안녕하세요 🙂
인천 탄소중립 청년 서포터즈
에코커넥트 팀의 강희수 입니다.
오늘 전해드릴 소식은,
새로운 에너지원으로 부상하고 있는
그린 암모니아에 대한 이야기를
탄소중립 입장에서 설명드리며
암모니아와 밀접하게 관련되어 있는
수소에너지에 대한 이야기,
그리고 이러한 수소에너지를 차세대 핵심
에너지원으로서 탄소 중립 목표에도
나아가려 하는 인천시의 노력과 행보 까지도
소개 해 드리려고 합니다 !
새로운 에너지원 : 그린 암모니아(Green Ammonia)
그린 암모니아 설명 (출처 : 한국선급)
암모니아는 질소와 수소로 이루어진 화합물로, 농업 비료나 요소수 생산 등 다양한 산업에서 자원으로 사용되고 있는데요, 최근 들어 암모니아가 연소할 때 이산화탄소를 배출하지 않는 무탄소 연료로 주목받으며, 탄소 배출을 줄이는 대안 에너지원으로 관심이 높아지고 있답니다.
그 중에서도 특히, 재생에너지를 활용해 생산되는 그린 암모니아(Green Ammonia)는 지속 가능성과 친환경성 측면에서 각광받고 있는데요. 이 그린 암모니아는 기존 화석연료를 기반으로 생산되었던 암모니아의 생산방식에서 발전하여 풍력, 태양광과 같은 재생 가능 에너지를 이용해 만들어지며, 이를 통해 생산 과정에서 이산화탄소가 배출되지 않으므로 탄소 중립을 달성하는 데 중요한 역할을 하는데 연계되어 큰 장점을 가지고 있는데요, 이러한 점에서 그린 암모니아는 화석연료를 대체할 수 있는 청정 에너지원으로 평가되고 있습니다.
그렇기 때문에 그린 암모니아는 그린 수소(Green Hydrogen)처럼 재생에너지를 이용해 만들어지기 때문에, 그린 수소와 유사한 방식으로 환경에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다고 보고 있습니다 그 외에도 암모니아 자체가 수소보다 저장과 운반이 용이하다는 장점도 있어, 수소 경제의 발전과 함께 주요 에너지 자원으로 더욱 널리 사용될 가능성이 높아지고 있죠
But, 기존의 암모니아 생산법 대량의 이산화탄소 배출이 불가피
액상 암모니아를 이용한 대용량 수소저장 방출 기술 개념 (출처 : 기술과 혁신 웹진)
하지만 맨 처음 암모니아를 에너지원으로 사용하는 기술력은 전통적으로 하버-보슈법(Haber-Bosch process)을 통해 생산되며, 이 공정을 거치면 질소(N₂)와 수소(H₂)를 고온·고압에서 반응시켜 암모니아(NH₃)를 생성하는 방식으로 설계되었는데요. 이 하버-보슈법은 1909년 개발되어 오늘날까지 암모니아 생산의 주된 방법으로 사용되고 있지만, 이 과정에서 사용하는 화석연료 때문에 상당한 이산화탄소(CO₂) 배출이 문제로 대두되고 있었다고 합니다.
하버-보슈법에서 암모니아 생산 시 핵심 원료인 수소는 주로 화석연료를 기반으로 생산되며, 이로 인해 1톤의 암모니아를 생산하는 과정에서 약 2.9톤의 이산화탄소가 배출됩니다. 이러한 암모니아 생산 방식은 전 세계 에너지 소비의 약 2%를 차지하고, 전 세계 온실가스 배출량의 1.3% 이상을 차지하고 있으니, 사실상 효율성에 대한 문제가 계속해서 제기되고 있었죠
이 문제를 해결하기 위해 재생 에너지를 기반으로 한 그린수소를 사용해 암모니아를 생산하는 방법이 제안되고 있는 것인데요. 하버-보슈법에서 사용되는 화석연료 기반 수소를 그린수소(Green Hydrogen)로 대체하면, 암모니아 생산 과정에서 발생하는 탄소 배출을 크게 줄일 수 있고. 그린수소 또한 태양광, 풍력 등의 재생에너지로 물을 전기분해하여 생산되므로, 이산화탄소 배출이 없기 때문에 완전한 친환경 에너지를 이룰 수 있다는 기대감이 커지고 있다고 하네요.
수소를 운반하는 수소 캐리어 (Hydrogen Carreir) 역할
그린 암모니아 생산을 위한 리튬 매개 질소 환원 반응을 나타낸 모식도. (출처 :포스텍)
암모니아는 자체적으로 연료로 활용될 수 있을 뿐만 아니라, 수소 운반체(Hydrogen Carrier)로서도 매우 중요한 역할을 할 수 있는데요, 수소는 차세대 청정 에너지원으로 주목받고 있지만, 기체 상태에서는 운송과 저장이 어려운 것이 단점이랍니다. 이를 해결하기 위해 일반적으로 액화수소 형태로 운반하지만, 수소를 액화하려면 **–252.9℃**의 극저온 상태로 만들어야 하므로 많은 에너지와 비용이 소요되는 것이 또한 문제였죠
하지만 암모니아를 활용하면 –33℃ 라는 상대적으로 높은 온도에서 액화할 수 있기 때문에, 수소보다 훨씬 적은 에너지로 운반이 가능할 뿐만 아니라 암모니아는 액화수소보다 단위 부피당 1.7배 더 많은 양을 저장할 수 있기 때문에, 대규모 저장에도 유리하고, 에너지 효율 측면에서도 경제적이죠.
