그린수소 ‘암모니아’에 답 있다…“해외 도입비용, 현재 기술수준서 가장 경제적”

▲블루수소 연계 CCS 실증사업에 활용되는 동해-1 가스생산시설. 한국석유공사

수소시대의 최종 종착지인 '그린수소' 생산을 위해 '암모니아'를 이용하는 방안이 현재 기술 수준에서 가장 경제적이라는 연구결과가 나왔다. 해외에서 도입 시 액화수소 보다는 암모니아를 도입해 활용하는 방안이 훨씬 현실적이라는 분석이다.

12일 김승완 넥스트그룹 연구원과 박계현 한국에너지공과대학 연구원이 공동 연구해 발표한 '해외 도입 그린수소의 가치사슬 단계별 비용 분석' 결과에 따르면 현재 기술 수준에서 암모니아 도입비용은 2.80~7.61달러/kgH2로, 액화수소를 도입할 때의 비용 5.27~9.41달러/kgH2 보다 저렴한 것으로 나타났다.

특히, 암모니아를 수요처까지 액화천연가스(LNG) 추진선박과 전기차를 이용해 운송하는 경로가 가장 경제적인 것으로나타났다. 이러한 방식은 2030년 기준 4.30달러/kgH2, 2040년 기준 3.24달러/kgH2 수준의 비용이 소요되는 것으로 분석됐다.

암모니아는 연소 시 수소와 질소만 배출하고 이산화탄소를 배출하지 않기 때문에 미래 친환경 에너지원으로 꼽힌다.

액화수소 대비 높은 밀도를 가지는 암모니아는 동일 용기에 약 1.8배의 더 많은 수소를 저장할 수 있고, 낮은 기화율을 갖기 때문에 운송 및 저장 단계에서의 손실도 더 적은 것으로 확인됐다.

도입된 암모니아의 활용 방안은 직접 활용하는 방식과 기체수소로 변환해 활용하는 방안으로 나뉜다. 암모니아의 직접 활용은 다른 경로보다 비용 면에서 가장 효율적이며, 배출량도 가장 적은 수준을 보이는 것으로 분석됐다.

제10차 전력수급기본계획에 따르면 우리나라는 2036년까지 20.9테라와트시(TWh)의 암모니아 혼소 발전량 확보를 계획하고 있다.

다만, 재변환 단계에서는 암모니아의 크래킹 비용이 액화수소의 기화보다 약 8.7배 비싼 것으로 나타났다. 이는 액화수소의 기화보다 암모니아의 분해 공정에서 더 많은 에너지를 필요로 하기 때문이다.

이에 따라 암모니아 도입 경제성을 높이기 위해 암모니아 크래킹 기술의 상용화 및 대형화가 필요하다고 보고서는 밝히고 있다.

동시에 저탄소 경제를 견인하기 위해서는 암모니아 도입과정에서의 배출량 감축을 유인할 '제도 개선'도 이어져야 한다고 진단했다.

해상운송 시 무탄소 추진선박인 암모니아 추진선박을 활용하는 것은 아직까지 LNG 추진선박을 이용하는 것에 비해 가격경쟁력을 확보하는 것이 어려운 것으로 확인됐다.

국내 내륙운송 부문에서는 전기차를 이용한 수소 운송이 내연기관차량보다 저렴한 것으로 나타났다.

한편 탄소중립을 위한 미래의 주요 에너지 저장 및 운송 수단으로 그린수소의 역할이 부각되고 있다. 특히, 그린수소는 탈탄소화가 어려운 산업부문에서 연료나 원료의 대체 수단으로 활용할 수 있는 장점을 갖는다.

에너지 집약 산업의 온실가스를 줄이기 위해 우리나라는 대량의 그린수소 수요가 필요할 것으로 예상되지만, 그린수소 생산 잠재량이 타 국가보다 부족한 실정이다.

세계 에너지 전환 전망(IRENA) 2022에 따르면 호주는 연간 520~598EJ, 미국은 연간 213~385EJ의 그린수소 생산 잠재량을 보유한 것으로 추정된다. 반면, 우리나라는 최대 0.2EJ, 독일은 최대 4.3EJ 수준의 연간 생산 잠재량을 가진 것으로 조사됐다.

이처럼 국가별 그린수소 생산여건의 격차가 상당하며, 미국과 호주와 같은 몇몇 국가들의 그린수소 생산여건은 우리나라보다 훨씬 우수한 것을 확인할 수 있다.

이에 따라 한국은 대표적인 수소 수입국으로 분류된다.

김승완, 박계현 연구원은 “해외수소 도입 경제성을 높이려면 저장설비를 대형화하는 것뿐 아니라 기화율 개선을 위한 연구개발을 확대하고, 관련 기업이 안정적으로 투자할 수 있도록 제도적 기반도 마련해야 한다"며 “동시에 정부는 수소 도입과정에서 탄소가격이 미치는 경제적 영향을 고려해 탄소중립 운송수단의 도입을 촉진시킬 수 있는 국가전략 수립을 위한 면밀한 검토가 필요하다"고 강조했다.

김연숙 기자 youns@ekn.kr