에너지 산업에서의 암모니아 밸류체인 부각

한국기계연구원(원장 박상진, 이하 기계연)은 그린 암모니아 관련 기술을 수소 에너지 운반 등 다양한 에너지 신산업의 미래 유망 아이템으로 분석했다.

기계연은 암모니아 생산/수소추출 및 수소저장/활용기술의 밸류체인을 담은 기계기술정책 제108호 '무탄소 에너지원으로서의 암모니아 기술의 부상 및 시사점'을 발간하고, 국가 차원의 암모니아 밸류체인 확보를 위한 투자가 필요할 것으로 전망했다.

글로벌 시장 조사 기관인 Markets and Markets에 따르면 글로벌 암모니아 시장은 2020년 1,100만 달러에서 2030년 8억 5,200만 달러로 급격하게 성장할 것으로 전망했다. 암모니아 시장의 연평균 성장률은 54.9% 수준이며 암모니아 밸류체인 기술의 중요성이 강조되고 있다.

탄소중립과 수소 경제의 확대 등의 이슈가 맞물리면서 한국은 물론 일본, EU 등 세계 주요 국가들이 암모니아 기술에 대해 주목하고 있으며, 암모니아 활용 산업 육성을 위한 정책 및 그린 수소 연계 암모니아 기술 확보에 역량을 집중하고 있다.

일본은 호주가 보유한 풍부한 태양광·지하자원을 활용하여 수소를 생산하고 이를 액상 암모니아로 저장하여 운송하는 실증과제도 진행하고 있다. 독일은 액상 암모니아의 기술개발을 실증하고 암모니아 발전 정책을 집중 추진하고 있다.

우리나라도 수소의 저장 방법 중 하나인 액상 암모니아 기술개발을 추진하고, '수소·암모니아 발전 실증 추진단'을 발족하는 등 다양한 노력을 기울이고 있다. '수소 암모니아 발전 실증 추진단은 산업부와 전력공기업·민간기업이 참여하고 수소·암모니아 밸류체인 확보를 위해 수소·암모니아 연료의 혼소·전소 발전 상용화를 목표로 하고 있다. 특히 해외 도입 그린수소의 저장/운송에서의 액상 암모니아 기술을 중점 기술로 선정하여 육성하고 있다.

아울러 암모니아 생산 시 에너지 절감을 위한 기술 개발도 주목할 만하다. 기존 Haber-Bosch법의 공정에너지를 낮추기 위해 암모니아 합성 촉매의 개발이 진행되고 있고 플라즈마를 활용한 암모니아 합성 공정도 주목받고 있다.

보고서는 암모니아 기술에 있어 가장 중요한 것은 그린 수소와 연계된 암모니아 생산/수소저장/활용의 밸류체인을 확보하는 것이라고 제시했다. 수소캐리어로서 암모니아는 액화수소 대비 단위 부피당 더 높은 에너지 밀도를 가지고 있어 효율 측면에서 유리하기 때문에, 대표적인 선벨트(Sun-Belt) 지역인 중동, 아프리카, 호주 등에서 생산된 그린 수소를 액상 암모니아로 전환하는 것이 중요하다고 전망했다.

암모니아 생산/추출부문에서는 기존보다 적은 에너지로 암모니아를 생산할 수 있는 원천기술 확보에 대한 R&D 투자가 필요하다. 특히 혁신 촉매 기술과 플라즈마 생산공정이 주목을 받고 있으며 기존 공정의 에너지를 낮추기 위한 고효율 열교환기 기계기술도 필요한 기술 중의 하나이다.

암모니아 활용부문에서는 암모니아 연료전지, 화석연료를 대체할 수 있는 암모니아 가스터빈 등의 기술개발이 필요하며 이를 뒷받침할 실증 과제 위주의 적극적인 R&D 투자가 필요하다고 강조했다. 특히 기존의 인프라를 활용할 수 있는 가스터빈은 LNG·석탄 등과 다른 암모니아의 연료 특성을 파악하기 위한 연구가 필요하다.

기계연 기계기술정책센터 길형배 선임연구원은 "무탄소 에너지 시장에서 선도적 지위로 올라서기 위해서는 그린암모니아, 암모니아 발전 등 친환경 기술 우위 확보를 위한 투자가 필요하며, 발전 분야에 있어서도 암모니아 관련 정부의 법·제도의 현실화가 필요하다"고 말했다.

한편 기계연은 플라즈마 방식의 암모니아 혁신 생산 공정을 개발했고, 암모니아 연료전지인 SOFC(고체산화물연료전지)와 AEMFC(음이온교환막 연료전지)의 핵심기술을 개발하고 있다.

기계연은 기계산업 동향을 분석하고 정책을 제안하는 전문지식지 '기계기술정책'을 매년 4회 이상 발간하고 있으며 기계분야 국책연구기관으로서 싱크탱크 임무를 수행하고 있다. 기계기술정책은 기계연 홈페이지에서 정기구독 신청 및 내려받을 수 있다.