무탄소 연료에는 어두운 면이 있을 수 있다

국가들이 녹색 수소와 암모니아를 요구함에 따라 연구자들은 기후 부작용에 대해 경고합니다. 기후 친화적인 연료로는 수소와 암모니아가 매력적입니다. 탄소가 부족하기 때문에 태워서 환경에 좋은 물과 질소만 생산할 수 있습니다. 그러나 생산자가 누출이나 불완전 연소를 방지하기 위해 주의를 기울이지 않으면 연료가 인간 건강에 해를 끼치고 기후 혜택을 축소하거나 역전시킬 수 있는 오염 물질을 생성할 수 있다고 연구자들은 경고하고 있습니다.

 

예를 들어, 한 분석에 따르면 최악의 시나리오에서 암모니아를 연료로 사용하면 동일한 양의 석탄을 태우는 것만큼 온실가스 발자국이 나쁠 수 있습니다. 프린스턴 대학의 환경 공학자이자 과학 학술지에 발표된 이번 연구의 공동 저자인 아밀카레 포포라토는 "우리는 이러한 것들이 효과가 있기를 바랄 수는 없습니다"라고 말하며, 우리는 실사를 해야 합니다"라고 덧붙였습니다.

 

글로벌 변화 공동연구소의 연구원인 풀 울트램은 "이러한 잠재적인 부작용이 너무 자주 간과됩니다"라고 말하며, 거의 초점은 이산화탄소 배출에만 맞춰져 있습니다"라고 설명했습니다.

 

오늘날 수소와 암모니아는 주로 에너지 집약적이고 오염을 일으키는 과정에서 발생합니다. 그러나 재생 가능한 전기를 사용하여 깨끗하게 만들어서 녹색 연료를 만들 수도 있습니다. 녹색 수소는 지난달 미국 에너지부가 여러 허브를 지원하기 위해 70억 달러의 자금 지원을 발표하면서 힘을 얻었습니다. 암모니아에는 추가적인 장점이 있습니다. 그것은 수소와 달리 온화한 압력에서 액화될 수 있으며 비교적 쉽게 운반될 수 있는 것입니다.

 

그러나 암모니아가 누출되거나 완전히 연소되지 않으면 암모니아에 포함된 질소가 반응성 질소종을 생성할 수 있습니다. 이러한 화합물에는 이산화탄소보다 약 273배 더 강력한 온실가스인 이산화질소와 악명 높은 대기 오염물질인 기타 질소산화물이 포함됩니다. 예를 들어, 이산화질소는 스모그와 산성비의 핵심 성분이며 천식을 유발할 수 있는 입자 형성을 유발합니다.

 

포르포라토와 그의 동료들은 2060~70년까지 연간 약 16억 톤의 암모니아를 생산할 수 있는 사회에서 최고 및 최악의 시나리오를 모델링했습니다. (현재 연간 암모니아 시장 규모는 연간 약 1억8천만 톤이며, 대부분은 비료로 사용됩니다.) 그들은 암모니아에 포함된 질소의 0.5~5%가 전환되는 대신 반응성 질소 화합물로 손실되는 시나리오를 살펴보았습니다. 이에 그들은 특히 아산화질소의 배출률이 암모니아가 지구 온난화를 조절하는 데 도움이 되는지 아니면 석탄을 태우는 것만큼 기후에 해를 끼치는지 여부를 제어한다는 것을 발견했습니다.

 

도호쿠 대학에서 암모니아 터빈을 개발하는 연소 엔지니어인 고바야시 히데아키는 그룹의 예측이 너무 비관적이라고 말했습니다. 그의 터빈은 암모니아를 효율적으로 연소하고 아산화질소를 거의 또는 전혀 생성하지 않는 반면, 배기 시스템의 촉매 변환기는 모든 질소산화물을 제거한다고 말합니다. 그리고 그는 규제가 일본과 다른 곳에서 배출을 제한하는 데 도움이 될 것이라고 말했습니다.

 

그러나 울프럼은 현재 암모니아 동력 선박을 출시하고 있는 해양 운송 산업의 불량 배출 가능성에 대해 우려하고 있습니다. 잠재적 영향에 대한 2022년 연구에서 그와 그의 동료들은 전체 해상 운송 산업을 암모니아로 전환하면 현재 시장에서 생산되는 화학 물질의 약 4배가 필요하다는 사실을 발견했습니다. 이 연료에 포함된 질소의 0.4%만이 아산화질소로 변환되면 탄소 기반 연료에서 전환할 때의 이점이 완전히 없어진다는 사실을 발견했습니다. 울프럼은 "나에게는 이러한 모든 배출을 모니터링하고 제어하기가 어려운 것 같습니다"라고 말하며 해운 산업은 국제 해양 기구의 규제를 받지만 개별 선박에서 누출을 발견하기는 어려울 수 있다고 설명했습니다.

 

이뿐 아니라 수소에도 문제가 있습니다. 파이프라인 및 기타 기반 시설의 누출은 간접적으로 천연 자원 및 화석 연료 생산에서 배출되는 강력한 온실가스인 메탄 수준의 상승으로 이어질 수 있습니다. 그 이유는 수소가 메탄을 분해하는 데 중요한 역할을 하는 대기 중 화학종인 수산기 라디칼과 반응하여 이를 고갈시키기 때문입니다. 녹색 수소에 대한 2022년 분석에 따르면 누출률이 10%만큼 높으면 기후에 미치는 영향은 동등한 양의 화석 연료에 비해 약 절반이 될 것입니다. 이는 여전히 개선되었지만, 수소의 약속에 부응하지는 못합니다. 누출을 1% 정도만 유지하면 기후 혜택을 보존할 수 있다고 연구는 밝혔습니다.

 

2022년 연구를 주도한 프랑스 전력공사의 기후 과학자 일리사 오코는 예상할 수 있는 결과를 알기 위해 연구자들이 실제 누출률에 대한 더 많은 데이터가 필요하다고 말합니다. 내년에 EDF는 유럽과 북미에서 모니터링 캠페인을 시작하여 오코가 말하는 현장 누출률에 대한 최초의 측정치를 제공할 예정입니다. 그녀는 암모니아와 수소 경제는 초기 단계에 있지만, 곧 성장할 수 있다고 덧붙이며 "우리는 문제가 발생하기 전에 이러한 문제를 해결해야 합니다"라고 말했습니다.