수소 산업에서 암모니아 활용 방안 및 이론에 대한 정리

수소 산업에서의 암모니아 활용의 장점과 단점

수소 산업의 상용화를 위한 암모니아는 필수적인 요소입니다. 암모니아는 암모니아는 이미 산업에서 많이 사용되고 있기 때문에 기존 산업 인프라를 활용하고 있고, 운송 규제가 이미 확립되고 있기 때문에 산업 관리에도 편하다는 장점이 있습니다. 

 

그러나 암모니아가 활용되기 어려운 점은 암모니아는 반응성이 낮고, 독성, 자극적인 냄새입니다. 

 

수소를 생산하기 위해서는 이론적으로 1.23V의 전압이 필요합니다. 그러나 암모니아를 활용하게 되면 0.77V로 암모니아를 분해할 수 있습니다. 이는 암모니아에서 수소를 만들 때 전압이 낮아 만들기도 용의 하다는 의미입니다. 또한 기존 LNG 및 석유를 이용하는 수소는 만들 때 이산화탄소를 배출합니다.

 

암모니아는 -33도, 상압 상온 8.5BAR에서 액화되기 때문에 쉽게 액화됩니다. 온도관리가 쉬워 저장 및 운송이 쉽습니다. 

 

또한 액화 암모니아의 에너지 밀도는 15.6MJ/litter로 액화수소 9.1MJ/litter보다 높으며, 무탄소 연료 중 가장 높은 에너지 밀도를 보이고 있습니다. 

액화 암모니아 분해 방법

액화 암모니아를 활용하기 위해서는 암모니아에서 수소를 분리하는 기술이 필요합니다. 암모니아 분해는 열분해법 알칼리 금속 아미드 법 알칼리 수전 해법 3개로 나뉩니다.

 

열분해 법 같은 경우 400도 이상의 초 고온 상태로 암모니아를 가열해 수소를 얻는 방법입니다. 그러나 가열 시스템이 필요하기 때문에 경제적 비용이 추가적으로 듭니다. 그래서 대량으로 많은 양의 수소를 얻기 위해 촉매를 사용해 분해합니다.

 

알칼리 금속 아미드법 같은 경우 알칼리 금속 하이브리드와 발열 반응을 통해 암모니아를 분해합니다. 이럴 때에 전해질을 사용해 효율을 높이고 있습니다. 

 

알칼리 수전해는 저 농도의 암모니아 수용액을 활용해 분해하는 방법입니다. 

암모니아 분해를 위한 핵심 기술

LNG의 수소식은 CH2 +2 H2O가 만나면서 CO2 + 4H2가 만들어집니다. 암모니아의 원자식은 2NH3인데, 전기 분해를 통해 N2와 3H2로 분해됩니다. 즉 암모니아는 순도 높은 질소 및 수소를 얻을 수 있습니다. 

 

여기서 핵심 기술은 고순도 수도 생산량 20 Nm2/h급 암모니아 분해 시스템이 필요합니다.

암모니아 분해 시스템

수전해 연계 저온 저압 암모니아 합성용 촉매 및 시스템 기술을 개발해야 하며, 물과 질소의 전기화학반응을 위한 전극 촉매, 막 전극 접합체 및 전해 셀 시스템을 개발해야 합니다. 

수소 암모니아 분리 농축 기술 암모니아 합성 기술

이러한 기술을 활용하게 되면 수소충전소에 그린 수소 공급을 할 수 있으며, 수소 연료전지 발전할 때 사용할 수 있습니다. 수소와 암모니아를 사용한 수소 암모니아 선박에도 사용됩니다. 

암모니아 수소 시장의 전망

암모니아 시장은 지금부터 성장할 예정입니다. 암모니아는 주로 수소와 조선 해운 산업에서 사용될 예정입니다. 암모니아는 생산성에 따라 그린 수소 시장에서 20%를 차지할 것으로 전망됩니다.

 

해운산업은 2050년에 전 세계에서 3500조에 달하는 규모일 것이라고 전망하고 있습니다. 그중 대부분의 배는 암모니아와 수소를 사용한 선박으로 대체될 예정이기 때문에 3500조 정도의 시장성이라고 보고 있습니다.