[에너지 - 수소 #26] IRENA Innovation Outlook Ammonia 2022 - 제4장 무탄소 암모니아 미래 전망 - 수소 운송용 캐리어

암모니아는 분해반응을 통해 수소와 질소로 분해되는 바, 수소 저장 및 운송의 어려움을 극복하기 위해 수소 운반체로 제안됨

• 1.5°C 시나리오에서 수소 운반체로 수입된 암모니아에 대한 수요는 1억 2,700만 톤에 달할 전망임
• 암모니아는 아래의 기술을 통해 수소로 전환될 수 있음
• 촉매분해 또는 플라즈마 분해를 통해 암모니아로부터 수소를 분해할 수 있음
• 플라즈마 분해는 에너지소비가 높아 상업화가 어려우므로 촉매분해를 일반적으로 활용함
• 촉매분해는 코발트, 철, 니켈 및 루테늄과 같은 금속이 포함되며 최근에는 칼슘이미드, 리튬이미드, 나트륨이미드와 같은 풍부한 물질도 제안됨
• 응용 분야에 따라 암모니아 부분 분해 등 다양한 비율로 암모니아와 수소의 연료 혼합물을 생성할 수 있음
• 순수한 수소가 필요한 경우 완전한 분해 후에 수소를 추가로 정제할 필요가 있음

 

 

잔류 암모니아는 고체 물질로 제거되며 산소와 함께 물과 질소로 전환됨

• PEM 연료 전지와 같이 질소 없이 순수한 수소가 필요한 경우 수소는 멤브레인, 압력 스윙 흡착 또는 극저온 증류로 정제가능함
• 오늘날, 암모니아 분해기라고도 하는 암모니아 분해 시스템은 야금 산업에서 상업적으로 이용 중임
• 상업용 암모니아 크래커는 더 낮은 발열량 기준으로 30-60%의 에너지 효율을 가지며 질량 기준으로 연간 약 0.2-118kt의 암모니아에 해당하는 일일 수소 1 ~ 1,500kg분해 용량을 가지고 있음
• 이 장치는 850°C ~ 1,000°C의 온도에서 작동하며, 특히 대규모 수소 생산의 경우 보다 에너지 효율성의 개선이 필요함

 

 

최근 북유럽에서 수소 생산을 위한 대규모 암모니아 크래커가 제안되었으며 생산된 수소는 2030년까지 6,800km, 2040년까지 22,900km에 달하는 유럽 수소 그리드를 통해 공급됨(유럽 수소 그리드의 약 75%는 기존 천연가스 그리드를 개조하여 사용할 계획임)

• Trammo, Varo, Proton Ventures, Port of Rotterdam으로 구성된 컨소시엄인 Transhydrogen Alliance는 암모니아 분해를 통해 연간 500kt의 수소 생산 계획을 발표했으며 프로젝트의 초기 단계는 2024년까지 완료될 예정임
• 제안된 암모나이 크래커를 통해 공급되는 암모니아는 75% 암모니아를 수소로 전환한다고 가정하였을 시 연간 3.7 Mt임(현재 네덜란드에서 상업적으로 사용되는 수소 수요는 연간 500 kt임)
• 로테르담항은 2050년까지 암모니아 1억3500만t에 해당하는 최대 1800만t의 수소를 수입할 것이라고 발표함

 

 

Uniper는 독일 Wilhelmshaven 항구에 암모니아 크래커를 건설 계획을 발표함

• 제안된 수소 생산량은 연간 295kt의 수소로 2030년까지 독일에서 예상되는 수소 수요의 10%에 해당함
• 크래커에 공급되는 암모니아는 수소 전환 비율을 75%로 가정하는 경우 연간 220만 톤임
• 생성된 수소는 예를 들어 500MW의 복합 사이클 가스 터빈 2개 또는 여러 정유소의 공급용으로 활용됨

 

 

MWh당 USD 20달러 미만의 저비용의 재생 에너지원이 공급가능한 경우 재생 암모니아를 수입하고 수소로 전환하는 것은 전환 손실에도 불구하고 MWh당 약 USD 50의 해상풍력으로 북유럽 지역에서 재생 가능한 수소를 생산하는 것 대비 경쟁력이 있을 것으로 평가됨

 

[그림 1] 암모니아 분해설비 건설계획

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