[경제] 암모니아와 수소경제

암모니아와 수소경제

from : 대신증권, 암모니아, 다시 인류를 구할까?

수소(H2) 수송

대충 봐도 느낌이 온다. H를 N에 붙여서 암모니아를 만들고 이것으로 보관, 배송을 하려는구나 라고 이해 하자.

암모니아 만드는 법

그럼 이 수소원자랑 질소원자(N)를 어떻게 붙일수 있을까?

그것을 설명한 것이 아래 그림이다. '하버-보슈'법(Harber Bosch Ammonia Process) 이다.

보면 알겠지만, 처음에 메탄(CH4) 가 들어가기 때문에, CO2 가 나오지, 만약 메탄을 넣지않고 순수 수소(H2)를 넣는다면, 이산화탄소 배출은 별로 안될 것이다.

from: https://www.theengineeringconcepts.com/

이제까지는 이 암모니아를 '비료'로 가장 많이 사용했다. 그런데 이제는 수소(H)의 '운송' 에 쓰려고 한다.

왜 암모니아로 만들지?

부피가 크면, 저렇게 많이 싣지 못한다.

아래 표를 보면, 에너지 1MJ 를 만들려면, 다른 에너지원들보다 더 많은 부피를 차지한다. 그래서 이 부피만 줄일 수 있으면 대박이다.

다른 방법은 없나?

 

아래처럼 크게 2가지이다.

물리적 : 수소 의 물리적 상태를 변경해서 저장

• 압축
• 액화

화학적 :

수소분자를 다른 분자와 결합해서 새로운 형태로 변경
다시 수소화를 해야 하는 비용 발생

• 무기화합물:

  • 암모니아, 액화수소 대비 저장요율 1.7배 높다
    

• 유기화합물: LOHC(Liquid Organic Hydrogen Carrier; 액체유기수소화합물)

  • 수소+톨루엔 --> MCH

• 금속화합물
  

물리적-압축 :

현재 가장많이 쓰는 방법은 '물리적' 방법, 그중에 '압축' 이다.
고압 탱크(700bar)를 활용하는 경우 부피를 400배 가량 줄일 수 있다.

• 파이프라인
• 튜브 트레일러
  

물리적-액화:

• 극저온(-235℃) 상태에서 수소를 액화
• 액화를 위한 별도의 비용이 발생
• 고압 대비로도 4~5배 가량 저장 효율이 높아진다.

 

운송방안 별 사용시점

• 트럭: 양이 적고, 거리는 짧으면
• 파이프라인: 양이 많고, 거리는 짧으면
• 선박: 양이 많고, 거리는 멀면

언제가 암모니아가 유리한 가격?

리포트에 따르면, 그냥 LPG 처럼 '액화' 하는 방식은 kg당 1달러 정도. 

이 암모니아로 바꾸는 것은(물질변환)
바꾸는 데 1달러 들고, 바꾼 것을 다시 수소로 돌리는데 1달러가 들어서
약2달러가 든다고 한다. 근데 아직 이 수소화 하는 것이 상업화가 안됐다 한다.(비싸단 이야기)

보고서에서 '물질변환' 을 해서 운송하려면, 경제성을 따져서
해상으로 2,000km 이상의 거리는 돼야 한다고 한다.

암모니아로 배달이 되면, '장거리'일수록 절약되는 돈이 크고, 해상운송에서 암모니아로 배송할 때 비용절감이 더 크다.

수소를 다시 추출하는 단계의 상업화는 아직

그런데 아직 암모니아에서 수소를 다시 추출하는 단계가 연구중(대규모 상업 생산 기술이 연구중), 2025~30년 쯤에나 될 것으로 본다.

암모니아를 바로 연료로 쓰는 방안도 연구중

• 암모니아 연료전지
• 암모니아 추진선

원거리 수송을 안할수도 있지 않을까?

원거리 수송은 필요하다. 지역별 수소 의 생산단가 가 다르니까.

수소 생산비용에서 가장 큰 비용은 전력비 이다. 그래서 결국 친환경 에너지 생산단가 가 낮은 나라가 수소도 저렴하게 생산.

 

암모니아 에서 수소 를 추출 하는 기술

아직 상업화 안됐다. 그냥 분리하려면 고온이 필요하다. 그래서 촉매가 필요. 기존에는 니켈 을 사용, 그런데 효율이 안좋다. 대체 촉매 개발중.

선박쪽에서도 암모니아 필요

선박 IMO 기준충족 필요

2040년까지 40% co2 를 줄여야 한다.

