[에너지 - 수소 #11] IRENA Innovation Outlook Ammonia 2022 - 제2장 암모니아 생산 및 기술, 비용 현황 - 천연가스 기반 암모니아 생산

기술 및 생산 공정

• 천연가스를 활용한 암모니아 생산은 천연가스를 통해 합성가스 생산 후 질소를 공급하여 암모니아를 합성하는 방식임
• 천연가스에서 암모니아를 생산하는 공정은 증기 메탄 개질(SMR) 및 부분 산화(POX), 자열 개질(ATR), 메탄 건식개질(DRM) 또는 위의 기술 여러 개를 조합한 방법이 주로 사용되며 해당 기술을 통해 합성 가스를 생산함
• CO는 물-기체 전환 반응을 통해 CO2로 전환되고 CO2는 이후 혼합물에서 제거함
• 생성된 합성가스에 질소(N2)를 공급하여 암모니아를 생산하며 위 공정은 일반적으로 800°C 이상의 온도에서 작동됨
• 생성된 H2와 N2의 혼합물은 암모니아 합성 섹션으로 공급됨
• 약 1.6-1.8톤의 CO2 상당량이 암모니아 1톤 합성 중에 생성됨
• 천연가스 추출 및 분배에서 발생하는 상류 배출을 포함하여 천연 가스에서 생성된 암모니아 톤당 약 2.2톤의 CO2가 생성됨
• 최신 암모니아 설비는 하루에 약 2,000~3,300톤 또는 연간 0.7~120만 톤의 생산 능력을 갖추고 있으며 세계에서 가장 규모가 거대한 암모니아 플랜트의 용량은 하루 3,760톤 또는 연간 130만 톤임
• ATR 기반 최신공정 기술은 설계상 일 최대 4,000~6,000톤 또는 연간 140~210만 톤의 암모니아 생산가능
• 현재 운영 중인 세계 최대 규모의 암모니아 생산 공장은 다양한 암모니아 공정이 포함되어 있으며 연간 400만 톤에 달하는 생산가능

 

 

비용

• 천연가스 기반 암모니아 플랜트는 연간 200kt에서 1,200kt 다양한 설비용량을 가짐
• 대규모 플랜트를 통해 규모의 경제를 얻을 수 있는 바, 대용량 플랜트를 건설하면 암모니아 생산 단위당 자본 투자가 감소함
• 천연가스 기반 암모니아 공장의 자본 집약도는 연간 생산되는 암모니아 톤당 USD 1,500에서 USD 2,000임
• 천연가스 비용이 백만 Btu당 USD 2에서 USD 10 사이일 경우 천연가스 기반 암모니아 생산비용은 톤당 USD 110 ~ 340임
• 2021년 높은 천연가스 가격으로 인해 유럽과 아시아의 암모니아 생산 비용이 크게 증가했으며 결과적으로 일부 유럽에서의 암모니아 생산이 축소됨
• CO2 톤당 미화 75달러의 CO2 비용 추가되는 경우 암모니아 1톤당 USD 165의 추가 비용이 발생하며 천연가스 기반 암모니아 생산 단가는 암모니아 톤당 USD 275 ~ 505으로 증가함

 

 

현재 설치 용량

• 세계 천연가스 기반 암모니아 설비역량은 연간 약 1억 3200만 톤으로 추정되며 최근 신규 건설되는 설비는 대부분 북아프리카, 나이지리아, 북아메리카, 중동, 구소련 국가 등 백만 Btu당 3달러 이하의 저비용 천연가스 공급이 가능한 지역임
• 유럽의 천연가스 기반 암모니아 플랜트는 오래된 플랜트 중 하나이지만 가장 효율적임
• 새로 건설되는 설비는 규모의 경제를 활용코자 그 규모가 매우 거대함
• 새로운 천연가스 프래킹 기술의 개발로 천연가스 기반 암모니아 생산이 크게 확대됨

 

천연가스 기반 암모니아 생산단가(2010 & 2021)

 

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