[에너지 - 수소 #2] IRENA Innovation Outlook Ammonia 2022(요약본) -암모니아 용도별 생산량 추정 및 재생 암모니아 비용 경쟁력

1. 암모니아 용도별 생산량 추정

 

2020년 전 세계 암모니아 생산량은 1억8,300만 톤(Mt)이었으나 1.5°C 시나리오에서는 암모니아 생산이 증가하여 2030년 2억2,300만 톤에서 2050년까지 3억3,300만 톤으로 2020년 대비 2배 확대될 것으로 전망됨

 

2050년까지 세계 암모니아 수요는 1.5°C 시나리오에서 6억 8,800만t에 도달할 것으로 추정되며, 이는 2025년 3배 이상임

• 암모니아 수요 중 대부분은 여전히 인구증가로 인한 비료수요 확대이며 이는 2020년 1억5600만 톤에서 2050년 2억6700만 톤으로 증가할 전망임
• 또한, 향후 수십 년 동안 수소 운반체 및 발전원, 난방용 연료, 해상운송 연료로서 암모니아 관련 다양한 시장이 개화함에 따라 그 수요는 더욱 증가할 전망임
• 향후 10년은 암모니아 비료가 시장을 주도하나 2030년 이후부터는 에너지 시장이 빠르게 성장하면서 수요를 주도할 것으로 전망됨

 

1.5℃ 시나리오에서 2050년까지 암모니아 생산 종류별 생산량

 

 

2. 재생 암모니아(Renewable Ammonia)

 

재생 암모니아는 재생 전력을 활용해 생산한 암모니아를 의미함

• 재생 암모니아는 화석 연료를 통해 생산되는 암모니아와 화학적으로 동일한 바, 암모니아 제품군으로 그 출처를 구분하는 것은 불가능함
• 따라서 암모니아를 생산하는 데 사용되는 공급원료 및 소요 에너지가 모두 재생에너지(바이오매스, 태양열, 풍력, 수력, 지열 등)를 통해 공급받았음을 확인 필요
• 재생 암모니아는 1921년 이후 수력 발전에서 생산되었지만 여전히 단 1개의 상업용 공장만 운영 중이며 이를 통해 연간 0.02Mt 미만의 재생 가능한 암모니아가 생산됨. 이는 현재 전 세계 암모니아 생산량의 0.01%에 해당됨

재생 수소를 생산 관련 전해조와 태양열 및 풍력을 결합한 실증 플랜트가 시험 중임

• 2021년 12월 스페인에서 기존 암모니아 플랜트를 개조한 최초의 재생 수소 공급장치를 가동함
• 사우디는 2025년에 연간 120만 톤의 용량을 갖춘 최초의 기가와트(GW) 규모의 재생 암모니아 공장을 가동할 계획임

업계에서 재생 암모니아로 전환하려는 모멘텀이 있음

• 현재 발표된 재생 암모니아 프로젝트의 총 용량은 2030년에 약 1,500만 톤이며 이는 2020년 기준 전 세계 암모니아 생산량의 약 8%임
• 산업계에서 재생 암모니아로 전환하려는 모멘텀이 있음을 보여주며 이런 프로젝트는 특히 2020년과 2021년에 주로 발표됨
• 2020년과 2021년에 60개 이상의 재생 암모니아 플랜트가 발표된 반면 CCS 또는 메탄 열분해 기술이 적용된 탄소 화석 기반 암모니아 플랜트는 10개만 발표됨
• 저배출 화석 기반 암모니아는 비료와 같은 현재 시장의 탈탄소화에서 과도기적 역할을 할 것으로 예상되며 재생 암모니아는 현재 및 미래 시장 모두에서 장기적으로 지배적인 역할을 할 전망임

 

3. 재생 암모니아의 비용 경쟁력

 

재생 암모니아 생산 비용은 현재 톤당 USD 720~1400이며 2050년에는 톤당 USD 310~610로 떨어질 전망임

• 기존 암모니아 플랜트의 경우 화석 기반 수소와 재생 수소를 공동 생산하면 기존 설비를 활용하여 비용을 절감함으로써 재생 암모니아를 도입할 수 있음
• 하이브리드 플랜트의 경우 비용은 2025년까지 톤당 USD 300-400이고 2040년까지 톤당 약 USD 250로 떨어질 것으로 추정됨
• 현재 재생 암모니아 생산비용은 화석 기반 암모니아 생산 단가(탄소비용 고려하지 않는 경우)에 비해 높으나 2050년 이전에 저렴해질 것으로 전망됨
• 천연 가스 기반 암모니아 및 석탄 기반 암모니아의 생산 비용은 현재 톤당 USD 110-340이지만 탄소 포집 및 격리시 톤당 USD 100-150가 추가되며 이는 저탄소 화석 기반 생산 비용을 톤당 최대 USD 210-490까지 높임
• 저탄소 화석 기반 암모니아의 생산단가는 2025년 하이브리드 플랜트의 재생 암모니아 생산단가와 비슷해지며 2050년에는 재생 암모니아보다 비싸질 전망임

 

재생 암모니아와 저탄소 화석연료 암모니아 생산단가 변화

 

 

재생 암모니아 생산단가는 재생 수소 생산비용에 좌우되며 이는 총 생산단가의 90% 이상을 차지함

• 생산 공정 중 질소 정화와 Haber-Bosch 공정은 총 비용의 극히 일부에 불과함
• 재생 수소 생산은 재생 전력원 공급비용 및 전해조 비용, Haber-Bosch 암모니아 합성 루프의 효율성 및 최적화된 저장 등 주로 CAPEX와 연관됨
• 따라서 가동율 향상은 생산비용 감소를 위한 중요한 요인 중 하나인 바, 재생에너지의 가변성과 이를 고려한 운영전략 및 기술개발은 비용절감을 위한 주요 고려요인이라 할 수 있음

최적 위치에서 재생 암모니아 생산시 2030년부터 CCS를 사용하는 화석 기반 암모니아 대비 비용경쟁력을 가질 수 있음

 

 

재생암모니아와 타 에너지원별 가격 비교

 

 

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