메탄 관리 – 비트코인 채굴에서 지속 가능한 항공 연료 생산까지

메탄을 기후 폭탄에서 자원으로 전환하기

Methane (CH₄), the main component of natural gas, is a greenhouse gas (GHG) CO2보다 28배 더 강력합니다. So, methane emissions can accelerate global warming in the short term. The only “good news”, is that it lasts 12 years in the atmosphere instead of centuries for CO2.

하지만 최종적으로 상층 대기에서 파괴되더라도, CO2로 변환되어 여전히 온실 효과를 일으킵니다.

따라서 기후 측면에서 메탄 배출은 CO2 배출만큼, 혹은 그보다 더 중요하며, 가장 중요한 온실 가스 중 하나가 됩니다.

출처: EPA

메탄은 다양한 원천에서 발생하며, 그 중 다수는 인간 활동과 직접적으로 연결되어 있습니다.

첫 번째는 화석 연료이며, 천연 가스 누출이 주요 원천이고 석탄 광산 및 석유 매장지에서도 누출이 발생합니다.

또 다른 원천은 농업으로, 유기물이 산소가 없는 상태에서 발효될 때 발생합니다. 이는 주로 소, 양, 염소와 같은 반추동물의 소화 시스템(장내 발효)에서 일어나지만, 물에 잠긴 논이나 산소 공급이 부족한 유기물 더미에서도 발생할 수 있습니다.

마지막으로, 매립지는 매장된 유기물이 분해되어 메탄을 생성하는 주요 원천입니다. 폐수 처리 시설도 유사한 원천으로, 방치될 경우 바이오가스를 생산합니다.

출처: EPA

메탄은 심해에 존재하는 고체 형태의 메탄 수화물(‘불의 얼음’)이나 북극의 얼음에 갇힌 메탄 매장량 등으로 인해 더 큰 문제가 될 수 있습니다.

기후 온난화는 이러한 자연 메탄 매장량을 불안정하게 만들어 배출이 증가하고, 다시 온난화가 가속화되는 파괴적인 피드백 루프를 초래할 수 있습니다. 우리는 이 주제에 대해 “메탄 관리가 기후 목표 달성의 핵심일 수 있다 – 메탄은 어디서 나오며 무엇이 이루어지고 있는가?”에서 자세히 논의했습니다.

하지만 이것이 전부 비관적인 것만은 아닙니다. 메탄은 귀중한 에너지 자원이며 산업용으로 활용될 수 있는 강력한 유기 물질 원천입니다.

A new method recently discovered could even help turn methane from landfills into sustainable jet fuel.

폐기물에서 항공 연료로

A key issue with the utilization of biogas is that it requires one of the two options:

1. Building an extensive pipeline network to bring it to industrial and urban centers in order to replace natural gas from fossil fuels.
2. Find a way to use it on-site.

This limitation is because biogas is very volatile, and cannot be transported in that form easily over long distances. It is a very different hydrocarbon with longer chains (like oil) which are easy to transport in a denser liquid form.

In parallel, some economic sectors are very hard to decarbonize, like aviation, which still relies 100% on liquid hydrocarbon to provide a fuel dense enough to power flight.

So it would make a lot of sense to collect biogas from landfills and wastewater stations, and turn it into valuable jet fuel.

We discussed in detail biogas and how it is currently utilized in our article “Carbon Neutral Biogas – Top 5 Biomethane Stocks ”.

항공 연료 생산을 위한 플라즈마

Researchers at the University of Sydney, Australia, and the Xi’an Jiaotong University in China have discovered a way to improve a method utilizing methane, called atmospheric nonthermal plasma (NTP). One great advantage of this method is that it can take CO2 and methane, and turn it into useful hydrocarbons at room temperature, which drastically lowers the capital needed and the complexity of the project.

The issue with NTP is that it is only able to produce very simple hydrocarbon compounds like formic acid (HCOOH), ethanol (CH3CH2OH), isopropanol (CH3CHOHCH3), and acetic acid (CH3COOH).

‘비열 플라즈마 기반 바이오가스 업사이클링을 통한 장쇄 탄화수소’라는 제목의 과학 논문에서, 미국 화학 학회지(JACS)에 게재된 연구진은 NTP 방식을 이용해 보다 복잡한 탄화수소를 생성하는 데 성공했다고 발표했습니다.

출처: JACS

연구진은 메탄 함량이 높고 CO2 함량이 낮은 가스 혼합물에 NTP를 적용하면 최종 결과물에 훨씬 더 복잡한 탄화수소가 포함된다는 것을 발견했습니다. 또한 주로 합성가스(H2와 CO)와 액상 알코올 및 산을 생산합니다.

합성가스는 거의 모든 석유화학 산업의 주요 원료입니다. 알코올 및 카복시산과 같은 산소 함유 제품은 포화된 장쇄 탄화수소로 전환될 수 있습니다.

출처: JACS

So, most of the methane (biogas) from landfills can be converted into petrochemical feedstock and liquid long-chain hydrocarbons used to produce jet fuel.

효율적이고 친환경적인 공정

The cherry on the cake is that by controlling the concentration of methane, the researchers managed to control the composition of the final product.

So the process could be further fine-tuned to yield the exact hydrocarbon we need to produce carbon-neutral jet fuel from methane emissions.

