일본산업뉴스요약

Nikkei X-TECH_2023.9.22

세계적으로 급증하고 있는 그린 암모니아 생산 계획
광저우자동차그룹(広汽集団)도 연소 엔진 개발

재생에너지 유래의 전력으로 물을 전기분해(수전해)해서 만드는 ‘그린 수소’는 유럽을 중심으로 수많은 생산 프로젝트가 진행되고 있어 그 전체 규모를 파악하기 어려울 정도이다. 한편, 이 그린 수소를 기반으로 합성하는 ‘그린 암모니아’의 생산 계획도 이를 뒤따르듯 세계적으로 증가하기 시작하고 있다.

그 대부분이 2030년경에 연간 100만 톤 전후를 목표로 하는 생산 계획으로, 대형 프로젝트에서는 2,000만 톤의 생산 규모도 상정하고 있다. 참고로, 최근 일본의 암모니아 수요량은 연간 100만 톤 내외. 이를 고려하면 그린 암모니아 생산 계획 규모가 얼마나 큰지 알 수 있다. 전체 주요 생산 계획 규모는 연간 약 5,600만 톤(0.56억 톤). 연간 세계 암모니아 수요량 약 1.5억 톤 전후의 약 40%에 달한다.

이처럼 급증하고 있는 그린 암모니아 생산 계획의 배경에는 크게 2가지가 있다. (1)기존의 화학비료에 대해 CO₂ 프리화를 요구하는 압력이 높아지고 있는 점, (2)압축하지 않으면 운반이 어렵고 장기 보관도 어려운 수소를 대체하는 수소 캐리어로, 또는 이용 시 수소로 되돌리지 않고 그대로 CO₂ 프리 연료로써 사용해 천연가스나 휘발유를 대체하는 수요의 증가이다.

-- 비료나 화약을 ‘그린화’ --
일본을 제외하고, 전세계 그린 암모니아의 수요는 극히 최근까지 (1)이 주요 배경이었다. 지금까지 화학비료는 천연가스를 개질(改質)한 그레이 수소를 기반으로 한 그레이 암모니아가 원료였다. 그러나 탈(脫)탄소화의 압력은 이와 같은 화학비료나 화약원료인 질산의 생산 사업자에게도 미치면서 그린 암모니아에 대한 수요가 최근 몇 년간 급속히 높아졌다.

예를 들면, 호주의 Queensland Nitrates(QNP)는 비료 및 화약 제조사로, 지금까지 사용해온 연간 2만 톤의 그레이 암모니아를 통째로 그린 암모니아로 대체하기 위해 그린 암모니아 생산 계획에 참가하고 있다.

덴마크의 Topsoe 등도 원래는 비료용 그레이 암모니아 제조사였지만, 지금은 천연가스 개질 시 CO₂의 대부분을 회수한 ‘블루 수소’를 기반으로 생산한 ‘블루 암모니아’가 주체가 되고 있다. 더 나아가 향후에는 이것을 그린 암모니아로 대체하려 하고 있다.

-- 연료로서의 용도는 일본이 앞서 있어 --
한편, IHI와 닛키(日揮), 미쓰비시상사(三菱商事), 미쓰이물산(三井物産) 등 일본의 에너지계 제조사 및 상사들은 몇 년 전부터 (2), 즉 CO₂ 프리 연료로 블루 암모니아나 그린 암모니아에 주목해 공급망 구축 등을 추진해왔다.

초기 용도는 석탄화력발전 플랜트에서의 석탄과 암모니아의 혼소(混燒)이다. 이미 IHI나 JERA 등은 블루 암모니아 혼소 실험을 시작했다. 미쓰비시파워는 석탄 제로의 가스 터빈으로 암모니아 100%, 즉, 전소(專燒)의 화력 발전 시스템 실험을 진행하고 있다.

하지만 이러한 사용법은 국내외에서 거센 비판을 받고 있다. 국내에서는 ‘에너지 캐리어로 암모니아를 추진하고 있는 곳은 일본뿐’이라는 비판이 나오고 있다. 이러한 비판은 해외에서도 다수의 암모니아 이용 계획이 추진되고 있다는 사실을 모르기 때문에 나오는 것이다. 비료의 탈탄소화는 어디까지나 계기에 지나지 않으며, 생산한 그린 암모니아를 다양한 용도로 사용하려는 사업자들도 많다.

