합성 비료는 세계 식량 생산에서 중추적인 역할을 하며, 질소 기반 비료만으로도 세계 인구 절반 정도의 영양을 지원합니다.  

그러나 이는 식량 안보 문제뿐만 아니라 상당한 환경 비용을 초래합니다. 이는 농장에서 비료의 다운스트림 적용뿐만 아니라 업스트림 생산 및 유통까지 확장됩니다. 이 블로그 게시물에서는 후자의 문제에 초점을 맞추고 있습니다. 

왜 질소인가? 

질소는 작물의 핵심 영양소로 잎 성장, 아미노산 합성, 엽록소 발달과 같은 중요한 과정을 촉진합니다. 자연에서 식물은 토양에서 질소를 흡수하여 미생물에 의해 생물학적으로 이용 가능한 다양한 형태로 공기로부터 고정됩니다. 

19 중th 20세기에 과학자들과 엔지니어들은 자연적으로 발생하는 미생물이 가능하게 하는 것 이상으로 작물 재배를 촉진하기 위해 질소를 합성하는 방법을 찾기 위해 경쟁했습니다. 그러한 노력의 결과는 암모니아의 대규모 산업 생산을 가능하게 하는 Haber-Bosch 공정입니다. 오늘날 사용되는 대부분의 질소 비료의 전구체인 질소 함유 화합물. 

비료 생산, 유통 = 누적 배출 

기존의 Haber-Bosch 공정은 공기 중의 질소를 화석 연료(일반적으로 천연 가스)에서 얻은 수소와 반응시키는 방식으로 작동합니다. 이 반응이 일어나기 위해 필요한 높은 온도를 생성하려면 화석 연료도 필요합니다. 전통적인 비료 생산의 에너지 집약적 특성은 전 세계 총 에너지 사용의 1~2%, 전 세계 온실가스 배출량의 1~2%를 차지합니다.  

게다가 대량 생산에 필요한 규모의 경제를 달성하기 위해 산업은 고도로 중앙집중화되어 있습니다. 결과적으로 최종 사용자(즉, 농장)에게 비료를 전달하려면 장거리 운송이 필요합니다. 이로 인해 추가 배출이 쌓이고 비료가 공급망 충격에 매우 민감해집니다. 예를 들어, 비료 가격은 코로나 관련 혼란, 소규모 재고, 러시아-우크라이나 분쟁의 확대, 중국의 주요 생산업체 및 유통업체가 부과한 효과적인 수출 금지 조치로 인해 2020~2022년 사이에 급등했습니다. 

그럼에도 불구하고, 비료에 대한 수요는 주로 수확량을 늘리기 위해 영양분을 가장 필요로 하고 일반적으로 생산지에서 가장 멀리 위치한 저소득 국가에서 계속 증가하고 있습니다. 

분산형 산업을 향하여 

이러한 에너지 소비 문제, 배출 및 공급망 비효율성을 완화해야 할 필요성이 인식되면서 분산형 비료 생산 모델에 대한 혁신이 촉발되었습니다. 이러한 모델은 질소 고정에 대한 '깨끗한' 접근 방식을 활용하면서 비료 생산을 최종 사용자에게 더 가깝게 이동함으로써 운송 요구를 최소화하고 지속 가능성을 향상시키는 것을 목표로 합니다. 

넓은 의미에서 두 가지 범주가 나타났습니다. 

1. 중규모 국산화/지방생산: 이는 기존 Haber-Bosch 시설보다 약간 작은 규모로 생산되지만 일반적으로 동일한 라인(즉, '녹색 암모니아')을 따라 운영됩니다. 여기서 중요한 차이점은 암모니아를 생산하는 데 필요한 수소가 전기분해를 통해 물에서 공급된다는 것입니다. 일반적으로 함께 위치한 태양광 또는 풍력 설비에서 나오는 재생 에너지는 탄화수소가 아닌 프로세스에 전력을 공급합니다. 이 접근 방식을 채택한 혁신가의 예는 다음과 같습니다. 퍼티히, 유럽 농부들을 위한 지속 가능한 비료를 생산하기 위해 스페인에 녹색 암모니아 공장을 계획하고 있습니다. 
    

1. 소규모 현장 생산: 이 접근 방식은 탈중앙화 개념을 한계까지 끌어올리는 것을 목표로 합니다. 여기에는 개별 농장이나 지역사회에 충분한 비료를 생산할 수 있는 소형 생산 장치가 포함되며, 종종 선적 컨테이너 내에 보관됩니다. 이러한 현장 생산 방식 내에서 혁신가들은 일반적으로 두 가지 질소 고정 방법을 탐색하고 있습니다. 

현직 장점? 

분산 생산의 유망한 전망에도 불구하고 과제는 여전히 남아 있습니다. 기존 비료 회사는 전통적인 Haber-Bosch 시설(예: '블루 암모니아')에서 탄소 포집 및 저장 기술을 통합하고 질소를 증가시키는 생물학적 투입과 같은 다운스트림 개입에 초점을 맞추는 경향이 있습니다. 몇 가지 예외를 제외하면 중간 규모 및 소규모 분산 기술에는 최소한으로만 참여했습니다.  

대신, 식품 및 에너지 업계의 참여자들은 기업의 참여를 분산형 솔루션으로 유도하고 있습니다. Olam Food Ingredients를 이용한 Nitricity의 현장 질소 고정 기술 현장 시험, FertigHy의 창립 투자자가 된 Heineken과 RIC Energy 등이 그 예입니다.  

마이크로 스케일 솔루션 영역에서 기술 VC는 Nitricity 및 Jupiter Ionics와 같은 스타트업에 대한 초기 단계 투자를 주도해 왔습니다. 한편, 맥쿼리 등 인프라 투자자들은 다음과 같은 중규모 벤처에 관심을 보이고 있다. 아틀라스 농업. 

주요 관할권에서 환경 규제가 강화되고 연료 및 에너지 저장과 같은 용도를 위한 새로운 녹색 암모니아 시장이 대두됨에 따라 선별된 비료 혁신가 그룹이 혜택을 누릴 것으로 기대할 수 있습니다. 새로운 암모니아 시장에 진출할 수 있는 능력은 특히 독특한 기술을 제공하는 혁신가에게 더 많은 기존 관심을 끌 수 있는 다양한 수익 기회를 의미합니다. 

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• 출처: https://www.cleantech.com/distributed-fertilizer-supply-is-crucial-for-future-food-security-and-sustainability/