더 나은 내일을 위해 오늘부터 질산암모늄을 더 안전하게 관리합니다.

질산암모늄(AN)은 여러 중요한 용도로 널리 사용되는 화학 화합물입니다. 비료로서 수십억 명의 식량 공급을 돕습니다. 또한 연료유와 혼합되어 폭약에 의해 기폭되는 많은 광업용 폭약의 주성분이기도 합니다. 전 세계적인 농업 활동 증가와 질산암모늄 연료유(ANFO)에 대한 수요 증가로 인해 질산암모늄 시장은 향후 5년간 연평균 성장률(CAGR) 최소 4%로 성장할 것으로 예상됩니다. 그러나 질산암모늄의 잠재적인 폭발성(및 오용 가능성)으로 인해 제조업체, 판매자 및 사용자는 안전 경고를 주의 깊게 살펴야 하며, 그렇지 않을 경우 재난의 위험이 있습니다.

이 다재다능한 화합물의 이점을 계속 누리면서 사용과 관련된 위험을 최소화하려면 어떻게 해야 할까요? 이 기사에서는 2020년 베이루트에서 발생한 질산암모늄 폭발 사고의 주요 교훈과 향후 폭발 사고를 예방하는 방법에 대해 논의합니다.

질산암모늄 – 성장하는 시장

질산암모늄 시장은 상승세를 보이고 있으며, 최근 보고서에 따르면 2026년까지 시장 규모가 240억 달러에 이를 것으로 추정됩니다. 이러한 시장 가치 상승은 인구 증가로 인한 식량 공급 및 부동산 수요 증가에 기인합니다. 공교롭게도 질산암모늄은 두 산업 모두에서 귀중한 자원입니다.

질산암모늄은 인기 있는 비료입니다. 질소는 NH₄(암모늄)와 NO₃(질산염)이라는 화합물의 두 부분 모두에서 핵심 성분이기 때문입니다. 식물은 질산염 형태의 화합물에서 질소를 직접 흡수할 수 있을 뿐만 아니라, 암모늄 성분도 토양 미생물에 의해 질산염으로 점진적으로 전환될 수 있습니다. 이러한 특성 덕분에 질산암모늄은 식물 영양을 위해 즉시 이용 가능한 질산염 공급원을 선호하는 채소 재배자들에게 인기 있는 선택입니다. 축산 농가에서는 식물이 사용하기 전에 토양에서 휘발될 수 있는 요소 기반 비료보다 질산암모늄을 선호하여 목초지 및 건초 비료로 사용합니다. 또한 용해도가 높아 관개 시스템에 사용하기에도 매우 적합합니다.

질산암모늄의 또 다른 주요 용도는 광업, 채석 및 토목 건설용 폭발 혼합물의 성분입니다. ANFO의 일부로서 북미에서 사용되는 폭약의 80%를 차지합니다. 안타깝게도 ANFO의 구성 요소는 구하기가 비교적 쉽기 때문에 급조 폭발물로 오용될 가능성이 있습니다. 이는 잠재적 위험을 줄이기 위해 이러한 형태의 질산암모늄을 적절히 통제하는 것이 중요함을 시사합니다.

베이루트 재난 – 그 여파

2020년 8월 4일, 레바논의 수도 베이루트는 대형 폭발 사고로 흔들렸으며, 이 사고로 최소 218명이 사망하고 6,000명 이상이 부상을 입었습니다. 폭발의 주된 원인은 베이루트 항구 창고에 보관되어 있던 약 2,750톤의 질산암모늄이었습니다. 이 막대한 양의 질산암모늄은 2014년에 압류된 버려진 선박에서 압수된 것이었습니다. 보관 중이던 비료는 인근 창고 화재에서 발생한 불꽃으로 인해 점화되었고, 엄청난 재산 피해를 입히고 약 30만 명의 이재민을 발생시킨 폭발을 일으켰습니다. 2년이 지난 지금도 이 폭발 사고는 베이루트에 영향을 미치고 있으며, 2022년 7월과 8월에는 인근 곡물 사일로가 연쇄적으로 붕괴하는 사고가 발생했습니다.

