[에너지 - 수소 #9] IRENA Innovation Outlook Ammonia 2022 - 제2장 암모니아 생산 및 기술, 비용 현황 - 서론

암모니아는 원료를 통해 수소 생산 이후 공기 중 질소와 결합하여 생산됨

• 수소와 질소는 다음의 연료를 통해 생산됨
• 수소 공급원 원료로는 천연 가스 및 석탄, 나프타 및 중유와 같은 다양한 화석기반 연료가 주로 활용되며 탈탄소 수소원으로는 바이오매스와 물 등이 포함됨
• 질소는 공기를 통해 정화하여 사용함
• 고온 및 고압(350-500°C 및 100-400 bar)하에서 수소와 질소가 철 촉매를 통해 결합하여 암모니아가 생산되는 Haber-Bosch 공정이 주로 활용되며 이를 통해 생산된 암모니아는 응축되어 저장됨

 

[그림 1] 다양한 수소생산 원료 및 암모니아 생산 경로

 

[그림 1]의 각 색상은 일반적으로 수소 및 암모니아 생산 시 다양한 원료 및 관련 기술을 의미함

• 바이오매스 및 재생에너지를 통해 생산되는 재생 암모니아는 친환경으로 분류됨
• 갈색 암모니아(화석)는 회색(천연 가스) 또는 검은색(석탄)일 수 있음

 

 

수소생산용 원료 및 공정 중 탄소포집 등 다양한 기술의 조합으로 인해 생성된 암모니아가 탈탄소화되었는지 기술 등으로 분류하기는 어려움

• 화석기반 암모니아가 탈탄소화되어 파란색(CCS가 포함된 천연가스) 또는 청록색(메탄 열분해)이 되면서 암모니아 생산 관련 탈탄소화 경로가 복잡해짐
• 원자력 또는 그리드 전력, 폐기물 또는 부산물 흐름의 수소, 열원 활용과 같은 방식은 하나의 경로 또는 탈탄소화 여부를 쉽게 판단하기 어려움
• 많은 암모니아 발전소는 다양한 경로를 통해 수소를 전달받는 바, 하나의 색상으로 정의하기 어려움
• 또한 일부기술은 무탄소 투입 또는 탄소 저감 기술을 의미하기도 하지만 법적 기준 등의 부족으로 온실가스 저감으로 표시하기 어려움
• 탄소 포집률이 98%인 청색 암모니아 대 탄소 포집율 70%인 블루 암모니아 등
• 이러한 이유로 암모니아의 배출 강도를 계산하고 확인할 수 있는 강력한 인증 체계가 필요함

 

 

현재 암모니아용 수소 공급원료 대부분은 경제성이 높은 화석 연료에서 생산됨

• 암모니아 생산의 약 72%는 천연가스에서 약 22%는 석탄이 활용됨
• 중유와 나프타는 각각 약 4%와 1%를 차지하는 반면 암모니아의 1%는 다른 공급원료에서 파생됨
• 석탄활용 암모니아 생산설비는은 막대한 석탄 매장량이 있는 중국에 위치함

 

 

암모니아 생산은 현재 연간 약 0.5Gt의 CO2 또는 전 세계 CO2 배출량의 1%를 차지하며 화학 산업에서 가장 큰 CO2 배출원임

• 암모니아는 시멘트, 철강 및 에틸렌 생산과 함께 2050년까지 탄소 배출 순 제로 목표를 달성하기 위해 탈탄소 계획 및 구현이 필요한 "빅 4" 산업 공정 중 하나임
• 탈탄소화는 암모니아 공급원료를 화석 기반에서 재생 가능한 수소로 전환필요

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