[에너지 - 수소 #19] IRENA Innovation Outlook Ammonia 2022 - 제2장 암모니아 생산 및 기술, 비용 현황 - 바이오매스 기반 재생 암모니아 생산

 

기술 및 생산 공정

• 바이오매스는 수소의 또 다른 공급원이자 CO2의 순환 공급원임
• 전기분해와 마찬가지로 바이오매스를 활용한 재생 암모니아 생산기술은 이미 확립됨
• 1920년대에 일리노이주 피오리아에서 옥수수 발효를 통해 연간 약 5kt의 재생 암모니아를 생산함
• 바이오매스는 다양한 경로를 따라 암모니아로 처리됨
• 고체 바이오매스는 공기와 함께 가스화되어 합성 가스(수소와 CO의 혼합물)를 형성
• 합성가스는 탄소 제거 후 처리되어 암모니아를 형성함(합성가스는 바이오매스를 가스화 후 매탄화 또는 혐기성 소화를 통한 생성이 있음

 

[그림 1] 바이오매스 활용 재생 암모니아 생산 과정

 

• 오늘날 바이오 암모니아가 상업적으로 생산되지는 않지만 바이오매스에서 암모니아로의 모든 공정 단계는 상업적으로 입증됨
• 바이오매스는 이미 메탄올 생산을 위한 공급원료인 바, 화석연료 기반 암모니아 생산 공정 중 일부는 재생 바이오매스로 대체가능
• 그러나 바이오매스 기반 메탄올 플랜트는 현재 화석 기반 플랜트보다 일반적으로 10배 낮은 생산 능력을 가짐
• 2040년에 약 10-12 엑사줄의 저렴한 바이오가스 및 바이오메탄을 사용할 수 있으며 이는 약 535-745 Mt의 암모니아를 생산하기에 충분한 양임. 그러나 바이오매스 공급 한계로 인해 전 세계 암모니아 생산량 중 극히 일부만이 바이오매스로 전환될 것으로 예상됨

 

 

비용

• 바이오 기반 암모니아 생산단가는 바이오매스 단가 및 바이오매스 설비 규모 등에 따라 톤당 USD 455에서 USD 2000로 추정됩
• 바이오매스 기반 암모니아 플랜트의 자본 집약도는 플랜트 규모(암모니아의 연간 5-150kt)에 따라 연간 암모니아 용량 톤당 USD 2,300 ~ 4,500인 바, 소규모 생산의 경우 상대적으로 높은 투자 비용이 감당하기 어려움
• 바이오 기반 암모니아 생산단가는 바이오매스의 종류 및 설비등의 규모에 따 USD 455에서 USD 2000로 추정되며 이는 일반적인 암모니아 생산단가인 톤당 USD 200 ~ 300의 보다 상당히 높음
• 바이오매스는 또한 기존 화석 기반 암모니아 공장에 도입시 공급원료의 10-15%를 탈탄소화할 수 있는 바, 이런 특성을 반영하여 비용 경쟁력을 갖기 위해서는 CO2 비용이 톤당 USD 250 ~ 400로 상승해야 함

 

 

현재 설비용량 및 공표된 설비용량

• 현재 가동 중인 상업적 규모의 바이오 기반 암모니아 공장은 없으며 다양한 바이오매스-암모니아 프로젝트가 2000년대 후반과 2010년대 초반에 발표되었으나 대부분 실현되지 않았으며 일부는 운영을 중단함
• 천연가스 가격이 낮은 시기에 천연가스, 석유, 석탄 등 화석 원료를 사용하여 생산한 암모니아의 생산단가가 낮았던 것이 주요 이유임
• 바이오매스 또는 바이오가스의 혼합 공급은 화석 기반 암모니아 플랜트의 부분적인탈탄소화에 기여할 수 있음
• 바이오매스 또는 바이오가스의 CCS는 CO2를 감축하므로 화석 기반 암모니아 생산으로 인한 배출량을 상쇄가능
• 일반적으로 바이오매스가 탈탄소화 암모니아 시장에서 중요한 역할을 할 것으로 예상되지 않음
• 바이오매스 원료 수급의 어려움 및 높은 생산단가 등이 장애물로 보임

 

 

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