53일차. 암모니아가 탄소 중립 연료가 될 수 있다고? [에너지식백과]

암모니아가 탄소 중립 연료가 될 수 있다고? [에너지식백과]

 

사실 암모니아는 땅을 비옥하게 농작물을 잘 자라게 하는 비료의 핵심 성분입니다.,

그래서 인류에게 암모니아는 농작물을 대량 생산할 수 있게 만들어 준 고마운 존재이자 농산품계의 연료라고 비유할 수 있는데요,

그런데 암모니아가 그 자체로도 진짜 연료가 될 수 있다는 사실, 알고 계셨나요?

 

18세기 영국의 화학자 조지프 프리스틀리가 처음 발견했습니다

암모니아는 질서 원자 하나가 수소 원자 세 개를 붙잡고 있는 구조로 이루어져 있는데요

프리츠 하버가 공기 중에 있는 질서와 수소를 합성해 암모니아를 인공적으로 합성하는 방법을 발견하고 카를 보슈가 암모니아 대량생산 체계를 만들었죠

 

반면 암모니아를 연료로 쓰겠다는 아이디어를 가진 사람도 있었습니다.

그 중 하나가 디젤 엔진을 개발했던 루돌프 디젤입니다.

디젤은 암모니아를 태워 동력 기관을 움직이게 하려고 했는데요.

증기 기관의 증기를 대신하여 암모니아 증기를 사용하려고 했던 것입니다.

하지만 암모니아의 악취를 견딜 수 없는 데다가 암모니아가 금속을 부식시켜 7년간의 연구 끝에 포기하고 말았죠

 

그로부터 50여년이 흐른 뒤 암모니아를 태워 움직이는 트럭과 버스가 노르웨이와 벨기에에서 각각 개발되면서 암모니아 연료가 세상에 등장했습니다.

하지만 석유나 석탄과 같은 탄화 수속 계열의 연료에 비하면 경제성과 안정성이 낮아 오랜 시간 동안 인류의 관심에서 멀어졌습니다.

 

하지만 기회는 다시 찾아오는 법!

탄소 중립이 인류의 생존을 건 주요 사안이 된 지금 암모니아가 다시 제대로 된 연료의 가능성으로 주목받기 시작했습니다.

암모니아는 질소와 수소만으로 이루어져 있기 때문에 에너지를 발생시키는 과정에서 탄소가 나오지 않습니다

암모니아가 산소를 만나 연소 반응을 일으키면 물과 질수가 나올 뿐이죠

이러한 장점 덕분에 최근 암모니아를 활용한 각종 동력 기관의 엔진 개발 연구가 활발합니다.

특히 초음속 항공기나 제트엔진 로켓 엔진과 같은 분야에서 높은 관심이 있는데요

다른 연료나 가스를 혼합하는 방식으로 암모니아 연료를 사용하면 강력한 추진력을 얻을 수 있기 때문입니다.

 

암모니아 연료의 진심인 또 다른 주체는 대규모 선박을 운항하는 해운업체입니다.

지난 바이오 선박유 편에서도 짧게 언급됐지만 해운 영역에서 탄소 배출을 줄이기 위한 방안으로 바이오 항공유, 암모니아, 그리고 액화천연가스 등 다양한 시도를 하고 있는데요.

이 중 암모니아가 관리가 편리하고 경제성을 갖출 수 있는 가능성이 있어, 미래 친환경 연료로 꼽히고 있습니다.

이미 국내 선박 회사들은 암모니아 엔진을 장착한 선박 개발을 추진하고 있죠.

 

물론 아직 넘어야 할 산도 많습니다.

암모니아는 다른 연료에 비해 반응성이 낮고 또 높은 온도로 연소될 때 질소 산화물이 배출되는데요.

질소 산화물은 대기를 오염시키기 때문에 이를 줄이기 위한 연구가 필요합니다.

그리고 암모니아는 금속을 부식시키는 등 여러 장비에 내구성에 영향을 줄 수 있어, 이를 견딜 수 있는 시스템을 새롭게 구축하는 것도 큰 과제입니다

 

최근에는 암모니아를 기반으로 한 연료전지 연구도 활발한데요.

암모니아를 수소와 질소로 분리하고 수소는 산소와 반응시켜 전기를 만드는 원리입니다

정확히 말하면 암모니아 자체가 연료가 되기보다 하는 암모니아를 구성하는 수소를 쓰기 위해 암모니아를 이용하는 것이죠.

 

이와 같이 '수소 캐리어'로서 암모니아를 활용하는 방법 또한 주목받고 있습니다.

수소에 비해 암모니아는 폭발 위험성이 적고 더 안전하며 저장이 쉬워 운송이 편리하기까지 하죠.

그 덕에 수소 경제가 본격적으로 열리게 된다면 암모니아가 큰 역할을 하게 될 것으로 보입니다.

 

만약 암모니아를 둘러싼 기술적인 문제가 모두 해결된다면 암모니아가 정말로 탄소배출을 획기적으로 줄일 수 있는 연료로 주목받을 수 있을까요?

이것은 암모니아를 어떻게 생산하느냐에 따라 달라집니다.

현재 비료를 생산하기 위해 만들어지는 암모니아는 그 생산 과정에서 다량의 화석 연료가 투입되는데요.

이렇게 화석 연료를 기반으로 만들어지는 암모니아는 브라운 암모니아.

신재생 에너지를 기반으로 생산된 암모니아를 그린 암모니아라고 합니다.

즉 단순히 암모니아가 많이 쓰인다고 친환경적인 것은 아니고 암모니아가 생산되는 과정도 들여다봐야 하는 것이죠.

그린 암모니아가 연료를 대체할 수 있을 수준까지 대량 생산될 수 있을지를 잘 지켜봐야 합니다

 

탄소 중립을 지키기 위한 새로운 에너지원으로 떠오르고 있는 암모니아!

시장에서의 전망도 밝은 편입니다

글로벌 시장 조사 기관인 Markets and Markets은 글로벌 암모니아 시장을 2020년 1,100만 달러에서 2030년 8억 5,200만 달러로 급격하게 성장할 것으로 전망했습니다.

*별첨:

(2024-02-27) 암모니아가 탄소 중립 연료가 될 수 있다고？ [에너지식백과].docx

0.03MB

 

*출처: https://youtu.be/4o4SLjCC2LA?si=9YRMePF89UqccWZ0