전기화학적 암모니아 해양 생산을 위한 개념 설계 연구

Abstract

그린 암모니아는 재생 에너지를 활용한 생산 과정을 통해 탄소 발자국을 최소화할 수 있어, 지속 가능한 에너지 시스템과 환경 보호에 중요한 역할을 할 수 있다. 이러한 탄소 중립 연료로서의 높은 잠재력 때문에 암모니아는 최근 큰 관심을 받고 있다. 본 연구는 해양 풍력 단지에서 생성된 전력을 활용하여 부유식 플랫폼에서 전기화학적 방식으로 암모니아를 생산하는 공정의 개념 설계를 수행하고, 기존 하버-보쉬법과의 효율성을 비교평가하였다. 전기 화학적 암모니아 생산공정을 질소 생산 공정, 담수화 공정, 전기화학적 암모니아 합성 공정, 암모니아 분리공정, 암모니아-질소 분리 공정으로 구성하였다. 전기화학적 암모니아 합성에서는 KOH를 전해질로 사용하는 알칼리 전해질 셀을 채택하였으며, 암모니아 분리 공정은 증류법을, 질소와 수소의 분리는 분리막을 이용하여 설계하였다. 이러한 공정 설계는 파이썬과 아스펜 플러스를 활용하여 진행하였다. 본 연구는 두 가지 방식의 암모니아 생산 효율을 비교하여, 전기화학적 암모니아 생산 방식이 더 높은 효율성을 얻기 위한 필요 조건을 도출하였다. 또한, 본 연구에서는 전기화학적 암모니아 공정의 P&ID를 작성하였고, HAZID와 HAZOP을 통해 시스템의 위험성과 운영성을 평가하였다.