왜 암모니아인가?

지금 우리가 암모니아에 주목해야 할 이유

암모니아는 차세대 친환경 에너지로 주목받고 있다. 

일반인들에게 암모니아라고 하면 비료, 화장실의 퀴퀴한 냄새가 떠오를 것이다. 

우리에게 불쾌한 이미지로 남아 있는 암모니아가 친환경 에너지로 각광받게 된 이유는 뭘까?

그 이유를 알기 전에 현재 사용되고 있는 암모니아에 대해서 알아볼 필요가 있다.

현재 우리가 사용하고 있는 암모니아는 20세기 초에 발명된 Harbor-Bosch 작업으로 생산된다.

대기압에서 질소가 천연가스와 결합하여 고온(400-600℃), 고압(200-400 Bar) 적용 과정을 거쳐 액체 암모니아로 변환되고 다시 수분 제거 과정을 거쳐 고체 암모니아가 된다.

그리고 이렇게 생산된 고체 암모니아는 비료나 화학제품의 원료로 사용된다.

전통적인 암모니아 생산 과정 ' Harbor-Bosch', 출처: Argus Media

                                                          

현재 생산되는 암모니아 원가의 3/2는 천연가스 가격이며, 천연가스 가격에 따라 암모니아 가격이 변동되는 구조를 가지고 있다.

이러한 이유 때문에 대부분의 암모니아 생산 시설들은 천연가스 생산 시설 근처에 위치하고 있으며, 천연가스를 싼 가격에 생산할 수 있는 지역이 이점을 가진다.

예외적으로 중국과 같은 지역은 천연가스가 아닌 석탄을 이용하여 암모니아를 생산하고 있다.

2020년 글로벌 암모니아 생산량은 1억 8천만 톤이었으며 이 중 80%는 비료용으로 사용되고 있다. 인구가 많기 때문에 농업용 암모니아가 많이 필요한 지역, 천연가스를 싸게 생산할 수 있는 지역에 암모니아 생산 시설이 집중되어 있다.

글로벌 TOP10 암모니아 생산 국가, 출처: Argus Media

암모니아 총 생산량 중 2,000만 톤만 해상운송을 통하여 수출/수입되고 있으며 이 중 62%는 비료용으로 38%는 산업용으로 사용되고 있다.

글로벌 암모니아 시장은 주요 수입/수출 국가가 대부분의 물동량을 과점하고 있는 구조이다. 글로벌 탑 10 암모니아 수입 국가가 전체 수입 물량의 70%를, 글로벌 탑 10 암모니아 수출 국가가 전체 수출 물량의 85%를 차지하고 있다.

글로벌 TOP 암모니아 수입/수출 국가, 출처: Argus Media

우리나라 역시 주요 암모니아 수입 국가 중에 한 곳이다. 2020년 글로벌 암모니아 수입 물량 1억 8천만 톤 중 우리나라는 127만 톤을 수입하면서 물량 기준 글로벌 4위 암모니아 수입국가 자리를 지키고 있다.

암모니아 주요 수입 국가, 출처: Argus Media

이렇게 비료/산업용으로 주로 사용되던 암모니아가 친환경 에너지로 주목받게 된 이유에는 '수소의 운송 수단'으로 가장 적합한 에너지이기 때문이다.

수소는 압축가스, 암모니아, 액화수소, 액상 유기화합물, 메탄올 형태로 수송 가능하다.

 
 

수소의 수송형태, 출처: Argus Media

수소는 질량 단위로는 높은 에너지 밀도를 가지고 있으나, 부피 단위로는 에너지 밀도가 낮다. 

부피 단위로 에너지 밀도가 낮기 때문에 수소는 장거리 수송에 적합하지 않다.

반면에 암모니아는 수소 대비 1.5배의 부피단위 에너지 밀도를 가지고 있다.

이러한 이유 때문에 암모니아는 수소 대량 수송에 가장 적합한 에너지원으로 주목받고 있다.

암모니아 에너지 밀도, 출처: Argus Media

다음 장에는 수소의 수송수단으로 주목받고 있지만 생산 및 소비 과정에서 온실가스를 배출하는 암모니아가 어떻게 친환경 에너지로 변신할 것인지 알아보겠습니다.