[에너지 - 수소 #29] IRENA Innovation Outlook Ammonia 2022 - 제4장 무탄소 암모니아 미래 전망 - 재생 암모니아 – 타 에너지 수송용 캐리어

도입

• 저탄소 암모니아는 수소 운반체 및 연료로 사용할 수 있지만 액체 유기 수소 운반체 및 메탄올, 합성 메탄과 같은 탄소 기반 바이오 연료, 전기 연료로도 활용 할 수 있음
• 암모니아의 에너지 밀도는 탄소기반화석연료 대비 유사함
• 암모니아는 킬로그램당 22.5MJ의 중량 에너지 밀도를 가지며, 이는 메탄올(22.7MJ/kg), 에탄올(29.7MJ/kg) 및 석탄(15MJ/kg)과 같은 탄소 기반 연료에 필적함
• 암모니아의 에너지 밀도는 중량 기준으로 천연 가스(55MJ/kg), 디젤(45MJ/kg) 및 수소(142MJ/kg)보다 낮음
• 액체 암모니아의 체적 에너지 밀도는 리터(L)당 12.7MJ로 중유(35MJ/L)보다 낮지만 메탄올(15MJ/L)에 필적하며 액화 수소(8.5MJ/L)보다 높음
• 따라서 암모니아 탱크에는 같은 크기의 액화 수소 탱크보다 1.5배의 에너지 저장가능
• 암모니아는 수소 대비 20°C에서 8bar로 압축 또는 대기압에서 -33°C로 냉각하여 액화가 가능하여 수소에 비해 저렴하게 암모니아 수송 및 저장 가능하며 이미 오랜기간 동안 저장 및 운송하여 인프라 및 기술적 안전성을 이미 확보함
• 암모니아는 현재 200여개의 항구 터미널 및 암모니아 생산, 저장 및 유통을 위한 세계적인 인프라가 갖추어져 있음
• 또한, 장기간 안전한 취급을 통해 기술적 안전성이 입증되어 있으며 안전규정 또한 완비되어 있음
• 또한, 암모니아는 가연성 범위가 좁아(공기 중 15-28%) 화재가 발생할 가능성이 낮음
• 암모니아는 휘발유(86 ~ 93)에 비해 옥탄가가 120으로 높은 바, 기존 내연기관 일부를 개조하여 사용가능하며 고체 산화물 연료 전지에 직접 사용가능함
• 암모니아 생산 및 연소시 온실가스와 황산화물 배출이 낮음
• 암모니아에는 탄소가 존재하지 않아 CO2가 배출되지 않음
• 또한 황이 존재하지 않아 연소 시 SOx 배출이 없음
• 암모니아 생산을 위해서는 대기 중에 풍부하고(780,000ppm) CO2(420ppm)보다 포집 비용이 훨씬 저렴한 대기 질소가 필요함
• 대체 연료와 비교하여 연료로서 암모니아를 주요 사용 여부는 단위당 비용임

 

 

수소 캐리어

• 수소와 비교할 때 암모니아는 운송 및 저장이 용이하여 운송비용이 상대적으로 낮음.
• 암모니아에서 수소의 수송 및 저장, 재전환은 액체 수소 또는 유기물 수소 캐리어보다 비용이 저렴함
• 이는 암모니아가 액화수소 또는 유기물 수소 캐리어보다 부피당 수소 저장밀도가 더 높기 때문암
• 암모니아는 이미 선박과 파이프라인을 통해 국제적으로 운송가능하나 유기물 수소 캐리어와 액체 수소 관련 공급망 인프라 및 수송 경험실적은 매우 미미함
• 암모니아를 수소로 분해되지 않고 직접사용하는 경우 경제성은 더욱 높아짐

 

 

해양 부문

• 암모니아 관련 국제 항만 인프라가 이미 구축된 상태인 바, 암모니아는 주요 무탄소 선박연료로 간주되고 있음

[그림 1] 선박용 연료간 특성비교

 

• 해상 연료로 고려되는 각 연료는 암모니아에 대비 다음의 단점을 지니고 있는 바, IMO의 온실가스 배출저감 목표 달성에 적합하지 않음
• 메탄올 및 메탄과 같은 탄소 기반 합성 연료도 해상 연료로 사용가능하나 직접 공기 포집(DAC)이 필요하며 DAC 비용은 매우 높음. 또한 천연가스 등은 불완전 연소 시 중유보다 온실 가스 배출을 더 많을 수 있으므로 저탄소 배출원으로 사용하기 부적절함
• 바이오 연료는 사용 가능한 바이오매스가 한정적이고 바이오매스에서 연료로의 전환 비용이 높아 선박용 수요를 충족할 만큼 생산을 확대할 수 없음
• 기존 화석연료를 사용하고 CO2를 포집하는 방법은 CO2 저장을 위한 추가 저장시설이 필요하여 현실적으로 적용이 어려움
• 수소 및 탄소 기반 연료는 IMO의 2050년까지 온실가스 배출량을 50% 감축 목표를 달성하는데 적합하지 않음

 

[그림 2] 메탄올과 암모니아간 비교

 

• 결론적으로 암모니아는 주요 해양연료로 활용될 것으로 전망되며 암모니아가 해양 연료로 받아들여지지 않으면 해양 부문의 탈탄소화 속도가 약 5년 정도 느려질 것으로 예상됨

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