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이중암모니아 파이프라인의 모델링(a) 및 파이프라인 길이에 따른 압력분포 결과(b).

[대학저널 이선용 기자] 순천향대학교는 나노화학공학과 권휘웅 교수 연구팀이 암모니아(NH₃)를 활용한 장거리 에너지 수송을 위한 파이프라인 설계 및 안전성 평가 기술을 개발했다고 29일 밝혔다.

암모니아는 수소 함량이 높고 저장·운송이 쉬워 차세대 수소 운반체로 주목받는다. 해외에서 대규모 수소를 생산해 국내로 도입하는 경우 장거리 운송 기술이 필수적이며, 트럭이나 선박 대비 파이프라인 수송이 경제성 측면에서 가장 효율적인 방식으로 평가된다.

다만 암모니아는 독성이 있어 누출 시 큰 위험을 초래할 수 있어 안전한 운송을 위한 정밀 해석과 설계 기술 확보가 핵심 과제로 꼽혀왔다.

이에 연구팀은 전산유체역학(컴퓨터 시뮬레이션을 통해 유체(액체·기체)의 흐름, 압력, 온도, 열전달, 난류 현상 등을 분석하는 기술)을 활용해 장거리 암모니아 파이프라인 내부 유동을 정밀 분석했다. 액상 암모니아(LNH₃)와 기상 암모니아(GNH₃)를 대상으로 직선 단일 파이프, 이중 단일 파이프, 단일·이중 곡관 파이프 등 다양한 구조를 적용해 압력 강하, 온도 변화, 유속 분포를 종합적으로 검증했다.

그 결과, 10km 장거리 수송 시 압력 강하와 온도 변화는 각각 약 6.675bar, 1.71K 수준으로 나타나 액체·기체 상태 변화 없이 안정적인 단일상 흐름 유지가 가능한 것으로 확인됐다. 또한 파이프 구조에 따른 압력 차이는 미미했으며, 액상 운송에서는 유속이 거의 일정하게 유지됐다. 연구팀은 파이프 직경과 유량이 압력 강하 및 유동 특성에 가장 큰 영향을 미치는 핵심 변수라는 점도 밝혀냈다.

권휘웅 교수는 “암모니아는 수소경제 실현을 위한 핵심 에너지 운반체이지만 독성으로 인해 안전성이 무엇보다 중요하다”며 “이번 연구를 통해 장거리 파이프라인 수송 과정의 유동 특성과 위험요인을 정량적으로 분석함으로써 향후 안전한 에너지 인프라 구축에 기여할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

한편, 이번 연구 성과는 ‘CFD-driven thermo-hydraulic characterization of long-distance pipelines for ammonia transportation’라는 제목으로 국제학술지 International Journal of Hydrogen Energy(IF 8.3, 2024년 JCR 기준 상위 12.5%) 4월호에 게재됐다.

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