저온 전기분해(알칼리성 또는 PEM)은 암모니아 1톤 생산시 약 36GJ를 에너지를 소비하며 50%의 에너지 변환 효율을 가짐 수소 생산 시 약 33GJ의 에너지가 소비되며 이는 전체 공정 중 대부분을 차지함 압력스윙흡착(PSA)을 통한 질소 추출은 소규모 암모니아 생산시설의 경우 0.6-0.9GJ를 소비하는 반면, 극저온 증류를 통한 질소 추출은 대규모 암모니아 플랜트의 경우 암모니아 톤당 약 0.3GJ의 에너지를 소비함 암모니아 합성 루프는 일반적으로 암모니아 톤당 최소 2GJ를 소비함 고온 전기분해(고체 산화물)로부터 재생 가능한 암모니아 합성은 일반적으로 암모니아 톤당 약 30GJ를 소비하며 장기적으로 톤당 약 26GJ로 감소할 것으로 예상되며 약 60-70%의 에너지 변환 효율을 가짐 저온 전기..

데이타베이스/에너지 및 기후 관련 자료 2023. 6. 9. 21:55

Haber-Bosch 공정은 한 세기 이상 동안 암모니아 생성의 주요 기술이였음 수소 공급원은 수년에 걸쳐 다양하게 변화하였지만 암모니아 합성 루프는 BASF의 원래 설계와 매우 유사하게 유지되었음 결과적으로 Haber-Bosch는 고도로 최적화되었으며 천연가스 기반 암모니아 생산 공정의 에너지 효율은 60 ~ 70%로 높음 전기화학적 및 광화학적 공정, 플라즈마 기반 공정, 화학적 순환 접근법, 균질 합성, 생물학적 공정, 동물 폐기물 또는 폐수로부터의 암모니아 정제와 같은 광범위한 신규 암모니아 생산 기술이 연구 중임 더 낮은 온도와 압력하에서 Haber-Bosch를 효율적인 가동을 위한 기술 및 가변 재생 에너지 공급시 효율성 확보 등의 기술개발도 진행 중임 전기화학적 암모니아 합성은 잠재적으로 물..

데이타베이스/에너지 및 기후 관련 자료 2023. 6. 8. 15:24

현재 신규 공장의 재생 암모니아 생산단가는 톤당 USD 720 ~ 1,400(GJ당 USD 39 ~ 75) 로 추정되며 2050년 재생 전력 및 전해조의 가격 하락과 높은 이용률(기술 및 운영개선)로 톤당 USD 310 ~ 610(GJ당 약 USD 17-33)으로 떨어질 것으로 전망됨 기존 화석 기반 암모니아 플랜트에 재생 가능한 수소의 일부를 도입하는 하이브리드 플랜트의 경우 재생 가능한 암모니아 비용은 2025년까지 톤당 USD 300 ~ 400, 2040년까지 톤당 약 USD 250로 떨어질 것으로 추정됨 바이오 기반 암모니아 생산 비용은 톤당 USD 455 ~ USD 2,000로 추정되며, 이는 저탄소 화석 암모니아 및 전기분해 기반 재생 가능한 암모니아보다 훨씬 높음 CCS를 사용한 천연 가스 ..

데이타베이스/에너지 및 기후 관련 자료 2023. 6. 8. 15:20

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 오늘날 바이오 암모니아가 상업적으로 생산되지는 않지만 바이오매스에서 암모니아로의 모든 공정 단계는 상업적으로 입증됨 바이오매스는 이미 메탄올 생산을 위한 공급원료인 바, 화석연료 기반 암모니..

데이타베이스/에너지 및 기후 관련 자료 2023. 6. 8. 15:14

전력 변동성 해결 방안 풍력 및 태양열 발전 가변성은 Haber-Bosch 공정이 정상상태 작동을 어렵게 하는 바, 가변성 해결 필요 해당 문제 해결하기 위해 파일럿 규모의 재생 암모니아 생산시설이 건설 및 운영됨 미국 미네소타 대학교는 2014년에 풍력 발전 암모니아 플랜트를 운영하기 시작했으며 연간 25 ~ 35톤의 암모니아를 생산함 미국 에너지부의 ARPA-E의 지원으로 지역 비료 생산을 목표로 하는 실증사업을 발표함 2018년 일본 연구 기관인 FREA와 JGC Corporation은 더 낮은 온도와 압력에서 작동하는 새로운 암모니아 합성 촉매를 테스트하기 위해 연간 7톤의 암모니아를 생산하는 태양광 및 풍력 파일럿 플랜트를 운영함. 또한 가스터빈에서 암모니아 연소에 대한 실증 실험도 포함 지멘스..

데이타베이스/에너지 및 기후 관련 자료 2023. 6. 8. 15:02

재생 비료 생산단가현재 생산된 암모니아의 대부분은 비료 생산에 사용됨오늘날 생산되는 모든 암모니아의 55%와 15%는 요소와 질산 암모늄 생산에 소요됨각 비료는 암모니아가 주요 생산원가를 차지하며 암모니아 가격과 선형관계를 가짐요소는 CO2를 필요로 하며, 이는 장기적으로 직접 공기 포집(DAC) 또는 바이오매스와 같은 탄소 중립 소스가 필요함을 의미함현재 DAC는 CO2 톤당 USD 160-455으로 상대적으로 고가임장기적으로 DAC 추정치는 CO2 톤당 USD 65 ~ 200으로 그 범위가 매우 넓음요소 생산 및 질산암모늄 생산시 CAPEX 및 OPEX는 비료 톤당 USD 50 미만임CO2가격이 없는 경우에도 요소 가격은 질산암모늄 가격보다 가격이 높은 바, 가격 경쟁력은 매우 낮음. 단, 질산암모늄..

