태양광 및 그리드 전력으로 강화될 것입니다.

각종 규제는 석유 및 가스 기업이 방출할 수 있는 가스의 종류와 양을 점점 더 제한하고 있지만, 업계에서는 입을 모아 목표 추진에 힘을 싣고 있습니다. 기업들은 규제 당국에 대한 부정적인 인식보다, “동반자”라는 관점을 가지고 기업 시민으로서의 책임을 다하기 위해 점진적인 노력을 기울이고 있습니다.

실제로 62개(대부분 유럽 소재)의 석유 및 가스 기업들로 이루어진 한 그룹은 최근 2014년에 출범한 OGMP(오일, 가스 및 메탄 파트너십)의 일환으로 UN 관련 당국에 메탄 배출량을 보고하는데 동의하기도 하였습니다. 해당 협정은 메탄 배출과 관련하여 2025년까지 2015년 수준에서 45% 감축, 2030년까지 2015년 수준에서 60%를 감축한다는 매우 과감한 목표를 설정하고 있습니다. 대상 기업들은 2030년 감축 목표 달성 대신 업스트림 생산 과정에서 0에 가까운 배출량 달성을 위한 노력을 기울일 수도 있습니다.[iii]

미래의 이상적인 에너지원에 대한 논의는 앞으로도 계속 이어질 전망이지만, 지금도 더 밝은 미래를 위해 기업들이 펼칠 수 있는 노력은 다양합니다. OGI는 그런 밝은 미래를 실현하는데 큰 도움을 줄 수 있는 수단입니다. 석유 및 가스 기업들은 OGI 기술을 바탕으로 더욱 깨끗한 공기, 긴밀한 공조가 이루어지는 기반 시설, 더 나은 효율성을 촉진할 수 있습니다.

저자 정보

Joshua Anhalt GreenPath Energy, Ltd의 창립주 겸 사장인 Anhalt는 석유 및 가스 에너지 분야에서 20여 년의 경력을 보유한 석유 및 가스 메탄 배출 전문가로서 Red Seal Journeyman Instrumentation 관련 경험과 메탄 가스 배출 감지 및 측정, 규제, 완화, 사업 개발에 대한 광범위한 경험을 보유하고 있습니다.

Craig R O'Neill 17여 년 동안 FLIR에서 근무한 바 있는 Craig R O'Neill은 2005년 6월 상업용 광학 가스 이미징 카메라가 시중에 출시된 이후, 광학 가스 이미징 시장에서 활약하고 있습니다. 현재, 그는 광학 가스 이미징 사업 부문과 석유 및 가스 산업 분야를 대상으로 FLIR 솔루션 전략의 글로벌 총괄직을 담당하고 있습니다. 그는 고객, 업계 이해 관계자, 전략적 파트너 등을 대상으로 판매, 마케팅, 엔지니어링, 제품 관리를 포함하여 수직 통합식으로 운영되는 FLIR 산업용 카메라 사업부의 다양한 업무를 감독하고 있습니다. O’Neill의 목표는 석유 및 가스 산업의 요구를 충족시킬 수 있는 FLIR 솔루션을 제공하는 것입니다.

GreenPath Energy Ltd. 소개

2007년에 설립되어, 캐나다 앨버타 주 캘거리에 본사를 두고 있는 GreenPath는 석유 및 가스 기업을 위한 배출 감지, 측정, 감축, 보고 및 제거 솔루션을 전문으로 다루는 기업입니다. 각종 장비, LDAR용 OGI, 메탄 배출 감지 및 정량화 관련 대안 기술, 배출 감소 사업 개발 등 서비스도 제공하고 있습니다. 기술 관련 전문 지식과 메탄 배출에 대한 다양한 경험을 바탕으로 GreenPath는 고객에게 상당한 규모의 배출 감축과 규제 준수, 자본의 효율적인 지출 등의 효과를 가져다 줄 수 있는 솔루션을 제시합니다. 자세한 정보는 홈페이지 (www.greenpathenergy.com)를 방문해 주시기 바랍니다.

FLIR Systems, Inc. 소개

지난 1978년, 오리건 주 윌슨빌(본사)에 설립된 FLIR Systems는 세계 센서 시스템 시장을 이끄는 기업입니다. 현재, FLIR 제품은 감지 및 인식 역량 향상, 생명 구조, 생산성 향상, 환경 보호 등을 위해 활용되고 있습니다. 약 3,500명의 직원을 보유한 FLIR의 비전은 열화상 및 관련 기술을 활용해 보안 및 감시, 환경조건 모니터링, 실외 레크리에이션, 머신 비전, 내비게이션 및 첨단 위험 감지를 위한 혁신적이고 지능적인 솔루션을 제공하는 "전세계인의 Sixth Sense(육감)”으로 거듭나는 것입니다. 자세한 정보는 홈페이지 (www.flir.com)를 방문해 주시기 바랍니다. 아울러, 트위터 계정 @flir를 팔로우하면, 다양한 소식을 받아 보실 수 있습니다.

[i] 지구 온난화 지수(GWP)는 온실 가스가 주어진 기간(보통 100년) 동안 얼마나 심각한 온난화를 야기할 수 있는지를 나타냅니다. GWP 체계에서 CO₂ 는 값이 1입니다. 따라서 1kg의 메탄은 1kg의 CO에 비해 100년 동안 25배 더 많은 온난화를 유발하는 것으로 이해할 수 있습니다.

[ii] 당해 사례를 위해서 생성된 계수입니다. 실제 배출 계수는 시설, 장비 등에 따라 상이합니다.

[iii] Frazin, Rachel. “석유 및 가스 기업 수십 곳, 메탄 감축 목표에 동의” 더 힐, 2020년 11월 23일, thehill.com/policy/energy-environment/527234-dozens-of-oil-and-gas-companies-agree-to-methane-reduction-targets