▲정승호 아주대 환경안전공학과 교수가 2일 인천광역시(인천테크노파크) 주최, 한국가스기술공사,·한국남동발전·한국석유공사·H2KOREA·인하대·에너지경제신문 주관으로 인천 '홀리데이인인천송도' 호텔에서 열린 '2024 인천미래에너지포럼'에 참석, '암모니아 저장탱크 안전성 기술'을 주제로 발표하고 있다. 사진= 송기우 기자
석탄발전소가 위치한 서해, 남해, 동해에 암모니아 인수기지가 구축될 예정인 가운데, 암모니아는 수소보다 밀도가 높다는 장점이 있지만 독성과 폭발 위험이 있어 액화천연가스(LNG) 저장탱크 수준의 방호시설이 필요하다는 지적이 나왔다.
정승호 아주대 환경안전공학과 교수는 12일 인천 홀리데이인 인천송도 호텔에서 열린 '2024 인천 미래에너지 포럼'에서 '암모니아 저장탱크 안전성 기술' 발표를 통해 “정부는 제10차 전력수급기본계획에 따라 온실가스 감축 및 탄소중립 실현을 위해 기존 석탄발전 및 LNG발전에 대해 각각 연료로 암모니아, 수소의 혼소를 추진할 예정"이라며 “전체 발전량 대비 2030년 2.1%, 2036년에는 7.1%로 확대될 것"이라고 설명했다.
이날 정 교수 발표에 따르면 해외에서 생산된 수소는 운송 효율을 높이기 위해 액화 또는 암모니아 방식으로 운송될 가능성이 높다. 수소는 우주에서 가장 가벼운 물질로, 이를 액화하려면 섭씨 영하 252.7도(℃)로 낮춰야 해 많은 에너지가 소모된다. 이에 비해 암모니아는 영하 33도로만 낮추면 돼 액화 방식보다 선호되고 있다.
우리나라는 한국가스공사가 충남 당진에 10만톤 규모의 액화수소 인수기지 구축을 계획하고 있다. 암모니아 인수기지는 석탄발전소가 위치한 서해, 남해, 동해 지역에 구축 계획 중이다.
암모니아의 장점은 액화수소보다 동일 부피에서 1.7배 높은 수소 저장 밀도를 가지며, 수소보다 압력 8.5바(bar)와 영하 33도의 조건에서 쉽게 액화가 가능하다. 또한 기존에 상용화된 암모니아 저장·운송 인프라의 활용이 가능해 경제적인 수소 저장·운송이 가능하며, 석탄발전소의 탈탄소화 수단으로서 암모니아를 무탄소 연료로 혼소 또는 연료 전환으로도 활용이 가능하다.
하지만 암모니아는 폭발 위험성과 독성이 있다는 단점이 있다.
암모니아는 폭발 범위 15~28%인 가연성 가스이며, 허용농도 TLV-TWA 25ppm, 대피기준 농도 150ppm, 악취기준 농도 1ppm인 독성가스이다. 동 및 동합금에 대해 부식성을 가지며, 액체 암모니아에 피부가 노출될 시 동상 또는 염증 위험성도 있다.
암모니아 사고 유형으로는 △누출 후 확산 △액면 화재 △증기운 화재 및 폭발 △BLEVE(비등액체팽창 증기 폭발) 등이 있다.
1992년 세네갈에서 암모니아 폭발사고로 129명이 사망하고 1150명이 부상당했으며, 2022년 인도에서도 폭발사고로 근로자 3명이 사망했다.
우리나라는 2014년 남양주에서 암모니아 누출로 폭발이 일어나 1명이 사망하고 3명이 부상당했다. 사고 원인은 유니트쿨러 코일 부분에서 발생한 핀홀에서 암모니아가 누출돼 급속동결실 내부가 폭발하한인 15%를 초과해 폭발 분위기가 형성됐으며, 비방폭 전기 또는 기계적 마찰로 인해 스파크가 발생한 것으로 추정된다.
암모니아 유출 실증실험에서는 탱크에서 최대 122프사이(psi)의 무수 암모니아가 대량으로 방출된 상황을 분석한 결과, 밀도가 높은 가스가 무수 암모니아의 초기 거동 및 이동을 지배한다는 사실과 높은 풍속에서 무수 암모니아가 즉시 공기와 혼합돼 바람에 따라 이동하는 것이 관찰됐다.
2022년 에어프로덕츠가 고압에서 액화 암모니아가 배관에서 방출될 때를 분석한 실험에서는 암모니아는 서로 다른 상류 압력에서 좁은 면적의 오리피스에서 방출돼 액체 88%, 기체 12%의 2상 유체로 방출됐음이 확인됐다. 실험 모두 방출 지점에서 50m까지 1100ppm 이상의 암모니아 농도가 감지됐으며, 방출압력이 높을 수록 암모니아 확산거리가 길다는 것이 관찰됐다.
누출 시 확산을 막아줄 수동적 완화장치로는 △고임목 △내화설비 △방류벽 △비산방지실드 △이중벽 용기 △이중 배관 △지중/지하용기 △지하배관시스템 등이 있다. 능동적 완화장치로는 △가스감지기 및 자동차단 밸브 △감지기 및 펌프중단 △고정식 소화설비 △과류방지밸브 △릴리프밸브/파열판 △방호수막/물분무(Water curtain) △ACQC(Automatic Clean Quick Coupler System) △Break away safety system 등이 있다.
정 교수는 “암모니아는 독성이자 가연성 물질로 사고 발생시 확산으로 인한 중독, 화재 및 폭발 등 사고유형이 다양하고, 위험성 평가 시 고려해야 할 사항이 많다"며 “에너지안보 측면에서도 석탄발전소 밀집 구역에 설치될 암모니아 터미널은 미사일 포격 범위에 위치해 있기 때문에 터미널에 대한 안전성 확보 방안이 필요하다"고 말했다.
이를 위해서는 암모니아 탱크도 LNG 탱크 수준의 고강도 콘크리트 외조를 적용하는 방안이 필요하다고 정 교수는 강조했다.
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