해외에서는 석탄 화력 연명에 암모니아를 사용하고 있는 것이 아니냐는 비판이 많다. 하지만, 당초부터 암모니아의 전소를 추진하고 있는 미쓰비시파워는 물론, 대부분의 기업들이 초기에는 혼소이지만 최종적으로는 전소를 목표로 하고 있다는 점에서 이러한 비판은 요점을 놓치고 있다.

해외 발 비판 가운데 가장 강렬했던 것이 재생에너지 보고서를 많이 발표하고 있는 조사회사인 미국의 블룸버그NEF의 비판이다.

블룸버그NEF는 2022년 9월 28일, ‘일본의 암모니아·석탄 혼소 전략에 있어서의 코스트 과제’라고 하는 20페이지 이상의 리포트를 영어 뿐만 아니라 일본어 버전으로도 작성해 발표했다.

비판의 포인트는 크게 2가지. (i)해외에서 수입되는 블루수소와 석탄화력의 혼소, 또는 전소는 코스트가 향후 수 십 년간 거의 내려가지 않을 것이다 (ii)일본에서 만드는 그린 암모니아는 코스트가 비싸고, 2030년 시점에서 재생 가능 에너지와 축전지의 조합과의 코스트 경쟁에서 패배할 것이며, 이러한 구도는 2050년까지 계속될 것이다라는 것이다.

하지만 이 리포트에는 의문점이 많다. 논란의 근거가 되는 코스트 추정 결과 등은 대체로 옳다고 생각하지만, 비판 자체는 역시 요점을 놓치고 있기 때문이다.

그 이유는 일본의 사업자들 가운데 일본에서 만든 그린 암모니아를 혼소나 전소의 핵심으로 삼고 있는 발전 사업자는 없다는 것. 뿐만 아니라, 블루 암모니아를 계속 사용하려고 하는 발전 사업자도 없다.

JERA 등 블루 암모니아의 혼소 실험을 추진하는 발전 사업자의 상당수는 그것을 일시적인 선택으로 규정하고 있다. 그린 암모니아에서 일정 공급량이 확보되고, 더 나아가 가격이 떨어지면 그 시점에서 블루 암모니아로 갈아탈 계획을 가지고 있다.

이 때의 그린 암모니아는 거의 필연적으로 호주와 같은 재생 가능 에너지가 싼 곳에서 합성된 그린 암모니아가 될 것이다. 즉, 블룸버그NEF의 이 리포트는 자신이 만들어낸 현실적이지 않은 가정에 대해 비판하고 있는 셈이다.

-- 중국의 데이터로 일본 업체를 비판 --
또 하나, 이 리포트에서는 암모니아를 연소시킴으로써 온난화 가스의 아산화질소(N₂O)가 배출되는 것을 비판하고 있는데, 이 데이터는 중국 연구기관의 데이터이다. 암모니아 연소 시 질소산화물(NOx) 배출량을 최대한 저감하는 연구개발을 추진해 온 일본 업체나 연구기관의 데이터는 언급되지 않았다.

더 나아가, 이 리포트에서는 연료로서의 수소에 대해 그 어떤 것도 언급하지 않았다. 본래 암모니아는 수소 캐리어로서 운반 코스트와 보관 코스트를 줄이는 역할이 핵심이다. 암모니아를 태우는 코스트가 높다면 수소로 다시 되돌려 태우는 코스트는 더 높아지지만, 그것에 대해서는 거의 언급하지 않았다.

-- ‘연료가 아닌 비료로 사용하라’가 주제인가? --
이 리포트에는 ‘이러한 정합성이 낮다, 혹은, 페어라고는 말할 수 없다’와 같은 형태의‘비판’이 다수 있어, 이것이 오히려 이 리포트가 정말로 전달하고 싶은 것을 알기 어렵게 하고 있다.

한편, 리포트에서는 어떤 일관된 메시지가 여러 차례 등장한다. 그것은 클린 암모니아는 연료로 사용할 것이 아니라 비료를 탈탄소화하는 데 사용해야 한다는 메시지이다. 이것이 이 리포트의 저자가 정말 전하고 싶은 것이라고 추측할 수 있다.

물론, 암모니아를 연료로써 본격적으로 사용하기 시작하면 물량 확보가 최우선 사항이 되어 원래 비료를 위해 마련된 분량까지도 연료용으로 쓰일 수 있다. 이것이 악화될 경우, 세계적인 농작물 가격의 급등이나 식량 부족으로도 이어질 수 있기 때문에 그린 암모니아 생산량이 일정량을 넘을 때까지는 연료로서의 이용을 피해야 한다는 것은 일리가 있다.

