'암모니아→수소 신기술'…글로벌 주도권 경쟁

▲롯데케미칼이 암모니아 광분해 기술 공동 실증으로 수소경제 활성화에 나섰다. 사진은 롯데케미칼 충남 대산공장.

[에너지경제신문 김아름 기자] 글로벌 기업들의 수소 산업 주도권을 잡기 위한 경쟁이 치열하다. 국내 기업도 예외는 아니다. 국내 석유화학업계를 비롯해 철강 및 기계, 정유업계 등에서도 수소 생태계 구축을 위한 신기술 개발에 힘을 주고 있다.

특히 가장 눈에 띄는 것 가운데 하나가 바로 ‘암모니아’ 활용이다. 암모니아는 액화수소(-253℃의 극저온 상태에서 액체 상태인 수소)와 달리 상온에서 쉽게 액화되며, 액화수소 대비 단위 부피당 수소 저장용량이 1.7배 크다는 장점이 있다.

28일 업계에 따르면 롯데그룹 화학군을 비롯해 국내 굴지 기업들이 암모니아를 이용한 수소 생산과 관련한 연구의 실증에 나섰다. 암모니아가 재생에너지의 지역적 편재성과 시간적 가변성을 해결할 수 있는 에너지 수송 수단이자 발전 및 선박 등에 활용할 수 있는 연료로 주목을 받고 있기 때문이다.

롯데그룹 화학군(롯데케미칼, 롯데정밀화학)은 지난해 말부터 국책과제로 암모니아를 열분해 해 수소로 전환하는 기술의 실증을 진행하고 있다. 해당 프로젝트의 실증 규모는 시간당 1000Nm3로, 이를 수소 무게로 환산하면 하루 2t 가량의 수소를 생산하는 규모다. 이는 전세계적으로 가장 큰 규모의 실증 과제이며, 해당 기술은 수소를 대량으로 연속 생산하는 데에 유리하다.

최근엔 세계 최초로 미국의 시지지(Syzygy) 및 일본의 스미토모(Sumitomo) 상사 그룹과 암모니아 광분해 기술의 공동 실증에 나섰다.

롯데그룹 화학군 측은 암모니아 광분해 기술은 분해의 에너지원이 빛으로 설비를 전기로 작동하기 때문에 설비의 가동 및 중지에 필요한 시간이 짧아 빠른 가동이 가능하며, 수소의 중소규모 생산에 유리하다는 설명이다. 또 연소 공정이 없어 온실가스 배출이 없다는 장점이 있다.

이에 연간 수천 톤의 수소를 간헐적으로 사용하는 수소(혼소) 발전소 또는 수백 톤의 수소를 사용하는 수소충전소에서 이 기술을 활용해 경제적인 공급체계를 갖출 수 있을 전망이다. 4개사는 기술 실증을 수행해 가스터빈 발전을 위한 수소 혼소 또는 전소 공급을 위한 청정 수소 생산과, 수소연료전지/수소충전소에 공급 가능한 고순도 수소 생산을 위한 기술을 실증한다.

롯데그룹 화학군은 대규모 수소가 지속적으로 필요한 수요처에는 암모니아 열분해 기술을 기반으로 청정 수소를 공급하고, 중소규모의 수소가 필요한 수요처에는 암모니아 광분해 기술을 기반으로 고객의 니즈를 충족할 수 있는 포트폴리오를 완성해 국내 수소·암모니아 활성화에 기여한다는 계획이다.

황진구 롯데케미칼 대표는 "롯데케미칼은 청정 수소·암모니아를 통해 수소경제 활성화와 탄소중립에 기여할 것"이라며 "기존 실증 중인 암모니아 열분해 기술에 이어, 이번 암모니아 광분해 기술 실증을 통해 추후 각각 기술의 장점을 살려 환경과 고객 니즈에 맞는 수소를 빠르고 다양하게 공급하는 솔루션을 확보할 것"이라고 밝혔다.

한화임팩트도 지난달 무탄소 원료인 암모니아를 바탕으로 청정 에너지 밸류체인을 구축하고 탄소중립 실현을 앞당기고자 원익머트리얼즈와 암모니아 기반 대규모 수소 생산을 위한 공동 연구개발 및 상업화 협약을 체결한 바 있다.

한화임팩트는 이번 공동연구를 통해 암모니아 기반 청정수소의 대량생산 방안을 모색하여 대규모 수소 수요처를 대상으로 하는 친환경 수소 공급 사업에도 힘을 모을 계획이다.

현대엔지니어링 역시 암모니아 기반 수소 생산 기술을 보유한 에이에이알(AAR)사와 투자 협약을 맺는 등 ‘암모니아 분해 수소 생산 시스템’에 대한 사업화를 추진하고 있다.

암모니아를 자발적 전기화학 반응으로 분해해 이산화탄소를 발생시키지 않으면서 고순도(99.99%)의 수소를 생산하는 시스템에 대한 실증을 거쳐 상용화를 추진한다는 계획이다.

‘암모니아 분해 수소 생산’ 방식은 수용액 상태의 암모니아를 자발적 전기화학 반응으로 분해해 최소한의 에너지 투입으로 수소 생산이 가능하다. 별도의 수소 분리 공정 없이 고순도 수소 생산이 가능하다는 점에서 기존 생산방식과 차별화 된다.

업계는 글로벌 기업들이 탄소중립 달성을 위해 강드라이브를 걸고 나설 것으로 전망됨에 따라 암모니아 관련 기술 개발에도 속도가 붙을 것으로 입을 모으고 있다.

특히 국내외 기업간 협력 사례도 빈번해질 것으로 내다보고 있다.

업계 관계자는 "세계 주요국들이 탄소 제로 시나리오를 만족하고자 수소 및 무탄소 연료 개발에 집중하는 상황"이라며 "암모니아는 수소의 대용량 저장이 가능하다는 것과 함께 상온 상압 조건에서 비교적 쉽게 액화되다 보니 차세대 수소 운반체로 주목받고 있다"고 말했다.