암모니아는 이렇게 대용량으로 저비용으로 운반한 후, 필요 시에 다시 수소로 전환할 수 있는 이점이 있어, 장거리 운송에서 유리한 조건을 제공하며, 이를 통해 재생에너지로 생산된 그린 암모니아를 다양한 장소에서 운반하고, 이를 다시 수소로 변환하여 수송용 연료나 발전용 에너지원으로 활용할 수 있어 각광받고 있답니다.
HD현대미포의 4만5000㎥급 중형 암모니아 추진선 조감도. (출처 : HD한국조선해양)
실제로 국내 조선업계에서는 기존 천연가스(LNG)를 에너지원으로 활용하여 친환경 선박을 위해 사용하고 있었지만, 기존 천연가스의 경우에도 탄소 배출이 불가피 하기에, 사실상 궁극적인 탄소중립을 이룰 수는 없었는데요. 위에서 설명드린 바에서 덧붙여 암모니아는 이산화탄소와 황산화물 배출이 거의 없을 뿐만 아니라 또 연소 때 발생하는 질소산화물은 저감 장치를 이용해 배출할 수 있다는 점이 있기 때문에 기존의 LNG 선박에 비해서도 저장 뿐만 아니라 운반도 용이하다고 분석이 되어 그린 암모니아를 새로운 에너지원으로서 자리잡을 가능성을 높게보며 새롭게 암모니아 추진선 기술력 확보에 매진을 하고 있는 상황이랍니다.
글로벌 수소산업 선도도시로 도약하기 위한 인천
실제로도, 최근 그린 암모니아에 대해 세계적인 투자와 연구가 수행되고 있는 상황에서 우리나라 또한 청정수소 발전 시장 도입과 더불어 산업용 수소를 사용하기 위해서 현재 해외에서의 청정수소 수입이 필요한 상황으로
이를 위해 국내 각 기업들을 중심으로 수소를 암모니아의 형태로 들어오려는 움직임과 더불어 수소와 관련된 다양한 사업에 대해서 관심을 가지고 있고, 실제로 다양한 움직임을 보이고 있는데요.
인천시-인천테크노파크-H2KOREA-한국가스기술공사-한국남동발전-한국석유공사 업무협약식 사진 (출처 : 인천광역시 홈페이지)
그 중 2024년 6월, 송도에서 열린 ‘2024 인천 미래에너지 포럼’ 에서의 인천시의 노력을 빼 놓을 수 없답니다.
1부, 수소 및 암모니아 밸류 체인과 해외 주요 선진국 중심의 수소 산업 이야기로 시작하여, 2부의 경우 미래에너지 기술 동향을 주제로 수소화합물인 암모니아에 대한 이야기로 이어졌으며, 마지막 3부에서는 무탄소 발전계획 및 국내 석탄말전소의 암모니아 혼소발전에 대한 주제, 그리고 그린 암모니아를 비롯한 해외 암모니아 터미널 사례를 통한 해외 암모니아 운송 수입 공급망 구축전략까지, 심도 깊은 이야기로 진행되었는데요
이 날 포럼을 통해, 청정수소발전 입찰시장 개설 뿐만 아니라 정부의 정책, 세계의 정책에 발빠르게 대비하기 위하여 수소 및 수소화합물의 정책, 기술동향 및 사업추진 사례등을 공유하여 네트워크 형성을 위한 기회를 마련할 수 있었다고 하네요.
그 성과로서 인천테크노파크, H2KOREA, 한국가스기술공사, 한국남동발전, 한국석유공사 등이 함께 참여한 업무협약을 체결하며, 미래에너지 산업 활성화와 전문기업 육성을 위한 협력을 약속했는데요, 이 협약의 핵심은 수소 및 수소화합물과 같은 차세대 에너지 산업을 활성화하고, 관련 기술 개발을 촉진하는 동시에, 전문 기업을 발굴하고 육성하여 산업 생태계를 확대하는 것이라고 합니다.
이번 협약을 통해 인천시는 지역 내 미래 에너지 산업의 경쟁력을 크게 높이고, 탄소 중립 목표 달성에 기여할 것으로 기대되고 있어 글로벌 수소산업 선도도시로의 한 걸음을 내딛게 되었죠.
저도 비록, 이번 탄소중립 청년 서포터즈를
진행 하기 전에 진행된 포럼이었기에
참여하지는 못하였으나,
그린 암모니아를 비롯하여 친환경 차세대
수소 에너지에 대해서 조사하다보니
이런 인천시에 노력과 더불어 좋은 내용에 대해서
알 수 있었고 여러분들께 소개 해드릴
기회가 생겨 참 보람찼는데요 🙂
앞으로도 계속해서 이런 탄소중립에 관한
이야기로 찾아뵙도록 하겠습니다.
읽어주셔서 감사합니다.
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