다가오는 수소 경제, 암모니아가 떠오른다

암모니아라는 단어를 들으면 처음 떠오르는 생각은 화장실일 가능성이 높습니다.

우리 몸은 단백질을 분해해 에너지를 얻는 과정에서 암모니아를 생성하고 소변으로 배출하기 때문에, 청소되지 않은 화장실에서는 자극적인 암모니아 냄새를 맡을 수 있는 것입니다.

이렇듯 자극적인 냄새로 기억되는 암모니아가 사실은 많은 분야에서 유용하게 사용되고 있다는 사실을 알고 계십니까?

특히 최근에는 수소 경제 시대에 필요한 자원 중 하나로 많은 관심을 받고 있다고 하는데, 이번 시간에는 수소와 함께 주목받고 있는 암모니아에 대해 알아보겠습니다.

암모니아(Ammonia)

암모니아는 분자식 NH3, 3개의 수소 원자와 1개의 질소 원자로 이루어져있으며, 녹는점은 -78℃, 끓는점은 -33℃로 실온에서는 자극적인 냄새가 나는 무색의 가스 형태를 띄는 무기화합물입니다.

고대 이집트에서는 태양신 암몬의 사원 근처에서 염화암모늄(NH4Cl)이 산출되는데, 이를 암몬의 염이라고 불렀고 이것이 암모니아의 어원이 되었습니다.

암모니아는 자연 상태에서 대기중에 소량 포함되어 있으며, 세균에 의한 질소 유기물 분해로 인해 토양에 포함되어 있을 수 있습니다.

새로운 에너지원으로 주목받는 수소(Hydrogen)와 운송, 저장 문제

약 5년 전만 해도, 우리는 앞으로 수소경제의 시대를 맡이할 것으로 예상했습니다.

화석연료의 무분별한 사용으로 인해 에너지원 고갈과 환경 파괴라는 두 가지 문제에 직면한 인류는 고갈될 걱정없고 친환경적인 수소를 대체 에너지로 점찍었습니다.

하지만 막상 현실화 단계에 들어서기 위해 전 세계에서 사용될 어마어마한 양의 수소를 안전하게 운송하고 보관하기 위해서는 몇 가지 넘어야할 문제가 존재했습니다.

우리가 먼저 알아야 할 점은 수소는 부피당 에너지 밀도가 낮고 가연성과 폭발 위험이 높아 수송과 저장, 취급 등이 까다롭다는 점입니다.

기체 상태의 수소는 부피가 높기 때문에 운송과 보관 시에 액체 상태를 유지하는데 수소를 액체화 하기 위해서는 -253℃의 극저온 상태를 유지해야 하기 때문에 막대한 에너지, 즉 비용이 소모됩니다.

또한 수소 취성(Hydrogen Embrittlement)의 문제도 있습니다.

수소 취성은 금속 소재, 특히 고강도 강철이 수소 원자의 흡수로 인해 부식되는 현상을 말하는데, 흡수된 수소 원자는 금속의 정상 결정 구조를 방해해 경도와 경직성 등을 감소시켜 파손 위험을 증가시킵니다.

수소를 운송하기 위해서는 벌크선과 파이프라인 등이 사용되야 하는데, 수소 취성으로 인한 안전 문제가 발생할 수 있습니다.

수소의 운송, 저장 문제의 대안으로 떠오르는 암모니아

위와 같은 수소의 운송과 저장 문제에 있어 새로운 대안으로 떠오르는 것이 바로 암모니아입니다.

암모니아 기체는 -33℃에서 액화되기 때문에 수송과 저장 과정에서 훨씬 더 적은 에너지로도 액체 상태를 유지할 수 있습니다.

또한 수소에 비해 약 2배의 양을 저장할 수 있으며, 운송량도 훨씬 많습니다.

수소에 비해 가연성과 폭발 위험도 낮으며, 수소 취성 문제도 해결됩니다.

또한 암모니아는 이미 전 세계적으로 유통망이 공급되어 있어 운송 및 저장에 추가로 인프라가 필요하지도 않습니다.

이런 이유로 수소를 운송하고 저장하는 과정에서 암모니아로 전환한 후 사용 할 때 다시 수소로 전환해 사용하는 것이 전환 없이 수소를 수송하고 저장하는 것보다 훨씬 경제적이고 안전합니다.

전문가들은 암모니아는 수소 경제로 가는 길을 만들것이라고 말합니다.

앞으로 암모니아와 수소 간 전환 시스템이 발전할 것으로 예상되는 이유입니다.

산업용 기체 유량 측정 및 제어에 사용되는 10,000 SLM MFC

산업 분야에서는 넓은 구경의 파이프를 이용해 대용량의 기체를 사용하는 경우가 많습니다.

Teledyne Hastings 사의 MFC는 많은량의 기체 유량을 측정하거나 제어할 때 빠른 응답 속도와 높은 정확도를 보장하며, 정확도 ±(0.5% of reading + 0.2% of full scale)에서 0 ~ 최대 10,000 SLM(0 ~ 750 kg/hr) 까지의 측정 범위를 가진 제공합니다.

MFC의 기체 변환 계수에 따르면 질소를 기준으로 암모니아는 0.7807로, 질소를 기준으로 보정된 최대 유량 10,000SLM의 MFC에서 암모니아를 측정할 경우 최대 유량은 7.807SLM이 되며, 반대로 암모니아를 기준으로 보정된 최대 유량 10,000SLM의 MFC에서 질소를 측정할 경우 최대 유량은 12,809SLM이 됩니다.

Teledyne Hastings의 MFC는 금속 실링과 아날로그 및 디지털 출력을 제공하며, 컴퓨터를 이용해 사용자 친화적인 인터페이스를 기반으로 한 디지털 통신 소프트웨어를 사용할 수 있습니다.

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