수소 만드는 데 왜 나올까? 암모니아의 재발견 [우리가 몰랐던 과학 이야기] (207)

출처=www.dnv.com

암모니아 하면 가장 먼저 떠오르는 것은 냄새입니다. 독성이 있어 인체에는 해롭지만, 비료의 주원료로 우리에게 없어서는 안 될 물질이기도 합니다.

이 암모니아가 최근 차세대 친환경 에너지인 수소를 생산하고, 효율적인 저장과 운반을 도와준다고도 알려져 주목받고 있습니다.

이산화탄소를 배출하지 않아 그린 에너지로 떠오르고 있는 수소는 아직까지 탄소 배출 없이는 생산이 어렵고, 운송 조건도 까다롭습니다. 이 모든 것을 해결해줄 구세주로 암모니아가 등장한 것입니다.

우리가 몰랐던 암모니아의 새로운 모습, 지금부터 본격 소개하겠습니다.

◆암모니아(NH3)란?

출처=위키 백과

수소 분야에서 부각 중인 암모니아는 질소와 수소로 이뤄진 화합물입니다. 상온에서 특유의 자극적인 냄새가 나는 무색의 기체로, 주로 비료 원료로 사용돼 왔습니다.

암모니아(NH3)는 질소 원자 1개와 수소 원자 3개가 결합한 화합물입니다. 암모니아에서 질소만 떼내면 수소를 대거 만들어낼 수 있으며, 비교적 쉽게 액화할 수 있어 안전하게 이동될 수도 있습니다.

◆탄소 배출 없는 그린 암모니아

그린 암모니아 생산 도식도. 출처=shipinsight.com

암모니아는 보통 천연 가스나 석탄을 이용해 만들기 때문에 생산 과정에서 탄소를 배출하게 됩니다.

그린 암모니아는 물을 전기분해해 수소를 생산하고 여기에 공기 중 질소를 합성하는 만큼 탄소 배출이 없어 친환경적입니다. 그린 암모니아는 이산화탄소 배출 없는 그린 수소 경제를 위해서도 꼭 필요한 자원으로 주목받고 있습니다.

◆무탄소 수소 생산의 필요성

그린 수소 이미지. 출처=www.energyghana.com

수소를 생산하는 방식에는 크게 두가지가 있습니다. 메탄 등 탄화수소 계열 연료의 개질을 통해 생산하는 기존 방식과 더불어 수전해를 통해 얻는 방법도 있습니다.

개질을 통한 수소 생산 방식은 화석연료 활용이 불가피한 탓에 이 과정에서 이산화탄소를 배출하게 됩니다.

‘탄소 제로’를 위해 수전해를 통한 그린 수소를 생산하는 연구가 활발히 이뤄지고 있습니다. 수전해를 통한 수소 생산은 전기분해 방식이라 친환경적이라 평가받고 있습니다. 다만 전기분해에 소모되는 전력이 화석연료 에너지를 통해 생산될 수도 있는 만큼 이 또한 이산화탄소를 배출하는 셈입니다.

◆암모니아로 수소를 만든다!

수소 이미지. 출처=BP(www.bp.com)

최근 국내 연구진이 암모니아를 이용해 기존 촉매 공정보다 약 100도 낮은 온도에서 약 40% 더 많은 수소를 생산할 수 있는 기술을 개발했습니다. 이 촉매 공정기술을 통해 같은 조건에서 수소 생산량은 40% 향상되며, 수백시간의 내구성 시험에서도 안정적인 결과를 보여주었습니다.

또한 기본 화학공정인 침전법으로 비교적 쉽고 간단한 제조할 수 있어 대량 생산과 상용화에 유리하다는 장점도 지니고 있습니다.

◆에너지 저장매체로서의 암모니아

출처=www.bv.com

원활한 수소경제를 구축하기 위해서는 대용량으로 저장하고 장거리 운송을 할 수 있어야 합니다. 수소는 부피당 저장 용량이 작기 때문에, 다른 형태의 화합물로 변환하여 용량을 키우고 비용을 낮출 수 있는 에너지 캐리어가 필요합니다.

암모니아는 최근 효율적인 수소 운송을 위한 에너지 캐리어로 주목받고 있는데요. 액상 암모니아 형태의 화합물로 변환하면 많은 양의 수소를 저장해 장거리 운송을 할 수 있습니다. 특히 오랫동안 비료 등으로 쓰여왔기 때문에 암모니아를 저장하고 운송하는 인프라가 갖춰져 있어 이를 활용할 수 있는 것도 장점입니다.

◆탄소 중립을 위한 그린 암모니아 협의체 등장!

출처=www.heliosindustry.com

지난 7월 탄소 중립을 위한 그린 암모니아 협의체 협약식이 열렸습니다. ‘2050 탄소 중립’ 목표 달성에 기여하기 위하여 그린 암모니아의 생산·운송·추출·활용의 전주기 기술 개발에 대한 기관 및 기업 간 유기적 협력 체계를 구축하고자 국내 최초로 결성됐습니다.

한화솔루션은 탄소 중립을 위해 수소 에너지의 생산·저장, 활용·실증, 산업 육성 등 생태계 조성을 위한 연구·개발(R&D)을 적극 추진하고 있습니다. 지속가능한 미래를 보장하는 탄소 중립을 위한 한화솔루션의 노력을 지켜봐 주기 바랍니다.

한화솔루션 블로거

ⓒ 세상을 보는 눈, 세계일보