Optimal design of a green ammonia export supply chain from Saudi Arabia under demand, price and route uncertainty: a two-stage stochastic programming approach
본 논문은 2단계 확률적 프로그래밍 모델을 활용하여 사우디아라비아에서 유럽 및 동아시아로 향하는 최적의 그린 암모니아 수출 공급망이 연간 180만 톤의 용량을 가진 네옴(NEOM) 부지에만 집중되어야 함을 입증하며, 이는 결정론적 설계에 비해 상당한 경제적 이점을 제공하고 수요 및 경로의 불확실성 하에서 시장 가격과 자본 비용에 매우 민감하게 반응함을 보여준다.
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세계는 화석 연료를 태우지 않고 미래를 동력화할 방법을 찾고 있으며, 가장 유망한 해결책 중 하나는 햇빛과 바람을 '그린 암모니아'라 불리는 깨끗한 연료로 전환하는 것입니다. 하지만 수소는 극도로 낮은 온도를 유지하거나 엄청난 압력을 가해야 하기 때문에 바다를 건너 운송하기가 어렵습니다. 이를 해결하기 위해 엔지니어들은 종로를 해외로 보낼 때, 수소를 훨씬 운송과 저장이 용이한 화학 물질인 암모니아로 변환하곤 합니다. 광활한 사막과 강력한 해안 풍력을 보유한 사우디아라비아는 이 그린 암모니아의 주요 수출국이 될 수 있는 독보적인 위치에 있습니다. 그러나 거대한 공장과 항구를 건설하는 것은 하나의 도박입니다. 투자자들은 세계가 정확히 얼마나 많은 연료를 살 것인지, 가격을 얼마로 책정할지, 혹은 자신들이 의존하는 항로가 계속 열려 있을지 알기도 수년 전에 어디에 얼마나 큰 규모의 공장을 지을지를 결정해야 합니다.
제다 대학교의 압둘카데르 한바자자(Abdulkader Hanbazazah)가 수행한 새로운 연구는 가장 안전하고 수익성 있는 경로를 찾기 위해 정교한 컴퓨터 모델을 만들어 이러한 불확실성에 대응합니다. 연구진은 단 하나의 미래를 추측하는 대신, 수요의 높고 낮음, 가격의 변동, 분쟁으로 인한 항로 봉쇄 위험 등을 결합하여 50가지의 서로 다른 가능한 세계를 시뮬레이션했습니다. 그들은 사우디아라비아의 다섯 곳의 잠재적 해안 지역(홍해에 3곳, 아라비아 걸프에 2곳)을 테스트하여, 어떤 태양광 패널, 풍력 터빈, 화학 공장의 조합이 최악의 시나리오에서도 살아남으면서 동시에 수익을 낼 수 있는지 확인했습니다. 목표는 단순히 암모니아를 만드는 가장 저렴한 방법을 찾는 것이 아니라, 글로벌 시장과 지정학적 불확실성을 견뎌낼 수 있는 공급망을 설계하는 것이었습니다.
모델 결과, 첫 번째 주요 수출 허브의 위치로 NEOM이 명확한 승자로 나타났습니다. NEOM은 사우디아라비아 북서쪽 끝에 건설 중인 신도시입니다. 홍해 연안의 항구들이 일본이나 한국 같은 아시아 시장에 더 가깝다는 사실에도 불구하고, 연구는 NEOM의 풍력 자원이 훨씬 뛰어나서 이곳의 생산 비용을 다른 어느 곳보다 톤당 약 120달러 낮게 만든다는 것을 발견했습니다. 이 가격 우위는 매우 커서, 설령 홍해 항로가 막혀 배들이 아프리카를 돌아가는 훨씬 긴 여정을 떠나야 하는 상황이 발생하더라도, 연료를 더 저렴하게 만드는 데서 오는 이득이 추가적인 운송 비용을 상쇄하고도 남습니다. 결과적으로 모델은 당분간 걸프 해안에 수출 시설을 짓는 것을 제외했는데, 그곳의 높은 생산 비용은 항로가 얼마나 안전하든 상관없이 회복될 수 없기 때문입니다.
공장의 규모를 결정하는 문제에 있어서, 연구진은 평균적인 미래를 계획하는 일반적인 방식이 실제로는 재정적 재앙이라는 사실을 발견했습니다. 만약 기업이 평균 예상 수요에 맞춰 시설 규모를 결정한다면, 수요가 평균보다 낮을 때마다 공장이 유휴 상태가 되어 매년 약 1억 4천만 달로의 손실을 입게 됩니다. 대신, 최적의 전략은 수요가 90%의 확률로 충족되거나 초과될 것으로 예상되는 수준에 맞춰 더 작은 규모의 공장을 짓는 것입니다. 이러한 '리스크 인식형' 설계는 연간 180만 톤의 암모니아 생산량에 초점을 맞추며, 미사용 용량으로 인한 막대한 비용을 피하게 해줍니다. 이 작은 규모의 공장은 모든 가능한 판매 기회를 포착하지 못할 수도 있지만, 평균적으로 연간 약 1억 6천만 달러의 꾸준한 이익을 보장하는 반면, 평균 크기의 더 큰 공장은 가능한 시나리오 중 절반에서 손실을 보게 됩니다.
또한 연구는 가격 급락이나 수에즈 운하의 완전 봉쇄와 같은 최악의 시나리오에 대해 투자자들이 얼마나 걱정해야 하는지도 조사했습니다. 정부의 보증이 없다면, 매우 신중한 투자자는 한 해의 불황이 자신의 저축을 모두 날려버릴 것을 두려워하여 아무것도 짓지 않으려 할 것입니다. 그러나 연구진은 암모니아 톤당 750달러라는 최소 가격 보장이라는 간단한 안전망이 게임의 판도를 완전히 바꾼다는 것을 발견했습니다. 이 가격 하한선이 마련되면, 가장 신중한 투자자라도 공장을 짓고자 할 것입니다. 왜냐하면 최악의 결과가 손실로 이어지지 않기 때문입니다. 이는 이미 유럽과 일본에서 사용되고 있는 제도와 유사하게, 최소 가격을 약속하는 국제 계약이 이러한 거대 그린 에너지 프로젝트에 필요한 자본을 끌어오는 핵심임을 시사합니다.
궁극적으로, 이 연구는 사우디의 그린 암모니아 수출 미래가 완벽한 항로를 찾는 것보다 불확실성 속에서 올바른 위치와 규모를 선택하는 것에 달려 있음을 보여줍니다. 가장 바람이 강한 지역을 선택하고 극대화하기보다는 회복 탄력성에 초점을 맞춘 공장을 건설함으로써, 산업계는 세상이 예측 불가능할 때도 수익성 있는 미래를 확보할 수 있습니다. 연구는 이러한 세심한 시나리오 기반 계획을 사용하는 가치가 엄청나다는 결론을 내리며, 이는 단순한 추측과 비교했을 때 수억 달러를 절약해 줌으로써, 높은 이해관계가 걸린 그린 에너지 세계에서는 예기치 못한 상황에 대비하는 것이 가장 현명한 투자임을 증명합니다.
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