[짧은 생각]암모니아 물성과 특징

암모니아는 질소와 수소로 이뤄어진 화합물로 분자식은 NH3이다.

끓는점 -33℃로 실온에서 기체상태. 그러나 인화점은 132℃이며 자연발화온도는 651℃.

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※참고 사항

. 끓는점 : 액체의 증기압이 액체를 둘러싼 외부 압력과 같은 온도.

. 인화점 : 점화원이 주어졌을 때 물질의 증기가 점화되는데 충분한 농도의 증기를 발생시키는 최저 온도.

. 발화점 : 점화원을 부여하지 않고 공기중에서 가열할 때 연소(발화 또는 폭발)를 개시하는 최저 온도.

모든 액체는 끓는점이 있지만, 휘발성 액체에만 인화점이 있다.

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인화점이 높고 자연발화 온도가 높기 때문에 연소가 잘되지 않는다. 따라서 석탄과 혼소를 시도하고 있다.

그럴 경우, 그린 암모니아로 석탄 혼소(20%) 발전할 경우 석탄 발전대비 이산화탄소 배출량이 75% 수준이다.

만약 그레이 암모니아일 경우에는 석탄 발전과 온실가스 배출량의 차이가 없다.

 

.암모니아 구조

수소 3원자가 한변이 1.63nm인 정삼각형의 모양을 이루고 있고 질소 원자가 0.038nm만큼 떠 있는 모양이다.

위와같이 분자구조로 인해 쌍극자 모멘트는 0이 아니고, 극성 물질이 된다. 전기음성도가 큰 F,O,N중의 하나인 N과의 결합으로 수소결합을 하고 있다. 따라서 분자와 분자간 N과 H간의 정전기적 인력이 강한 분자간 인력이 크게 작용한다.

또한,. 수소와 공유결합을 하고 있고, 비공유전자쌍이 한쌍 존재하는데, 이 때문에 양성자 받개, 즉 염기로 작용한다.

.암모니아가 수소케리어로 유리한 점

암모니아는 N 하나에 H 세개가 결합하고 있다. 수소 결합이기 때문에 물에 잘 녹는다. 상온에서 30%, 0℃에서 45%까지 녹는다. 암모니아는 녹으면 알칼리성을 띄는데, 0.31%만 되어도 PH 11.5를 기록하며 강력한 독극물이 된다.

대기압에서 수소는 -253℃에서 액화하지만 암모니아는 -33℃에서 액화 가능하며, 액화수소 대비 1.5배의 밀도를 갖는다.

완전 연소시 이산화탄소의 발생이 없다. 하지만 불완전 연소시에는 NoX 발생.

위 표에서 보듯이, 암모니아는 수치적으로 프로판과 비슷하지만, 단위질량당 열량이 타 연료에 비해 낮으며, 자연발화 온도도 타연료에 비해 높은 단점이 있다. 

암모니아는 이러한 특성으로 인해 무탄소 연료의 장점이 있지만, 높은 인화점과 자연발화온도에 의해 점화조건이 어려우며, 연소속도도 느리며 NoX 발생의 문제점이 있다,

그러나, 위의 표에서 보듯이 이론당량비 조건의 공기연료비가 6.0456으로 다른 연료에 비해 낮아, 연료공기 혼합기 대비 열량으로는 가솔린,디젤등 기존 연료와 동등 이상의 수준에 해당.

 

다음번에는 암모니아 혼소에 대한 정부정책과 현재 개발 상태에 대해 알아보기.