일본산업뉴스요약

Nikkei X-TECH_2021.01.13

수소 사회는 실은 ‘암모니아 사회’
용도 확대로 Zero-Emission 사회에 침투

수소 캐리어 중 하나인 암모니아(NH₃)의 잠재력은 매우 높다. 수소 캐리어 후보 중에서는 가장 콤팩트하고 운반 및 저장이 용이하다. 상온, 상압에서는 기체의 끓는점이 -33.3도로 언뜻 액화에는 많은 전력이 필요할 것 같지만, 20℃에서도 8.5기압까지 가압하면 액화가 된다. 이는 자전거 공기압 정도의 압력으로, 사람의 힘으로도 실현할 수 있다. 즉, 얼마 안 되는 전력으로 액화할 수 있다.

암모니아는 수소와 마찬가지로 직접 연소시켜도 CO₂가 배출되지 않는 제로 에미션(무배출 시스템)이다. 수소로 가능한 것은 대부분 암모니아로도 가능하다. 수소에 비해 저장이나 운반 등의 취급이 용이하고, 이미 유통 시스템도 갖춰져 있기 때문에 발전 분야에서는 ‘수소 사회’ 보다 ‘암모니아 사회’가 먼저 올 가능성마저도 있다. 그린암모니아 컨소시엄에서는 2025년까지 최대 연간 100만톤의 블루 또는 그린 암모니아를 수입할 계획이지만, 연간 100만톤/년은 현재 일본이 수입하는 암모니아의 총량에 해당한다.

특징은 또 있다. 용도의 폭이 넓다는 것이다. 위에서 설명한 MCH(메틸사이클로헥산)는 저장 및 운반용으로는 우수하지만 직접 연소시킬 수는 없다. MCH에 수소를 혼합하기 전의 톨루엔은 가격이 비싸기 때문에 그것을 연소에 사용할 선택지가 없기 때문이다.

반면, 암모니아(NH₃)의 경우, 수소(H₂)와 마찬가지로 화력발전소의 연료로 직접 사용할 수 있다. 에너지 캐리어 외에도 비료나 요소 등 다양한 화학재료 원료, NOx 등의 탈질 재료, 나아가 반도체의 질화막 생성에도 사용되고 있다. 이러한 다양한 용도 때문에 수소 캐리어로서 이용이 시작되기도 전에 이미 세계적으로 연간 1.8억 톤이 생산되고 있다.

문제는 암모니아가 인체에 유해하며, 게다가 악취가 난다는 것이다. 또한 금속 부식성이 강해 파이프라인에 일반적인 금속을 사용할 수 없다는 점이다.

-- 4년후 100만 톤 규모로 수입 --
수소 캐리어로서의 암모니아를 추진하는 그린 암모니아 컨소시엄(GAC)은 다른 수소 캐리어 추진 조직을 압도하는 기세로 회원 수를 늘려, 이미 80개가 넘는 회사·기관이 참여하고 있다. 그 로드맵에서는 2021년에는 JERA가 아이치(愛知) 현 헤키난(碧南) 시에 있는 일본 최대의 석탄 화력 발전소 1기(1 GW급)에서 20%의 혼소(混燒)를 시작할 예정이라고 한다. 이 때문에 당장 소비량이 10만톤 단위로 늘어나 2025년에는 최대 100만 톤의 이산화탄소 프리 암모니아를 수입할 계획이다.

2030년에는 300만~500만 톤/년까지 확대한다는 계획이다. 최근까지 일본 정부의 수소 이용 규모의 목표는 2050년 500만~1000만톤 규모이다. 암모니아의 이용 규모는 이것을 크게 넘을 기세다.

-- 사우디로부터 블루 암모니아 수송 --
MCH에 대해 다소 늦은 해외로부터의 수송도 2020년 9월에 시작되었다. 구체적으로는 사우디아라비아의 석유회사 Saudi Aramco가 제조하는 40톤의 '블루 암모니아'가 일본에 수송되어 IHI의 요코하마와 효고(兵庫) 현 아이오이(相生) 시의 화력발전 플랜트에서의 혼소 실험에 사용되기 시작했다.

암모니아도 수소와 마찬가지로 제조 시의 유래나 기법에 따라 ‘블루’나 ‘그린’으로 이름을 붙일 수 있게 되었다. Saudi Aramco의 블루 암모니아는 천연가스 개질로, 수소를 생산할 때 발생하는 CO₂를 CO₂ 회수 기술로 얻은 블루 수소를 기반으로 하고 있다.

가령, 그린 수소를 바탕으로 암모니아를 합성할 경우는 그린 암모니아로 불린다. 다만 암모니아의 경우, 수소와 공기 중의 질소 N₂로부터 합성하는 하버보시(HB)법으로 지금까지는 30% 이상의 에너지 손실이 있었다. 이 때문에 합성 프로세스의 녹색 여부도 색상 분류에 있어서 중요해진다.

-- 암모니아 합성법의 개발 러시 --
암모니아의 이용 확대의 목적이 제로 에미션의 실현인 이상, HB법의 저 에너지화나 저 CO₂ 배출화, 또는 HB법을 대체할 획기적인 암모니아의 합성법 개발은 매우 중요한 포인트가 된다. 기업들도 새로운 합성법 개발에 큰 투자를 시작하고 있다.

그 중 하나가 닛키(日揮)가 개발한 루테늄(Ru)계 촉매다.　HB법에서 필요한 압력을 큰 폭으로 떨어뜨린다고 한다. “HB법은 고온이 필요한데 그 열은 암모니아 합성 시 반응이 발열 반응이기 때문에 조달이 가능하다. 한편, 압력은 컴프레서로 높여야 하며 거기에 큰 전력을 필요로 한다. 압력이 떨어지면 그만큼, 합성 시의 손실을 줄일 수 있다”(닛키홀딩스).

또한 닛키는 산업기술 종합연구소와 공동으로 신촉매를 이용한 HB법과 태양광 발전의 전력으로 생산한 그린 수소로 그린 암모니아를 합성. 게다가 그것을 마이크로 터빈에서 전소(專燒)하는 일련의 과정도 실증해 보였다.

 -- 끝 --

Copyright © 2020 [Nikkei XTECH] / Nikkei Business Publications, Inc. All rights reserved.