폭발로 인한 인명 피해 외에도 경제적 손실은 67억 달러를 상회하는 것으로 추정됩니다. 이 폭발로 레바논 곡물 비축량의 90%가 소실되었으며, 심각한 경제적 어려움을 겪고 있는 국가의 불안정한 식량 안보 상황을 더욱 악화시켰습니다. 환경 또한 이러한 폭발로 인해 영향을 받았을 것이 분명하지만, 관련 데이터는 부족한 실정입니다. 질산암모늄이 폭발하면서 질소 산화물, 암모니아, 일산화탄소를 포함한 유해 가스가 환경으로 방출되어 화학적 오염을 일으키고 지역 주민들에게 추가적인 피해를 입혔습니다. 이러한 환경 오염은 생태계에도 피해를 주며, 분해 산물이 바다로 유입되면서 양서류와 수생 생물이 질산염 중독의 직접적인 피해를 입고 있습니다.

전문가들은 베이루트 폭발 사고를 분석하고 다른 유사한 질산암모늄 재난과 비교했습니다. 다른 여러 파괴적인 폭발 사고와 마찬가지로, 이번 폭발의 근본 원인도 통제되지 않은 화재로 판단되었습니다. 한 장소에 대량의 질산암모늄을 쌓아둔 것이 폭발의 충격을 증폭시켰고, 도심 지역에 보관되어 있었기 때문에 폭발로 인한 부상자 수가 증가했습니다. 이러한 분석 결과에 따라 레바논 국가 차원에서 화학 안전을 관리할 화학 규제 기관을 설립하고 향후 발생할 수 있는 비상 상황에 대한 대응 계획을 개선하는 등의 권고 사항이 제시되었습니다.

질산암모늄의 폭발성

대부분의 질산암모늄 폭발 사고는 운송이나 보관 중에 발생합니다(그림 1)。그러나 폭발 위험 요인을 완전히 이해하려면 질산암모늄의 화학적 특성과 제조 공정을 파악하는 것이 중요합니다.

질산암모늄은 암모니아와 질산을 물속에서 반응시킨 후, 물을 조심스럽게 증발시켜 고체 원소로 만들어집니다.

NH₃ + HNO₃ → NH₄NO₃

암모니아는 일반적으로 대기 중의 질소에서 얻으며, 질산은 암모니아 연소를 통해 제조됩니다. 이 두 가지 출발 물질은 보통 서로 가까이 두지 않습니다. 반응 과정에서 상당한 열이 발생하기 때문에 제조는 수용액 상태에서 이루어집니다. 이후의 증발 공정은 여러 폭발 사고의 원인이 되기도 했습니다. 제조 공정과 관련된 다른 폭발 원인으로는 불순물 혼입이 있으며, 이는 질산암모늄의 안정성을 떨어뜨릴 수 있습니다. 적절한 온도 제어가 이루어지지 않으면 질산암모늄이 수분을 흡수하거나 결정 형태가 변하여 덩어리가 형성될 수 있으며, 이는 사용하기에 부적합한 상태가 됩니다.

수십 년간 질산암모늄의 반응에 대한 연구가 진행되었음에도 불구하고, 정확한 분해 및 폭발 메커니즘은 완전히 밝혀지지 않았습니다. 이러한 난제는 반응의 화학적 복잡성뿐만 아니라 다양한 주변 환경과 잠재적 오염 물질 때문이기도 합니다. 다음 반응은 주요 폭발 반응으로 가정되고 있습니다.

2NH₄NO₃ → 2N₂ + O₂ + 4H₂O

질산암모늄이 매우 폭발적인 이유 중 하나는 동일한 분자 내에 연료 역할을 하는 암모늄 이온과 강력한 산소 공급원인 질산염을 모두 포함하고 있기 때문입니다. 분해가 일어나면 열이 발생하여 폭발이 시작되며, 이미 산소 공급원이 존재하기 때문에 연소가 급격히 가속화됩니다. 그 결과 아산화질소, 산소, 물이 생성되고 막대한 양의 열과 운동 에너지가 방출됩니다. 이러한 생성물은 초기 질산암모늄 부피의 1,000배에 달하는 부피 팽창을 일으켜 주변 지역에 치명적인 폭발 피해를 입힙니다.