데이타베이스/에너지 및 기후 관련 자료 2023. 6. 8. 14:50

재생 암모니아의 생산 지역 재생 암모니아 생산의 최적 환경은 높은 일사량(high solar irradiation)과 높은 풍하중 계수(high wind load)로 재생 전력의 용량 계수(capacity factor) 달성이 가능한 곳임 최근 연구에서는 [그림 1]의 히트 맵에 시각화된 것처럼 전 세계 수백 곳에서 재생 가능한 암모니아의 생산 비용을 분석함 [그림 1]에서 볼 수 있듯이 아프리카, 아시아, 호주, 북미, 남미 및 남부 유럽의 다양한 지역은 상대적으로 재생 암모니아 생산시 단가가 낮을 것으로 예상됨 지정학적 요인은 재생 암모니아 프로젝트를 개발하는 데 중요 요인임 대규모 프로젝트 개발을 위해서는 법률 및 정치적 안전성이 필요 대규모 프로젝트는 일반적으로 국제협력 등이 중요함 프로젝트 추진..

데이타베이스/에너지 및 기후 관련 자료 2023. 6. 8. 14:32

재생 암모니아 생산단가 구조 현재 수행 중 또는 향후 건설예정인 프로젝트에서 알 수 있듯 대부분의 프로젝트의 자본비용에는 재생에너지 설비가 포함됨 재생 암모니아 공정에는 천연가스 추출 및 파이프라인 비용 등이 공정이 포함되지 않아 화석연료 기반 암모니아 공장과의 직접적인 비교는 불가능하나 통합 재생 가능 암모니아 플랜트의 경우 수소, 질소 및 암모니아 생산 장치 자체가 총 비용의 50% 미만을 차지함 재생 암모니아 또한 규모의 경제를 통해 생산단가를 낮출 수 있음 2030년 이후 가동할 계획을 가진 재생 암모니아 공장(재생발전 포함)에 대한 자본 집약도는 연간 0.5Mt의 암모니아 설비용량일 경우 연간 톤당 약 USD 4,800에서 설비용량이 10 Mt으로 증가할 경우 톤당 약 USD 3,000로 감소함..

데이타베이스/에너지 및 기후 관련 자료 2023. 6. 8. 14:16

기술 및 생산 공정 재생 암모니아는 전기분해를 통해 수소 생산 후 Haber-Bosch 공정을 통해 암모니아를 생산함 수소 생산시 물(H2O)을 전기분해하여 수소(H2)와 산소(O2)로 분리하여 수소를 생산 전기분해 관련 다양한 기술이 존재하며 가동 온도 및 기술별 에너지 소비는 상이함 수소와 질소는 Haber-Bosch 공정을 통해 암모니아로 합성됨 전기분해를 사용하여 물에서 수소를 생산시 암모니아 톤당 약 1.6톤의 물이 필요함 해당 공정에서는 수소 생산 및 암모니아 플랜트 냉각 등 지원시 물이 필요함 전해조에 물을 공급하기 전에 담수화가 필요할 수 있음 1920년부터 수력발전을 활용하여 재생 암모니아를 생산하였음 1930년에 재생 암모니아는 전 세계 암모니아 생산량의 약 1/3을 차지하였으나 더 저..

데이타베이스/에너지 및 기후 관련 자료 2023. 6. 8. 14:01

현재 설치 용량 및 공표된 용량 최근 몇 년 동안 저탄소 암모니아 생산을 위한 다양한 프로젝트가 수행 중임 주요 프로젝트는 에탄 분해기의 부산물로 발생하는 수소 사용 또는 CO2를 오일 회수 공정에 사용, 폐플라스틱에서 추출한 수소 사용 등임 등 에탄 크래커의 부산물 수소는 SMR의 수소보다 약 25% 더 낮은 CO2 발자국을 가지고 있음 1987년부터 캐나다 조프레에 위치한 에탄 크래커의 부산물 수소 활용 암모니아 공장이 운영되었으며 연간 약 490kt의 암모니아를 생산함 2019년부터 Yara는 Sluiskil 시설에서 Dow Chemicals의 부산물 수소를 사용하여 연간 약 22kt의 암모니아를 생산하기 시작함. 이는 해당 Sluiskil 시설의 총 연간 생산량인 1,500kt의 일부분임 일본의 ..

데이타베이스/에너지 및 기후 관련 자료 2023. 6. 8. 13:31

기술 및 생산 공정 화석연료 기반의 저탄소 암모니아 생산기술이 있음 CCS 추가된 화석연료 기반 암모니아 생산설비 및 오일회수 또는 메탄올 합성을 위한 CCU가 추가된 암모니아 생산 시설, 다른 공정의 부산물 수소(에탄 크래커, 염소 공장 및 플라스틱 가스화 공정)을 활용한 공급원료 생산공정 대체기술 등 전기 증기 메탄 개질(eSMR)을 채택하여 SMR 장치의 탄소 발자국을 약 1/3로 감축가능하며 재생 에너지를 사용하여 개질기에 열을 공급하는 경우 농축된 CO2만 발생하여 저비용 CCS가 가능 저탄소 수소는 천연가스를 고체탄소와 수소로 전환하는 메탄 열분해를 통해 생산가능 기존 SMR 기반 암모니아 생산설비에서 발생하는 CO2의 최대 98% 포집가능 기존 SMR 기반 암모니아 생산설비는 두 가지 CO2..

데이타베이스/에너지 및 기후 관련 자료 2023. 6. 8. 13:08

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 분배에..

데이타베이스/에너지 및 기후 관련 자료 2023. 6. 8. 12:48