[에너지] 수소 산업과 암모니아, 결국 경제성 확보가 중요하다.

메리츠증권_화학_201007

'수소 경제와 암모니아'

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1. 수소 경제란?

수소 에너지는 화석연료를 대체하며 온실가스를 배출하지 않는 청정에너지다.


수소는 자연 상태에서 다른 원소와 화합물 상태로 존재하는데, 따라서 수소 생산을 위해서는 전력 등의 다른 에너지원이 필요하다.


수소 생산 공법은 탄소 배출 유무에 따라 그레이 수소와 그린 수소로 구분한다. 그레이 수소는 천연가스, 석탄 등에서 추출하는 수소고, 그린 수소는 태양광, 풍력 등에서 수전해하여 얻는 수소다.

그레이 수소는 현재 상용화되어 있는 방식이나, 온실가스 배출에서 자유롭지 못하다. 탄소배출 제로 정책에 가장 부합하는 방법은 수전해를 이용한 그린 수소 방식이다. 하지만 분해에 투입되는 전력 비용이 높다는 단점이 있다.

2. 암모니아, 수소 운송에서의 활용

수소의 밸류 체인은 수소 생산 → 운송 → 충전으로 구분된다. 이때, 운송 과정에서의 암모니아에 주목할 필요가 있다.

수소 운송은 그 형태에 따라 중/단거리 운송은 기체-액화 방식이, 장거리 운송은 액상 수소(암모니아에 결합시켜서 이동) 방식이 효율성이 높다.


중장기적 관점에서 보자면, 수소 경제 활성화에 따른 국가 간 교역량 증가 시 장거리 이송이 많아지므로 암모니아 결합의 액상 수소의 활용도가 높아질 것이다.


그럼 암모니아에서 수소를 어떻게 뽑아내고, 그 자체로 어떤 장점이 있을까?



암모니아는 비료의 원료가 되는 물질로써, 메탄올/천연가스/LPG/나프타 등에서 그 자체로 생산이 가능하다. 채취한 수소를 질소와 결합시켜서 암모니아 상태의 액상 수소로 운송을 할 수도 있고, 암모니아 자체를 생산하여 거기서 수소를 그냥 뽑아낼 수도 있다. 방식이 2가지다.

암모니아 형태의 수소 분해의 장점은 생성 효율이 높다는 것이다. 일반 수전해 발전보다 암모니아가 필요 전압이 낮고, 반응속도가 훨씬 빠르다.

이러한 점들 때문에, 앞으로는 암모니아 방식의 수소 운송과 추출이 주류를 이룰 것이라 전망하고 있다.

3. Green 수소 생산 점검 - 어떻게 경제성을 확보하나

현재, 화석연료 기반의 그레이 수소 생산에 비해 수전해 공법의 생산 비용이 3배가량 비싸다.

따라서 그린 수소의 상용화를 위해선 경제성 확보가 무엇보다 우선인데, 전기분해에 공급되는 전력비용 하향이 수익성 확보에 핵심이다. 수전해의 비용 구조를 보면 전력비용이 80%, 설비투자가 15%가량을 차지한다.

전력비용 하향을 위해선 태양광/풍력의 신재생 에너지원으로의 저가의 전력 공급이 가능해야 한다. 이런 점 때문에 태양광/풍력이 발전될수록 수소 산업은 동반해서 계속 커질 수밖에 없다. 둘이 같이 가는 구조다.

▶ 또한, 수전해 방식의 차이에 따라서도 경제성을 확보할 수 있다.

수전해는 물을 분해하는 데 사용하는 전해질의 종류에 따라 고온 수증기 전해법(HTE), 양성자 교환막 전해법(PEM), 알칼리 수전해법(AE)으로 나눌 수 있다.


고온 수증기 전해법(HTE)은 고온에서 물을 분해하는 방법이다. 고효율의 물 분해가 가능하고, 장비 내구성이 뛰어나며, 유지와 보수비용이 적게 들어간다. 하지만, 고체 전해질을 사용해야 돼서 아직 기술적 성숙도가 떨어진다.


양성자 교환막 전해법(PEM)은 전해액 투입 없이 물만 써서 하는 방법이다. 에너지 효율과 순도율이 높지만 유지 비용이 높은 단점이 있다.


알칼리 수전해법(AE)은 알칼리 전해액을 이용하는 방법이다. 이 AE 방식이 현재로써는 여러 장점들이 많아서 상용화될 가능성이 높다.

과거~최근까지의 CAPEX는 알칼리 수전해 공법 투자였지만, 최근에는 PEM 방식으로 바뀌는 추세다.

PEM으로 접근하면 AE보다 CAPEX가 2배가량 절약되기 때문이다.

→ 이처럼 수소 경제는 경제성 확보가 상용화에 핵심일 것이며, 그 방법으로 신재생 에너지 발전과 수전해 방식에 변화를 추구하고 있다.

에너지_201007_수소 경제와 암모니아.pdf

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