-- 1년 뒤, 정반대로 주장 --
그런데 놀랍게도 블룸버그NEF는 거의 1년 뒤인 올해 9월 6일, ‘Ammonia: From Fertilizer to Fuel of the Future(암모니아는 비료에서 미래의 연료로)’라는 제목의 리포트를 발표했다.

그 내용은 ‘그린 암모니아의 코스트는 당초에는 비싸더라도 장기적, 구체적으로는 2030년대 후반부터 2040년경에는 충분히 떨어져 연료로서 가격 경쟁력을 갖게 될 것이다’라는 것. 전술한 리포트의 주장과는 정반대의 내용이다.

물론 같은 매체라도 저자가 바뀌면 주장이 다를 수 있다. 또한 최근 1년 사이 수전해 장치 가격 등이 극적으로 떨어지면서 그린 암모니아의 생산 코스트도 크게 낮아졌다. 불과 수 개월 후의 변화도 예상하지 못하면서 수 십 년 후에 대한 예측을 할 수 있을까 싶지만 이전의 주장을 고집하지 않고 상황 변화에 유연하게 대응한 것은 바람직하다고 할 수 있다.

-- 암모니아 엔진, 속속 발표 --
앞서 언급했듯이 해외에서도 오래 전부터 연료로서의 암모니아에 주목하는 움직임이 있었다. 블룸버그NEF의 ‘전향’ 전후부터 그린 암모니아를 연료로 간주하는 움직임이 급속하게 증가. 암모니아를 직접 연소시키는 ‘암모니아 엔진’이 잇따라 발표되기 시작했다.

발표가 비교적 빨랐던 것은 미국 Massachusetts Institute of Technology(MIT)의 학생 4명이 설립한 미국의 Amogy로, 올 1월, 암모니아용 내연기관으로 움직이는 세미 트럭을 발표했다.

Amogy는 연료로서의 암모니아에 대해 (1)체적 에너지밀도가 리튬 이온 2차 전지보다 훨씬 높고 액화천연가스(LNG)나 메탄올보다 조금 떨어지는 정도 (2)단위 에너지당 가격은 LNG보다는 높지만, 메탄올보다는 낮다고 보고 있다.

올 5월에는 미쓰비시조선(三菱造船)이 선박용 암모니아 엔진을 위한 암모니아 잉여 가스 안전 처리 시스템을 발표. 6월 26일에는 중국의 광저우자동차그룹(GAC Motor)이 승용차용 암모니아 엔진 기술을 발표했다. 출력은 120kW로 160 마력 이상. CO₂의 저감효과는 90%이상이라고 한다.

참고로 도요타자동차는 수소를 직접 연소시키는 수소엔진을 개발하고 있지만, 수소와 암모니아는 연소 시 특성이 정반대이다. 구체적으로는, 연소 속도 측면에서 수소는 매우 빠르지만, 암모니아는 매우 느리다. 광저우자동차그룹은 이 잘 타지 않는 암모니아를 효율적으로 연소시키기 위해 예비적으로 연소시키는 '예연소실(豫燃燒室) 화염분사식 점화' 기술을 개발했다고 한다.

그리고 9월에는 한국의 삼성중공업과 선박용 디젤 엔진 대기업인 스위스의 WinGD가 유조선이나 컨테이너선 등 대형 선박용 X-DF-A식 암모니아 엔진을 공동 개발하기로 합의했다고 발표했다. IHI는 WinGD와 70년 이상의 협업 관계를 가지고 있었지만, 암모니아 엔진에서는 삼성중공업에게 추월 당한 것이다.

WinGD는 2025년 1분기까지 암모니아 엔진을 완성하고 2026년에 실용화할 계획이라고 한다. 삼성중공업과의 공동 개발을 발표하고 약 2주 후, 유조선 사업을 전개하는 한국의 KSS 라인과도 제휴했다.

-- 갑자기 암모니아 사회가 시작된다고? --
발표된 암모니아 엔진의 성능은 마력 외에 대부분 아직 밝혀지지 않았지만, 만일 수소엔진이나 기타 연료전지, 그리고 리튬 이온 2차전지보다 주행 성능이 우수할 경우, 자동차나 선박, 항공기 등 모빌리티 전반이 단번에 암모니아 엔진 베이스가 되거나 화력발전 시스템의 연료가 그린 암모니아로 대체될 수도 있다. 이것은 수소사회가 아닌 암모니아 사회라고 할 수 있을 것이다.

 -- 끝 --

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