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Nikkei X-TECH_2022.9.2

해상 그린 암모니아로 ‘지구 방위’ 추진
친환경 암모니아 전함 ‘미카사’   

아이자와(會澤)고압콘크리트(홋카이도)는 ‘제2회 스마트에너지 Week 가을’(지바 마쿠하리멧세, 8월 31일~9월 2일)에서 해상에 띄운 부유 구조물 ‘그린 암모니아 제조함’(Green Ammonia Production Ship: GAPS) 위에서 '그린 암모니아'를 생산할 계획을 공개했다. 그린 암모니아는 재생 에너지 전력으로 물을 전기 분해하고 얻은 그린 수소와 공기 중의 질소, 재생 에너지 전력을 기반으로 합성한 암모니아를 말한다.

그린 수소의 해상 생산은 독일 RWE 등이 계획을 발표했지만, 대부분 착상식 풍력 발전 기반. 부유 구조물 방식의 풍력 발전 기반, 더 나아가 그린 암모니아의 해상 생산 계획은 세계 최초이다.

-- 부유 구조물 위의 암모니아 생산 콤비나트 --
이 GAPS는 콘크리트 기반의 부유 구조물 방식의 해상 풍력 플랜트를 해상에 띄우고 그 위에서 해수 담수화와 물 전기 분해를 통해 수소를 생산, 그리고 신기술로 암모니아의 합성과 저장까지 실시하는 시스템이다. 이와 함께 암모니아의 해상 운송과 육상에서의 암모니아 운반, 수소 스테이션에서 암모니아에서 수소로 개질하는 장치 설치까지 한번에 실시할 계획이다.

제작은 지금부터로, GAPS 1호의 이름은 '미카사(MIKASA)', 규모는 10MW급이다. 암모니아 생산은 연산 약 1,700톤에 달한다고 한다. 탈탄소는 앞으로의 지구 운명을 좌우하는 '싸움'이라는 의미에서 과거의 전함 미카사(三笠) 이름을 따왔다고 한다.

시스템에 대해 자세히 설명하자면, 이 시스템은 육상 설비도 포함해 크게 8종류로 나뉜다. (1)콘크리트 기반의 부유 구조물과 그 위의 해상 풍력 발전소 (2)바닷물을 담수화하는 RO(Reverse Osmosis)컨테이너 (3)그 물을 전기분해하고 그린 수소를 생산하는 물전기분해장치 (4)생산한 수소와 공기 중의 질소로 암모니아을 합성하는 컨테이너 (5)합성한 암모니아의 저장 탱크가 들어있는 컨테이너 (6)암모니아 운반선 (7)육상의 수송 시스템 (8)수소 스테이션에서 암모니아를 수소로 개질하는 장치 등 8종류이다.

-- 부유 구조물은 콘크리트 3D프린터로 제조 --
(1)의 콘크리트의 부유 구조물(플로트 간을 잇는 파일 포함)은 아이자와고압(會澤高圧)콘크리트가 3D프린터 등으로 제조한다. 모든 것을 3D 프린터로 만드는 것이 아니라 틀을 3D프린터로 제작해 그 안에 경량의 콘크리트를 부어 만든다고 한다.

프리스트레스트 공법을 통해 연직방향으로 압축 응력을 가하는 PC(Prestressed Concrete)로 함으로써 파도에서 받는 응력에도 견딜 수 있다고 한다. “해수 내에서도 수 십년 간 내구성은 전혀 문제 없다”(아이자와고압콘크리트).

3D프린터를 사용하는 장점은 거대한 제작 공간이 불필요하다는 점이다. 선박과 같이 강철로 부유 구조물을 제조하려면 조선소급의 제조 공간이 필요하고, 그것을 항만까지 운반할 수단도 확보할 필요도 있다. 3D프린터를 이용한 콘크리트 부유 구조물은 항만 내에서 제조하는 것도 가능하다고 한다.

-- 수전해와 암모니아 합성은 미국의 기술로 실현 --
(3)과 (4)는 미국의 스타트업기업인 스타파이어에너지(Starfire Energy)의 독자적인 수전해장치와 암모니아 합성장치를 채택할 방침이다. 이 수전해장치는 전력 변동이 어려운 알칼리 수전해장치와 달리 재생에너지의 출력 변동에 강하다고 한다.

또한 암모니아 합성장치는 기존의 하버-보슈법과 다른 촉매를 이용하기 때문에 보다 저온에서 암모니아를 합성할 수 있다고 한다. “물의 전기분해를 포함해 14kWh의 전력량으로 1kg의 암모니아를 생산할 수 있다”(아이자와고압콘크리트).

이것은 최신 수전해장치와 하버-보슈법의 대형설비를 이용했을 경우에 비해 효율은 다소 낮지만, 두 플랜트가 부유 구조물에 탑재될 수 있을 정도의 소형임을 고려하면 나쁘지 않은 수치라고 할 수 있다. 미쓰비시중공업도 2021년 4월, 스타파이어에너지에 출자를 발표했다.

-- 암모니아는 한달에 1~2번의 페이스로 회수 --
이 암모니아를 육지로 운반하는 데에는 배를 사용하지만, 그 빈도가 높으면 운반 비용이 커진다. 이를 해결하기 위해 일정 기간 동안 부유 구조물 위에 암모니아를 저장해 둘 저장탱크가 필요하다(5). 아이자와고압콘크리트가 부유 구조물에 실을 예정인 것은 1곳 당 50kL 탱크 6개 분으로, 40일 간 생산되는 암모니아 양에 해당한다. 이 때문에 암모니아 회수는 한 달에 한 두 번이면 된다는 것이다.

-- 수소 스테이션에서 수소로 되돌려 이용 --
또한 (8)의 수소로의 개질에는 미국 Syzygy Plasmonics의 광촉매 리액터를 이용한다. 이것은 기존의 촉매 나노 입자(리액터)와 보다 입자가 큰 광포집 플라즈모닉 나노 입자(안테나)를 조합한 ‘안테나 리액터’라고 부르는 LED 광촉매 기술이다.

아이자와 고압콘크리트는 미국 기업의 장치를 이용하고 있지만 사업은 원칙적으로 일본에서 전개할 방침이다. 현재는 아직 상세 설계 단계로, 미카사의 준공 예정 시기는 공표되지 않았다.

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