에너지 운반체로서의 암모니아와 액체수소: 도전과 기회

• Published in: Daehan hwan'gyeong gonghag hoeji pp. 816 - 830
• Main Authors: 이기홍, 이승윤, 홍새롬, 정호경, 정석희
• Format: Journal Article
• Language: Korean
• Published: 대한환경공학회 01.12.2024
• Subjects: 환경공학
• ISSN: 1225-5025; 2383-7810
• DOI: 10.4491/KSEE.2024.46.12.816

암모니아를 인위적으로 합성하는 기술은 농업 생산력을 향상시켜 인류의 기아 문제 해결에 지대한 공헌을 했다. 이로 인해 인구가 폭발적으로 증가하였고, 현재 지구 인구는 80억 명을 넘어섰다. 그러나 이러한 인구 증가는 환경오염과 기후변화 위기를 가속화시키고 있다. 최근에는 기후변화 대응의 일환으로 암모니아를 에너지 운반체로 활용하는 기술이 주목받고 있다. 수소는 저장과 수송에 큰 어려움이 있어 이를 암모니아로 전환하여 에너지 운반체로 사용하는 방안이 연구되고 있다. 암모니아는 수소에 비해 끓는점(-33.34°C vs. -252.9°C)이 높고, 분자량(17 vs. 2)도 더 크기 때문에 저장 및 수송에서 훨씬 안정적이고 비용 효율적이다. 그러나 수소와 암모니아 간의 변환을 위해서는 추가적인 설비 구축이 필요하며, 이 과정에서 에너지 손실이 발생한다. 본 총설에서는 수소 생산부터 최종 소비에 이르기까지, 암모니아와 액화수소를 에너지 운반체로 사용할 경우를 기준으로 수소 1톤당 비용과 에너지 효율을 비교 분석했다: 1) 비용 측면에서 암모니아는 6,548,200원, 액화수소는 7,900,000원으로 분석되었다. 2) 연료전지 차량의 에너지 효율은 암모니아가 18.5%, 액화수소가 23%로 나타났다. 3) 주거용 연료전지 활용 시 에너지 효율은 암모니아가 33%, 액화수소가 41%였다. 암모니아는 에너지 운반체로서 액화수소보다 에너지 효율은 낮지만, 경제성 측면에서는 상대적으로 경쟁력을 가지고 있다. 다만, 수소와 암모니아 간의 변환을 위한 추가 설비가 필요하며, 이 과정에서 상당한 에너지 손실이 발생한다. 이러한 한계로 인해 암모니아를 직접 연소하는 방식에 대한 관심이 높아지고 있다. 또한, 에너지 운반체 없이 재생 가능 전력을 직접 사용하거나 배터리에 저장하는 기술도 꾸준히 개발되고 있다. 이처럼 미래 에너지 기술은 다양한 기술 간의 치열한 경쟁을 통해 점차 그 윤곽을 드러낼 것이다. The artificial synthesis of ammonia has significantly contributed to addressing global hunger by enhancing agricultural productivity. This achievement led to an explosive increase in population, with the current global population surpassing 8 billion. However, this rapid population growth has also accelerated environmental pollution and the climate change crisis. Recently, the use of ammonia as an energy carrier has garnered attention as part of efforts to combat climate change. Due to the challenges associated with storing and transporting hydrogen, converting it into ammonia for use as an energy carrier is being actively studied. Ammonia is more stable and cost-effective for storage and transportation than hydrogen because of its higher boiling point (-33.34°C vs. -252.9°C) and larger molecular weight (17 vs. 2). However, additional infrastructure is required for the conversion between hydrogen and ammonia, and this process results in energy losses. In this review, the costs and energy efficiencies of using ammonia and liquefied hydrogen as energy carriers were analyzed based on 1 ton of hydrogen production and consumption: 1) In terms of cost, ammonia was estimated at 6,548,200 KRW, while liquefied hydrogen was 7,900,000 KRW. 2) The energy efficiency of fuel cell vehicles was 18.5% for ammonia and 23% for liquefied hydrogen. 3) For residential fuel cells, the energy efficiency was 33% for ammonia and 41% for liquefied hydrogen. Although ammonia exhibits lower energy efficiency compared to liquefied hydrogen as an energy carrier, it is relatively competitive in terms of economic viability. However, the conversion between hydrogen and ammonia requires additional facilities, and significant energy losses occur during this process. These limitations have led to growing interest in the direct combustion of ammonia. In addition, technologies for directly using renewable electricity or storing it in batteries without energy carriers are being continuously developed. As such, the future of energy technology will gradually take shape through intense competition among various innovative solutions. KCI Citation Count: 0