탄소 배출 없는 비료 생산

[아름이]

탄소 배출 없는 비료 생산
날짜:
2022년 12월 19일
원천:
ETH 취리히
요약:
연구원들은 질소 비료를 보다 지속 가능하게 생산할 수 있는 방법을 보여주었습니다. 이것은 기후를 보호할 뿐만 아니라 수입 천연가스에 대한 의존도를 줄이고 식량 안보를 강화하기 위해서도 필요합니다.

집약적 농업은 토양이 질소, 인, 칼륨으로 비옥해진 경우에만 가능합니다. 인과 칼륨은 염으로 채광할 수 있지만 질소 비료는 공기 중의 질소와 수소로부터 힘들게 생산해야 합니다. 그리고 수소 생산은 극도로 에너지 집약적이어서 현재 많은 양의 천연 가스나 중국에서와 같이 석탄이 필요합니다. 상응하는 탄소 발자국이 큰 것 외에도 질소 비료 생산은 화석 연료 시장의 가격 충격에 취약합니다.

ETH Zurich의 신뢰성 및 위험 공학 연구소의 수석 과학자인 Paolo Gabrielli는 미국 스탠포드에 있는 Carnegie Institution for Science의 수석 연구원인 Lorenzo Rosa와 협력하여 질소 비료에 대한 다양한 탄소 중립 생산 방법을 조사했습니다. Environmental Research Letters 저널에 발표된 연구에서 두 연구원은 질소 생산의 전환이 가능하며 그러한 전환이 식량 안보를 증가시킬 수도 있다고 결론지었습니다. 그러나 대체 생산 방법에는 장점과 단점이 있습니다. 구체적으로 두 연구원은 세 가지 대안을 조사했습니다.

기존과 같이 화석 연료를 사용하여 필요한 수소를 생산하고 온실 가스인 CO 2 를 대기 중으로 배출하는 대신 생산 공장에서 포집하여 지하에 영구적으로 저장합니다(탄소 포집 및 저장, CSS). 이를 위해서는 CO2를 포집, 운송 및 저장하기 위한 인프라 뿐만 아니라 그에 상응하는 더 많은 에너지도 필요합니다 . 그럼에도 불구하고 비교적 효율적인 생산 방법입니다. 그러나 화석 연료에 대한 의존도를 줄이는 데는 아무런 도움이 되지 않습니다.
수소를 생산하기 위해 물 전기 분해를 사용하여 전기 비료 생산. 이것은 천연 가스를 사용하는 오늘날의 생산 방법보다 평균 25배 더 많은 에너지를 필요로 하므로 탄소 중립 소스에서 엄청난 양의 전기가 필요합니다. 태양광 또는 풍력 에너지가 풍부한 국가의 경우 이는 매력적인 접근 방식이 될 수 있습니다. 그러나 기후 행동이라는 이름으로 경제의 다른 부문에 전기를 공급하려는 계획을 고려할 때 지속 가능한 전기를 위한 경쟁으로 이어질 수 있습니다.
바이오매스에서 비료 생산을 위한 수소 합성. 많은 경작지와 물이 필요하기 때문에 아이러니하게도 이 생산 방식은 식량 생산과 경쟁합니다. 그러나 이 연구의 저자들은 공급원료가 폐기물 바이오매스(예: 농작물 잔류물)인 경우 이치에 맞다고 지적합니다.
과학자들은 성공의 열쇠는 국가와 특정 지역 조건 및 가용 자원에 따라 이러한 모든 접근 방식의 조합일 가능성이 높다고 말합니다. 어떤 경우든 Rosa가 강조한 것처럼 농업에서 질소 비료를 보다 효율적으로 사용하는 것이 필수적입니다.

위험에 처한 인도와 중국

이 연구에서 과학자들은 또한 현재 질소나 천연 가스 수입에 대한 의존도 때문에 식량 안보가 특히 위험에 처한 세계 국가를 식별하고자 했습니다. 다음 국가는 천연 가스 및 질소 시장의 가격 충격에 특히 취약합니다: 인도, 브라질, 중국, 프랑스, ​​터키, 독일.

탈탄소화 비료 생산은 많은 경우에 이러한 취약성을 줄이고 식량 안보를 증가시킬 것입니다. 적어도 재생 에너지를 통한 전력화 또는 바이오매스 사용은 천연 가스 수입에 대한 의존도를 줄일 것입니다. 그러나 연구원들은 질소 비료를 생산하는 모든 탄소 중립적 방법이 화석 연료를 사용하는 현재 방법보다 에너지 집약적이라는 점을 지적했습니다. 즉, 천연가스 시장이 직접적으로가 아니라 전력 시장에서 특정 가격 충격에 여전히 취약합니다.

변화에 직면한 질소 생산자

탈탄소화는 질소 비료를 생산하는 국가의 라인업을 바꿀 가능성이 있다고 과학자들은 연구에서 지적했습니다. 현 상황에서 가장 큰 질소 수출국은 러시아, 중국, 이집트, 카타르, 사우디아라비아입니다. 천연가스를 수입해야 하는 중국을 제외하고 이들 국가는 모두 자체 천연가스 매장량을 활용할 수 있습니다. 미래에 탈탄소화의 혜택을 받을 가능성이 있는 국가는 캐나다와 미국과 같이 많은 태양열 및 풍력 발전을 생산하고 충분한 토지와 물을 보유하고 있는 국가입니다.

Gabrielli는 "기후 목표를 달성하고 식량 안보를 이유로 미래에 질소에 대한 농업 수요를 보다 지속 가능하게 만들어야 한다는 사실을 피할 수 없습니다."라고 말했습니다. 우크라이나 전쟁은 우크라이나가 일반적으로 많은 양의 곡물을 수출할 뿐만 아니라 분쟁으로 인해 천연가스 가격이 상승했기 때문에 세계 식품 시장에 영향을 미치고 있습니다. 이로 인해 질소 비료 가격이 상승했습니다. 그럼에도 불구하고 일부 비료 생산업체는 엄청난 가스 비용으로 인해 생산이 비경제적이기 때문에 적어도 일시적으로 생산을 중단한 것으로 알려져 있습니다.

출처 : https://www.sciencedaily.com/