현재로서 가장 현실적인 대안은

• LNG추진에 다양한 부가장치를 적용하는 방법

대체 연료 이외에 1) 설계 개선, 2) 하이브리드 보조 시스템, 3) 풍력, 태양광 등 친환경 발전 연계, 4) 탄소포집, 5) 엔진 출력제한 등으로 추가적인 탄소절감이 가능

탄소배출 전혀 없게 하려면, 결국 연료 를 바꿔야 한다.

에너지로서 암모니아

이때 암모니아 가 좀 유리 암모니아 -44도 정도면 액화된다. 수소는 -253도 또는 압력을 LPG 수준으로 조금만 줘도 액화된다.

이미 2억톤 규모의 활발한 유통시장

세계 주요 항구에서는 암모니아 취급 항만 저장시설 등의 인프라가 갖춰져 있다.

폭발성이 낮아 안전상의 장점

유독성은 추가적인 해결방안이 필요

현재 국내 조선소 보유 기술

• 암모니아 연료탱크와
• NOx 배출제어

암모니아 엔진 개발이 진행중.

한국 조선사가 유리

수소 경제 발전하면, 암모니아로 운송될 가능성이 있다. 그래서 암모니아 운반선 수요도 늘어날 수 있다. 하지만 2030년 이후나

한국 조선소들의 높은 LNG선 점유율이 높은 기술력 덕분

• 기본적인 설계와 생산능력
• LNG의 기화율에 따른 보냉 기술,
• DF엔진을 통한 연료 효율의 차별화

이러한 기술을 바탕으로 메탄올 추진선에 대해서도 한국 조선소가 테스트 발주를 싹쓸이

향후 암모니아 추진선이 확대된다면 같은 논리로 한국 조선소들의 점유율이 높아질 것이 명확하다.

 

암모니아 관련주, 조선/기계/건설

삼성엔지니어링(028050):

그린 암모니아 관련 생산-이송-추출-활용 중에서 합성과 분해 등 암모니아 변환 분야를 맡을 것으로 보임.

이미 중동, 중남미, 아시아 지역에서 중대형 암모니아 생산 플랜트 건설 경험이 있다.

관련 원천기술을 보유한 라이센서사와 에너지화학 기업들과의 네트워크를 가지고 있다.

한국조선해양(009540):

전세계 1위 조선해양. 친환경 운송 및 추진 선박 확대의 수혜주이다.

• 자회사 현대중공업이 친환경 엔진에 대한 기술을 확보
• 암모니아 추진선 관련 2019년부터 개발에 착수,
• 2020년 7월 기본인증(AIP)을 획득.

삼성중공업(010140):

• 암모니아 추진선 관련 2019년 개발 시작,
• 2020년 9월 암모니아 추진 아프라막스 탱커선,
• 올해 암모니아 레디 VLCC에 대한 기본인증을 획득했다.
• 22년 상세설계 완료 후 24년 상용화를 목표로 하고 있다.

대우조선해양(042660):

암모니아 추진선 관련 2020년 10월 로이드 선급으로부터

• 2.3만TEU급 컨테이너선에 관한 기본인증을 획득

했다.

두산중공업(034020):

• 그린 암모니아 협의체 18개사 중 한곳이다.

개발준비중

• 암모니아 혼소발전,
• 암모니아 분해가스 활용한 수소터빈

암모니아연료 활용 터빈개발을 위해 포스코-RIST와 업무협약을 체결.

두산퓨얼셀(336260):

• 발전용 수소연료전지를 생산

하는 주요 사업자이다.

• 선박용 연료전지도 개발, LNG추진선에 대한 연료전지 적용

으로 선박 효율을 높이게 된다.

• 암모니아를 연료로 하는 연료전지도 적용 가능해

시장 확대의 수혜가 될 전망이다

암모니아 관련주, 석유화학

롯데정밀화학(004000):

• 국내 암모니아 유통의 70%를 담당

하고 있는 업체다.

• 비료 사업은 중단

했지만 원료였던

• 암모니아 인프라를 활용하여 Trading 사업을 영위

하고 있다. 해외 그린수소의 국내 도입을 위한 암모니아 활용 과정에서 핵심적 역할이 기대된다.

롯데케미칼(011170):

Green Vision 2030을 발표하고 적극적인

• 수소 사업 진출을 선언했다.
• 수소의 생산-저장-운송-활용 밸류체인 전반에 걸쳐서 다양한 사업을 추진할 계획

이다. 수소 생산의 경우 2030년 60만톤(블루/그린수소)이 목표다.

한화솔루션(009830):

• 태양광 셀/모듈 제조업에서 사업 영역을 점차 확대 하고 있다.
• 태양광 발전,
• 수전해 기술 확보(2023년 목표),
• 수소탱크 생산 등 수소 경제 내 다양한 역할이 기대된다.

그린 암모니아 협의체 내에서는

• 그린수소의 생산과 관련

이 있다.