Because NTP creates a plasma in atmospheric conditions, it does not require heat or pressure. This drastically reduces the energy requirement, meaning that the process could be entirely powered by renewable energy sources.

메탄 폐기물의 종말

This new utilization of plasma to turn methane into jet fuel is one among many innovations looking to utilize methane that was until now wasted.

Another example of such innovation is how waste methane is also being used to mine Bitcoin. This is especially relevant for methane from sources like remote oil wells or coal mines. This type of methane is usually flared, its energy wasted and a large part of the methane sent into the atmosphere un-burned.

This shows how short-term criticisms of innovations, like the energy consumption of Bitcoin and cryptocurrency, or the impossibility of turning jet fuel “green”, are often short-sighted and fail to take into account the possibility of synergy between new technologies.

메탄 활용 기업

1. Greenlane Renewables Inc. (GRN.TO)

Greenlane은 바이오가스 업그레이드, 즉 기존 시설(폐수 처리장이나 매립지 등)에 바이오가스 생산을 추가하는 프로세스를 전문으로 합니다. 전 세계에 140개의 시스템을 배치했으며 업계 1위입니다.

출처: Greenlane

Greenlane은 자체 장비로 생산된 바이오가스 총량에서 경쟁사들을 크게 앞서며, Air Liquid와 같은 산업 대기업보다도 앞섭니다. 또한 Air Liquid와 Wartsila(바이오가스가 전체 활동 중 작은 비중을 차지함)를 제외하면, Prodeval, DMT, Bright biomethane 등 Greenlane의 주요 경쟁사들은 상장되지 않았다는 점도 주목할 만합니다.

출처: Greenlane

회사는 바이오가스 생산을 위해 3가지 기술(멤브레인, 워터 워시, PSA-압력 스윙 흡착)을 제공하며, 현지 조건과 원료에 따라 최적의 선택이 가능합니다. 이를 통해 가스에서 질소, CO2, 산소 및 잠재적 유독 불순물 등을 제거할 수 있습니다.

2023년 9월, Greenlane은 설탕꽁초, 매립지, 가축분뇨 등 각 바이오가스 생산 분야에 맞춘 핵심 설계가 포함된 새로운 제품 라인을 출시했습니다.

이 회사는 3가지 솔루션을 모두 제공할 수 있는 유일한 공급업체로, 독특한 상황에 최적의 기술을 도입하려는 고객에게 좋은 선택이 됩니다.

출처: Greenlane

회사의 주요 성장 분야는 브라질(전 세계적인 농업 강국)이며, 최근 산업 규모 생산을 위한 계약을 체결했습니다.

이 계약은 Petrobras의 연료 유통 부문이었던 VIBRA가 50%를 보유한 ZEG Biogás와 체결되었습니다. 목표는 5년 내에 75개 이상의 현장에서 생산을 달성하는 것입니다.

Greenlane은 바이오가스를 생산하는 기업이 아니라 바이오가스 생산 장비를 판매하는 기업이므로, 전 세계 바이오가스 솔루션 채택 속도를 반영하는 ‘삽과 곡괭이’형 주식으로 볼 수 있습니다. 그리고 이 분야에서 가장 큰 상장 주식이기도 합니다.

바이오가스를 수집하는 엔지니어링 솔루션을 전문으로 하는 기업으로서, Greenlane은 이 자원을 수익화하고 활용하는 지속적인 개선으로 큰 혜택을 받을 것입니다. 매립지뿐만 아니라 대규모 농업 현장에서도 바이오가스를 확보할 수 있어 메탄 배출의 3대 주요 원천 중 2개를 포괄하고 활용할 수 있습니다.

2. Biokraft International AB (BIOGAS.ST)

BioKraft는 스웨덴(230 GWh 바이오가스 및 바이오LNG), 노르웨이(155 GWh 바이오LNG), 그리고 한국(60 GWh 압축 바이오가스)에서 바이오가스를 판매 및 생산합니다.

2023년 4월, 회사는 2025년까지 완료될 2개 프로젝트를 통해 독일 시장에 진출하고 향후 240 GWh 생산을 목표로 하기로 결정했습니다.

현재 파이프라인에는 총 875 GWh 바이오가스와 825 GWh 바이오LNG 신규 프로젝트가 있으며, 2025~2026년까지 완료될 예정입니다.

이는 현재 445 GWh 생산 능력을 2026년까지 1,200 GWh로 확대하는 것입니다. 회사의 장기 목표는 2030년까지 총 3 TWh(3,000 GWh)에 도달하는 것입니다. 새로운 프로젝트 대부분은 가축분뇨와 농업 폐기물에서 원료를 공급받을 예정입니다.

출처: Biokraft

최근 몇 분기 동안 전력 및 가스 판매 가격이 낮아 손실을 입었으며, 특히 스칸디나비아에서 손실이 컸습니다. 이는 회사가 유럽 가스 가격 회복에 대한 부분적인 베팅을 의미합니다.

이 메탄 공급은 이후 플라즈마를 이용해 항공 연료 또는 합성가스 생산에 활용될 수 있어, 해당 사업의 수익성을 향상시킬 수 있습니다.

공격적인 성장 목표와 현재의 적자 상황을 고려할 때, Biokraft는 독일 시장 진출과 전체 EU 가스 시장의 전환 가능성 덕분에 회복을 기대하는 위험 감수형 투자자에게 가장 적합한 기업입니다.