연구자들은 전기와 인공 조명을 사용하여 공기에서 직접 암모니아 가스를 합성하는 선구적인 플라즈마 기반 방법을 개발했으며, 화석 연료에 의존하는 하버-보슈 방법을 우회하여 주요 환경적 이점이 있는 확장 가능하고 저렴한 오프그리드 친환경 암모니아 생산 방법을 제공했습니다.
시드니 대학교 연구진은 전기와 인공 조명을 이용하여 암모니아를 생산하는 새로운 기술을 개발했습니다. 이 기술은 화석 연료 의존도를 크게 줄일 수 있는 더 깨끗하고 분산화된 암모니아 생산의 길을 열었습니다. 이 혁신적인 접근법은 현재 암모니아 합성 분야에서 주도적인 위치를 차지하고 있지만, 높은 에너지 소비, 화석 연료 의존도, 그리고 상당한 탄소 배출로 악명 높은 100년 된 하버-보슈 공정을 대체합니다.
시드니 연구팀의 발전의 핵심은 플라즈마를 이용하여 공기 중의 질소와 산소 분자를 직접 여기시키는 2단계 방법입니다. 이렇게 활성화된 분자는 막 기반 전해조를 통해 암모니아 가스로 변환됩니다. 기존 방식들은 일반적으로 액체 암모늄 형태로 암모니아를 생산하여 추가 공정을 필요로 했지만, 이 획기적인 방식은 암모니아를 기체 형태로 직접 생산하여 생산 공정을 간소화합니다. 시드니 대학교 화학 및 생체분자공학과의 PJ 컬렌 교수는 이 성과를 "저희 목표를 향한 중요한 발걸음"이라고 설명하며, 저비용, 확장성, 그리고 오프그리드 친화적인 암모니아 합성을 가능하게 했습니다.
이 개발의 함의는 비료 제조를 훨씬 넘어섭니다. 비료 제조는 전 세계 식량 생산의 거의 절반을 담당하고 오랫동안 막대한 온실가스 배출과 연관되어 왔습니다. 암모니아는 수소 함량이 높아 미래의 청정 에너지원으로도 큰 가능성을 가지고 있습니다. 해운업과 같은 산업에서는 이미 탄소 배출이 없는 연료 대안으로 암모니아를 연구하고 있습니다. 시드니에서 처음 개발된 이 방식은 친환경 암모니아 생산 방식을 혁신하여 중앙 집중식 산업 인프라가 부족한 외딴 지역이나 농촌 지역에서도 지속 가능한 연료와 비료를 더 쉽게 이용할 수 있도록 할 것입니다.
이 혁신은 화석 연료에 의존하는 암모니아 생산 방식에서 풍력이나 태양광과 같은 재생 에너지원을 활용한 친환경 암모니아 생산 방식으로 전환하려는 전 세계적인 노력의 일환입니다. 기존의 친환경 암모니아 생산 방식은 재생 에너지로 구동되는 물 전기분해를 통해 수소를 생성한 후 질소와 합성하여 이산화탄소 배출량을 크게 줄입니다. 그러나 이러한 환경적 이점에도 불구하고, 대규모 도입은 높은 비용과 느린 도입 속도, 그리고 업계 전반의 친환경 대안으로의 전환을 지연시키는 경제적 장벽 등의 어려움에 직면하고 있습니다.
이와는 대조적으로, 전 세계적으로 진행 중인 프로젝트들은 친환경 암모니아 사업의 가능성과 규모를 모두 부각합니다. 예를 들어, 독일의 EnBW 전력회사는 100,000년까지 노르웨이의 스키파비카 친환경 암모니아 프로젝트에서 연간 2027만 톤의 친환경 암모니아를 수입할 계획입니다. 이 프로젝트는 지역 재생에너지를 활용하여 전해조에 전력을 공급하며, 청정 수소 수입을 통해 산업 부문의 탈탄소화를 달성하려는 독일의 전략의 일환입니다. 마찬가지로, 캐나다 뉴펀들랜드 래브라도는 월드 에너지(World Energy)의 누지오코닉(Nujio'qonik) 프로젝트를 승인했습니다. 이 프로젝트는 XNUMX기가와트 이상의 풍력 에너지를 활용하여 친환경 수소와 암모니아를 생산할 예정이며, 북미 지역의 청정 암모니아 생산에 있어 중요한 진전을 이룹니다.
그럼에도 불구하고 전문가들은 전 세계 비료 및 에너지 산업을 친환경 암모니아로 완전히 전환하는 과정이 복잡하다는 점을 인정합니다. 작물 영양제 대기업 야라 인터내셔널의 대표 스베인 토레 홀세터가 지적했듯이, 유럽 비료 산업은 기후 목표 달성을 위해 저탄소 솔루션 도입을 가속화해야 하지만, 경제적 및 규제적 어려움은 여전히 남아 있습니다. 높은 생산 비용, 부족한 보조금, 그리고 재생에너지 정책에 더 유리한 지역과의 경쟁은 친환경 암모니아의 수익성 확보를 어렵게 만들고 있습니다.
그럼에도 불구하고, 시드니 대학교의 플라즈마 기반 암모니아 합성과 같은 혁신은 생산을 분산화하고, 비용을 절감하며, 암모니아 제조의 환경 발자국을 줄임으로써 기존 프로젝트에 유망한 보완책을 제공합니다. 전 세계 에너지 및 농업 시스템이 탈탄소화를 추진함에 따라, 이와 같은 혁신적인 기술은 지속 가능한 비료와 청정 연료에 대한 전 세계의 증가하는 수요를 충족하는 동시에 식량 안보와 기후 목표 달성에 중요한 역할을 할 수 있습니다.
