"수소경제에 왜 암모니아가 나와?"

채호정 한국화학연구원 공정기반연구센터장이 29일 서울 동대문디자인플라자(DDP)에서 열린 '그린뉴딜 엑스포' 콘퍼런스에서 발표하고 있다. / 사진=김휘선 기자 hwijpg@

'수소(H2)와 암모니아(NH3)의 완벽한 결혼.'

채호정 한국화학연구원 공정기반연구센터 센터장은 29일 서울 동대문디자인플라자(DDP)에서 열린 '2020 그린뉴딜 엑스포' 행사 둘째 날 R&D(연구개발) 세션 '수소사회를 선점할 사업화 유망기술' 부문에서 주제발표를 진행했다.


수소와 질소(N)를 결합한 암모니아를 활용해, 안정적인 보관과 이동이 가능하다는 게 채 센터장 발표의 핵심이다. 값싸고 안정적인 '수소 저장매개체(캐리어)'로서 암모니아가 주목받고 있는 관련 기술과 국내·외 동향을 소개했다.

암모니아는 환경오염 주범으로 손꼽히는 탄소(C, 카본)와 결합보다 친환경 적이며, 경제성이 뛰어나다. 향후 '카본프리' 시스템을 갖추기 위해 암모니아가 필수적이라는 게 채 센터장의 설명이다.

채 센터장은 "수소는 위험하다는 게 가장 큰 제약조건이다. 고압·저온환경을 유지해야 하기 때문에 너무 많은 에너지를 써야하고 경제성도 떨어진다"며 "가장 높은 에너지 밀도를 가진 암모니아는 안정적으로 수소를 활용토록 해준다"고 말했다.


안정성과 경제적인 문턱이 낮아지면 수소 활용 범위가 대폭 넓어진다. 나아가 결합대상인 질소는 공기 중에 다량 함유돼 있을 뿐만 아니라, 비료 등 농업에서도 활용도가 높아 다른 사업과의 연계도 쉽다.

변화량이 큰 수소는 고압 기체로 활용되다가 액체 상태로 다소 안정화 시켰으나 여전히 보관·운송에 높은 에너지를 필요로 한다. LOHC(수소 대량저장·운송기술)도 안정성과 경제적인 한계를 해소하진 못하고 있다.

해외에선 이미 암모니아 활용에 적극 나서고 있다. 미국은 중앙정부 DOE(에너지부)는 수소 매개체로 암모니아를 활용한 프로젝트를 진행 중이다. 호주와 일본은 협력체계를 구축해 연구를 하고 있다. 유럽에서도 관련 연구가 활발하다.

다만 수소와 암모니아가 결합하는 데 다른 에너지를 필요로 하는데, 이를 최대한 효율적으로 개선해야 하는 관문을 넘어야 한다. 화학연구원에선 암모니아 결합 온도를 낮추는 촉매와 반응기를 개발 중이다.

채 센터장은 "암모니아를 만들기 위해 또 에너지를 쓴다는 건 넌센스다. 핵심은 결국 저온·저압에서 반응을 일으키는 촉매"라며 "최소 에너지를 사용하고 열을 최적화 할 수 있는 방법을 찾고 있다"고 말했다.

암모니아를 활용한 저탄소·친환경 도시인 '카본프리 그린 스마트팜 시티'도 제안됐다. 채 센터장은 "암모니아 물질을 활용해, 도서 지역에 전기와 열을 공급하는 연료전지 발전 시스템을 구축할 수도 있을 것"이라고 말했다.