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규제 없이 암모니아를 사용할 경우 질소산화물, 아산화질소 등 기후, 환경, 그리고 인체 건강에 해로운 오염물질이 배출될 수 있다.

"친환경" 암모니아: 새로운 환경 문제를 야기하는 것일까?

암모니아는 미래에 중요한 에너지 운반체로 떠오를 수 있다. 선박 연료로는 이산화탄소 배출이 없는 무연 연료로, 수소 저장 매체로는, 연료 전지의 에너지원으로도 활용될 수 있다. 특히 "친환경" 수소로부터 생산된 암모니아는 지속 가능한 에너지원으로 여겨진다. 그러나 질소 전문가의 지적처럼, 이른바 "친환경" 에너지 운반체인 암모니아에는 단점이 있다. 규제 없이 암모니아를 사용할 경우 질소산화물, 아산화질소 등 기후, 환경, 그리고 인체 건강에 해로운 오염물질이 배출될 수 있다. 

▲ 2010년까지 산화형 및 환원형 반응성 질소의 전 세계적 고정량 녹색 화살표는 자연적 발생원을, 파란색 화살표는 인위적 발생원을 나타낸다. 또한 질소의 지구적 한계(62~82 Tg N/년)도 표시되어 있다. Fowler et al.5에서 발췌. (출처:Ammonia for food and fuels in a sustainable future / One Earth / April 17. 2026)

암모니아(NH₃)는 에너지 전환에 있어 유망한 자원으로 여겨진다. 질소와 수소로 이루어진 이 화합물은 연소 시 이산화탄소를 배출하지 않기 때문에 연료뿐 아니라 친환경 수소의 화학적 저장 매체로도 적합하다. 수소와 달리 암모니아는 영하 40도 또는 9bar의 압력에서 액체 상태가 되므로 취급이 용이하다. 라이덴 대학교의 얀 빌렘 에리스만(Jan Willem Erisman)은 “암모니아는 수소만큼 에너지가 풍부하고 액화도 용이하다”며, “게다가 우리는 이미 100년이 넘는 생산, 저장, 운송 경험을 보유하고 있다. 이러한 장점 덕분에 암모니아는 해운이나 산업 분야에서 매력적인 연료로 주목받고 있다”고 설명했다.

암모니아와 질소 순환

하지만 암모니아에는 단점도 있다. 이 질소 화합물은 처음 생각만큼 친환경적이고 ‘깨끗한’ 물질이 아니다. 수십 년 동안 비료 성분으로 사용되어 온 농업 분야에서의 경험이 이를 증명한다. 에리스만 교수는 “하버-보쉬 공정을 이용한 암모니아 생산은 농작물 생산량과 그에 따른 세계 인구 증가, 그리고 산업 제품 및 군수품 생산의 상당한 성장을 가능하게 했지만, 원래 질소 부족 문제를 해결하기 위해 등장한 암모니아는 이제 질소 과잉의 주요 원인이 되어 생태계, 기후, 그리고 인간 건강에 광범위한 영향을 미치고 있다”고 지적했다.

하지만 하버-보쉬 공정을 이용한 암모니아 생산은 농작물 생산량 증가, 나아가 세계 인구 증가, 산업 제품 및 군수품 생산량 증가로 이어졌다”고 에리스만은 지적한다. “원래 질소 부족 문제 해결을 위해 고안되었던 암모니아 생산은 오히려 질소 과잉의 주요 원인이 되었고, 이는 생태계, 기후, 그리고 인간 건강에 광범위한 영향을 미치고 있다”고 연구자는 결론지었다.

▲ 지속가능발전시나리오(SDS) 및 2050년 탄소중립시나리오(NZE)에서 에너지 운반체로서의 암모니아 사용 SDS: 지속가능발전시나리오; NZE: 2050년 탄소중립시나리오; TFC: 해상 운송 부문의 최종 에너지 총 소비량. "기존 용도"는 현재의 농업 및 산업 용도를 의미하며, 이는 본 기술 로드맵의 핵심 분석 범위와 일치한다. (국제에너지기구(IEA) 자료에서 발췌)

암모니아 생산과 그 사용, 특히 비료로서의 사용은 수질 부영양화를 초래하는 부정적인 결과를 낳는다. 집약적 농업이 발달한 많은 지역에서는 과도한 양의 질산염이 토양과 지하수로 유입되기도 한다. 또한, 암모니아 분해 과정에서 온실가스인 아산화질소(웃음가스)와 질소산화물이 생성된다. “이러한 질소 손실은 대기 오염, 부영양화, 토양 산성화에 크게 기여한다”고 에리스만은 설명했다. 생물 다양성 또한 악화되고, 궁극적으로는 인간의 건강에도 악영향을 미친다.

환경 지침이 시급히 필요하다. 만약 암모니아가 연료 및 수소 저장 매체로 훨씬 더 많은 양이 생산 및 유통됨에 따라 이러한 환경 문제가 악화될 수 있다고 연구원은 경고했다. 국제에너지기구(IEA)의 추산에 따르면, 운송, 발전 및 산업 부문의 탈탄소화로 인해 전 세계 암모니아 생산량은 2050년까지 2~3배 증가할 수 있다. 에리스만은 "현재 '친환경 암모니아'에 대한 관심은 탈탄소화에 집중하는 추세를 반영한다"고 말했다. 기후 보호에 대한 이러한 관심은 시급히 필요하다. 그러나 그는 암모니아 사용이 질소 순환과 환경에 미치는 부정적인 영향을 간과하는 것이 위험하다고 지적했다.

▲ 질소 순환 과정에서 질소 효과를 관리하기 위한 진입점 그림 1 = 생산량 제한; 2 = 질소 이용 효율 증대; 3 = 순환 고리 닫기; 4 = 질소(N2)로의 전환. (출처:Ammonia for food and fuels in a sustainable future / One Earth / April 17. 2026)

에리스만은 "가장 큰 우려는 환경 속 질소 문제가 다시 한번 너무 적은 관심을 받고 있다는 것이다"고 말했다. 암모니아는 사용 과정에서의 배출과 손실을 통제할 수 있다면 에너지 전환에 중요한 역할을 할 수 있다. "질소 배출을 막기 위한 정책적 조치가 필요하다. 또한 생산 및 저장부터 운송 및 사용에 이르기까지 전체 공급망에서 손실을 제한하기 위한 더욱 엄격한 규제가 필요하다." 그래야만 이산화탄소 배출량을 줄이는 동시에 새로운 질소 문제를 예방할 수 있다.

출처:
Universität Leiden; Fachartikel: One Earth, doi: 10.1016/j.oneear.2026.101621

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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