[수소경제] 산유 사우디 아라비아도 뛰어 들었다 … 수소 운반의 열쇠 ‘암모니아’

입력 2020.09.17 06:00

암모니아로 어려운 수소 저장 및 운송 문제 해결
석유가 풍부한 사우디 아라비아는 친환경 수소와 암모니아도 생산합니다.

세계 최대 친환경 수소 생산 기지는 중동 최대 산유국 사우디 아라비아에 건설된다. 올해 7 월 사우디 아라비아는 산업용 가스 회사 인 에어 프로덕츠 (Air Products)와 협력하여 홍해 인근 도시 네 옴에 대규모 녹색 수소 및 암모니아 생산 공장을 건설하기로 결정했습니다. 이 프로젝트에는 총 50 억 달러 (약 5 조 9000 억원)가 투자된다.

저유가 시대에 대비하여 사우디 아라비아는 석유 의존도를 낮추고 신 재생 에너지 등 다양한 신사업을 육성하는 국가 개혁 프로젝트 ‘비전 2030’을 추진하고 있습니다. 수소 생산 기지도이 개혁의 일환으로 건설중인 것으로 해석됩니다.

사우디 아라비아는 2025 년부터 4GW (기가 와트)의 태양 광 및 풍력 에너지로 생산 된 전력을 사용하여 물을 전기 분해하여 2025 년부터 매일 650 톤의 녹색 수소를 생산할 계획입니다. 수소 버스 20,000 대를 운행 할 수있는 양입니다. 이러한 방식으로 생산 된 수소는 액체 형태의 암모니아에 저장되어 필요한 위치로 운송되거나 수출됩니다. 사우디 아라비아는 수출량이 상당 할 것을 감안해 친환경 암모니아 120 만톤도 생산하기로했다.

사우디 아라비아는 580 조원으로 건설되는 미래 첨단 도시 네옴을 태양 광, 풍력 등 100 % 재생 에너지 도시로 전환한다는 목표로 세계 최대 수소 생산 기지를 건설하기로했다. / Neom 홈페이지

암모니아는 세계 주요 국가들이 수소 경제를 추진함에 따라 수소를 안전하게 저장하고 수송하는 수단으로 주목 받고있다. 현재 수소 경제 활성화의 주요 장애물 중 하나는 비용이며 업계는 암모니아가이 비용을 낮추는 데 기여할 것이라고 믿고 있습니다. 온실 가스를 배출하지 않는 신 재생 에너지 기반 녹색 수소의 생산 비용은 화석 연료 기반의 회색 수소보다 2.5 배 이상 비싸다. 또한 수소는 저장 및 운송비가 비싸서 사업 타당성이 부족하다는 지적이있다. 수송 비용은 수소 가격의 약 30-40 %를 차지합니다.

수소는 상온에서 기체 상태이기 때문에 보관 및 운송이 어렵습니다. “수소는 천연 가스보다 부피당 밀도가 낮기 때문에 저장하기 어렵다”고 Bloomberg NEF의 선임 연구원 인 Martin Tankler는 말했습니다. 클수록 비용이 자연스럽게 증가합니다.”라고 그는 설명했습니다. 부피가 큰 수소를 기체 상태로 압축하여 고압 탱크로 운반하면 비용이 필연적으로 증가 할 것이라고 설명합니다.

가까운 장래에 경제성을 확보하기 위해서는 수소 생산과 저장 및 운송 비용을 대폭 줄여야합니다. 이를 위해 수소 산업은 암모니아를 이용한 수소 저장 및 운송 기술 개발에 박차를 가하고 있습니다. 수소가 액체 암모니아 화합물로 변환되면 가스 형태보다 더 많은 수소를 저장하여 원하는 위치로 쉽게 이동할 수 있습니다. 수소는 영하 253 ° C에서 액체 상태로 바뀌며, 이때 부피는 800 분의 1로 줄어들어 보관 및 운송이 더 쉬워집니다.

수소 생산을위한 재료를 연구하는 호주 연방 과학 및 산업 연구 기관 (CSIRO)의 연구원. CSIRO는 금속 분리막을 이용하여 암모니아에서 고순도 수소를 추출하는 기술을 보유하고 있습니다. / CSIRO

현대 자동차는 호주 최대 종합 연구소 인 호주 연방 과학 산업 연구원 (CSIRO), 세계 4 위의 철광석 생산 업체 인 PotesQ와 공동으로 암모니아에서 고순도 수소를 추출하는 기술을 개발하기로했다.

현대 자동차 (005380)관계자는 “암모니아에서 고순도 수소를 추출하는 기술이 상용화되면 호주의 풍부한 재생 에너지를 기반으로 수소를 생산해 암모니아로 전환 해 장거리 수송이 가능할 것”이라고 말했다.

천연 가스를 분해하여 수소를 추출하는 방식과 달리 암모니아는 분해시 수소와 질소 만 발생하므로 환경 적으로 수소를 생산할 수 있다는 장점이 있습니다. 또한 암모니아는 이미 철강, 화학 등 주요 산업 현장에서 널리 사용되고 있으며, 생산 시설, 운반선 등 인프라를 갖추고있어 추가적인 인프라 투자가 필요하지 않습니다.

글로벌 화학 회사 인 BASF가 운영하는 독일 암모니아 생산 공장의 모습. / BASF 제공

수소 경제 구축에 적극적인 일본은 정부 주도의 80 개 기업과 연구소로 구성된 ‘그린 암모니아 컨소시엄’을 구성했다. 미쓰비시 중공업을 비롯한 컨소시엄은 올해 본격적으로 호주와 사우디 아라비아에서 액체 암모니아 형 수소를 수입 할 계획이다. 처음에 컨소시엄은 여러 가지 운송 수단을 고려했지만 Financial Times는 액체 암모니아 형태의 수소가 액체 수소보다 더 안정적이라고보고했습니다. 액화 수소는 -253 ℃의 극저온을 유지해야하므로 첨단 기술이 필요하기 때문에 -33 ℃에서 액화 한 암모니아보다 경제적이지 못하다.

컨소시엄은 또한 수입 된 암모니아에서 수소를 재 추출하는 과정을 거치지 않고 암모니아를 발전소 연료로 직접 사용하는 것을 고려하고 있습니다. 계획은 석탄 발전소의 연료로 암모니아를 사용하여 사용되는 석탄의 비율을 줄이고 온실 가스 배출을 줄이는 것입니다.

그러나 암모니아에서 수소를 추출하는 기술은 아직 개발되지 않았기 때문에 실제 산업에 적용하려면 시간이 좀 걸릴 것입니다. 한국 에너지 연구원 관계자는 “현재 국내외 주요 기업과 연구 기관이 암모니아 수소 추출 기술을 개발하고있어 관련 기술은 5 ~ 7 년 내에 상용화 될 것으로 예상된다”고 말했다.

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