우발적인 폭발 위험과 일반적인 오남용을 최소화하기 위해 질산암모늄에 대한 여러 공정, 첨가제 및 대체 물질이 테스트되었습니다(표 1)。그럼에도 불구하고 완벽한 해결책은 존재하지 않으며, 안전하고 경제적인 대체 물질을 개발하기 위한 더 많은 노력이 필요합니다. CAS에서 발행한 질산암모늄 폭발 사고의 교훈을 다룬 인사이트 보고서는 다음과 같이 강조합니다. “우발적으로 폭발하지 않는 비료를 만드는 것만으로는 충분하지 않으며, 쉽게 폭발하도록 만들 수 없는 비료를 만드는 것 또한 중요합니다.”

표 1. 대체 질소 비료 목록

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대체 질소 비료에 대해서도 검토가 이루어졌습니다(표 1). 그러나 질소 함량이 가장 높은 대체 물질은 상온에서 기체 상태이며 독성 때문에 사용이 제한됩니다. 질소 함량이 높은 비료를 다른 다량 영양소와 혼합하면 폭발 위험을 줄이면서도 효과적인 비료를 생산할 수 있습니다.

질산암모늄의 안전한 취급

이미 여러 국가에서 질산암모늄의 안전한 취급 및 보관을 위한 엄격한 규정과 요건이 마련되어 있습니다. 미국의 경우, 주요 규정은 2001년 직업안전위생관리국(OSHA)에 의해 제정되었으며, 추가적인 지침은 2015년 OSHA가 환경보호청(EPA) 및 주류·담배·화기·폭발물 단속국(ATF)과 협력하여 발행한 권고 문서에서 확인할 수 있습니다. 이 권고안은 질산암모늄 위험 관리 및 안전을 개선하고 환경을 보호하기 위한 정부 차원의 지속적인 이니셔티브의 일환으로 발행되었습니다.

CAS의 질산암모늄 안전 인사이트 보고서는 안전한 보관을 위해 여러 변수를 신중하게 고려해야 함을 강조합니다 (그림 2)。OSHA 규정에 따르면 보관 구역에는 적절한 환기 시설이 필수적이며, 이는 유독 가스와 뜨거운 가스의 축적 및 덩어리 형성을 방지하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 법규에 명시된 기타 주요 안전 요소로는 보관 구역 내 불연성 재료 사용, 온도 130°F(약 54.4°C) 이하 유지, 한 장소에 보관하는 질산암모늄의 양 제한, 적절한 소방 조치 확보 등이 있습니다.

법률과 지침은 고체 질산암모늄과 같은 위험 물질을 통제하는 데 필수적이지만, 이를 준수할 때만 안전을 개선할 수 있습니다. 질산암모늄의 위험성에 대한 인식을 높이고 기존 지침을 준수하는 것의 중요성을 알리는 것은 향후 발생할 수 있는 치명적인 사고를 예방하거나 최소한 크게 제한하는 데 도움이 될 것입니다.

질산암모늄은 농업 및 기타 산업 전반에서 전 세계적으로 의존하고 있는 매우 유용하고 경제적으로 중요한 물질입니다. 그러나 지난 세기 동안 발생한 여러 파괴적인 폭발 사고를 통해 제조 및 보관의 위험성이 부각되었습니다. 이러한 위험한 상황을 개선하기 위해서는 대중이 질산암모늄의 위험성을 인지하고, 적절한 대체 물질을 찾는 동안 안전 조치를 철저히 준수하는 것이 무엇보다 중요합니다.

더 자세한 내용을 확인하시려면 당사의 인사이트 보고서인 “질산암모늄 폭발 사고: 얻은 교훈”을 다운로드해 주십시오.

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