'수소 운송수단' 암모니아를 더 싸게 만든다

에너지기술연구원, 저온저압 공정 기술 개발
암모니아 생산 운용비용 15% 이상 절감 기대
올해 하루 5㎏ 생산 시설 구축해 안정성 확보

한국에너지기술연구원 청정연료연구실 윤형철 박사(앞줄 가운데)와 연구진이 암모니아 생산 공정 시스템 앞에서 기념촬영을 하고 있다. 에너지기술연구원 제공

[파이낸셜뉴스] 한국에너지기술연구원 청정연료연구실 윤형철 박사팀이 한국수소 운송저장 수단으로 활용하는 암모니아를 보다 적은 비용으로 만들 수 있는 기술을 개발했다. 연구진은 이 기술로 하루에 1㎏의 암모니아를 생산할 수 있는 실험실 규모 공정을 구축, 50bar의 저압과 400도 이하의 저온에서 고순도 암모니아를 만들어내는데 성공했다.6일 에너지기술연구원에 따르면, 연구진은 이 기술을 암모니아 생산 공정에 적용하면 생산 운영에 소요되는 비용을 15% 이상 절감할 것으로 예상하고 있다. 또한 기존 공정보다 압력이 낮아져 공정의 구성품인 압축기, 반응기 등의 제작비용까지 낮춰 생산 비용 전체를 줄일 수 있다.

올해부터는 암모니아 생산 공정을 하루 5㎏ 규모로 제작해 장기 운전을 통한 안정성을 확보할 계획이다. 윤형철 박사는 "최종적으로 파일럿 규모인 하루 50㎏ 생산 시설에서 검증해 우리나라가 청정 암모니아 생산국의 지위를 확보하는데 기여할 것"이라고 강조했다.

암모니아는 질소 원자 1개와 수소 원자 3개가 결합돼 있어 수소와 호환성이 높다. 또 상압, 영하 33도에 액체로 만들 수 있어 액체 수소보다 적은 에너지로 운송과 저장이 가능하다. 뿐만아니라 액체 수소에 비해 단위 부피당 약 1.7배 많이 수소를 저장해 대용량 저장과 장거리 운송에 유리하다.

한국에너지기술연구원 청정연료연구실 윤형철 박사팀이 세계 최고 수준의 암모니아 합성 촉매를 개발하고 이를 펠릿 모양으로 만들었다. 에너지기술연구원 제공

우선 연구진은 지금까지 암모니아를 만드는 방법인 하버-보쉬 공장의 한계를 극복하기 위한 촉매를 개발했다. 분말 형태의 루테늄과 산화바륨으로 만든 촉매를 원주형 알갱이 형태로 만들어 상업적으로 활용할 수 있도록 제품화했다. 특히 지금까지 160도에서 만들던 방식에서 벗어나 상온에서 제조해 합성시간을 기존대비 3분의 1로 단축했다.

연구진은 새로 개발한 촉매와 독자적으로 구축한 국내 유일의 암모니아 생산 공정을 통해 성능을 평가했다. 암모니아 생산 공정은 원료인 수소와 질소를 공급하는 공급부와 암모니아를 합성하는 반응부, 합성된 암모니아를 냉각 분리해 고순도의 암모니아를 추출하는 냉각부로 구성된다.

부품과 시스템의 성능을 검증하는 기술성숙도(TRL) 4단계 수준의 시설을 구축, 실증에 성공했다.

올해 TRL 5단계 수준의 시설을 구축해 생산 실증 규모를 늘리고 2026년에는 파일럿 규모로 생산시설 규모를 키워 실용화 직전 단계인 TRL 6단계까지 기술완성도를 높일 계획이다.

윤 박사는 "저압·저온 저비용 암모니아 생산 기술은 탄소중립의 미래를 앞당길 수 있는 열쇠가 될 것"이라며, "향후 청정수소 및 무탄소 연료 도입을 위한 암모니아 생산 플랜트 국산화에 기여할 것"이라고 말했다.

[e-mail] 김만기 기자