에너지 정책, 원자력- 재생 하이브리드 그린 암모니아 생산시스템

암모니아 비료의 가격상승으로 식량 부족의 위기가 다가오고 있다. 암모니아 생산을 위해서는 수소 제조가 우선 되어야 한다. 수소 제조를 위해 고온증기를 전기분해하는 고체산화물전해조(SOEC, Solid Oxide Electrolysis Cell)가 상용화 단계에 있다. 암모니아는 하버 보쉬(Haber-Bosch) 반응기에서 수소와 질소와 합성하여 생산한다.

세계 각국은 고체산화물전지(SOC, Solid Oxide Cell) 기술을 전해조(electrolyzer)와 연료전지(fuel cell)에 적용하여 기술을 개발하고 있다. 현재 개발 중인 직접 전기화학 암모니아 합성 방법은 하버-보쉬 반응기 보다 에너지 소비량을 더 낮출 것이다. 또한 전해조 플랜트가 대형화 되어감에 따라 전해조의 제조단가는 낮아지고 있다.

향후 암모니아 생산비용은 전해조의 자본비용과 이용률이 결정할 것이다. 태양광은 이용률이 낮고 출력 또한 간헐적이고 불안정하다. 국내 기준, 태양광의 이용률은 15%에 불과하다. 원전의 이용률은 85% 이상으로 그린수소 제조에 필요한 전력과 열을 연속적으로 공급할 수 있다.

SOEC의 경제성을 확보하기 위해서는 값싼 원자력 전기와 함께 고온의 열 에너지를 병합해야 한다. 2020년 한전의 전력구입단가 기준, kWh 당 원자력은 60원이나 태양광은 150원이다. 또한 그린수소 생산을 위해 태양광은 저온전해(LTE) 방식이나, 원자력은 전기와 열을 동시에 활용할 수 있는 고효율 고온전해(HTE)를 적용할 수 있다.

칠레, 중동, 호주 등은 태양광 조건이 양호하나 한국은 그렇지 못하다. 한국의 경우 전해조 이용률, 투입전력의 가격, 그리고 고온의 열 에너지 활용여부에 따라 그린 암모니아의 가격 경쟁력이 결정될 것이다. 따라서 한국은 원자력과 재생 에너지를 통합한 하이브리드 그린 암모니아 생산시스템을 구축할 필요가 있다.

https://cleantechnica.com/2021/12/11/solar-ammonia-in-a-climate-crisis-electrolysis-is-no-barrier-to-low-cost-renewable-ammonia/