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수소 산업 발전의 교두보 암모니아

[2022.06.10]



정부는 2022년 상반기 중에 「수소·암모니아 발전 로드맵」을 발표할 예정입니다. 또한, 위 로드맵에 따라 대용량 암모니아 저장 인프라 구축 및 발전 파일럿 실증에 착수하는 등 암모니아를 이용한 발전을 탄소중립 방편 중 하나로 삼아 다양한 정책을 추진할 것으로 예상됩니다. 이에 이번 뉴스레터에서는 ‘왜 암모니아가 수소와 함께 탄소중립 발전의 주요한 요소’로 주목받는지에 대한 이해를 돕기 위해, 암모니아의 특성과 국내외 암모니아 산업의 정책과 동향에 대해 설명 드리고자 합니다.



1. 수소 산업에서 활용될 수 있는 암모니아의 특성

암모니아(NH)는 한 개의 질소(N)와 세 개의 수소(H)가 결합한 물질입니다. 암모니아는 (i) 탄소(C)를 포함하고 있지 않아서 연소과정에서 이산화탄소(CO)를 배출하지 않고, (ii) 상대적으로 쉽게 액화가 되어 저장 및 운송이 용이하며, (iii) 이미 세계적으로 1.7억톤 이상 생산·판매되고 있어서 기존의 해상 및 육상 운송 인프라를 그대로 이용할 수 있다는 이점 때문에, 수소경제 구현을 위한 주요 요소로 떠오르고 있습니다.


특히, 위 (ii)항과 관련하여 암모니아는 상압에서도 -33℃[1]에서 액화가 가능하여 저장 및 운송이 용이하고, 액체수소 대비 1.7배 정도의 높은 수소저장용량을 갖는 등의 특징이 있으므로, 수소를 암모니아로 변환하면, 다른 수소 저장 방식에 비해 다량의 수소를 보다 용이하게 저장할 수 있다는 장점이 있습니다(부피:136.1L/LH, 질량: 17.8Twt%). 이에 따라 암모니아는 그린수소의 대량·장기 저장 및 장거리 운송을 위한 중간 물질로서 기능할 것으로 예상되고 있습니다.


[각주1] 반면, 수소는 상압에서 액화하려면 - 253℃까지 온도를 내려야 합니다.


다만, 암모니아는 독성이 강하고 폭발위험성이 있다는 단점이 있는데, 이로 인해 유해 화학물로 분류되어 「화학물질관리법」상의 규제가 적용됩니다. 또한, 현행 규정상으로는 발전에 암모니아를 사용하더라도 신재생에너지의 사용으로 인정받지 못하므로, 신재생에너지공급인증서(REC)와 같은 정책적인 지원을 받기 어렵습니다. 이는 발전용 암모니아의 보급에 실질적인 장벽으로 작용하는 것으로 파악되므로, 향후 정책적인 보완이 필요하다고 생각됩니다.



2. 국내 암모니아 산업 정책

정부는 2030년까지 암모니아 20%, 2035년까지 수소 30% 이상 혼소발전 상용화를 목표로 잡은 바 있고, 산업통상자원부는 2021. 11.경 ‘수소·암모니아 발전 실증 추진단’을 발족하여 2024년까지 ‘가스터빈 수소 혼소 한계평가 및 연소 최적화 기술개발’, ‘Carbon-Free 친환경 암모니아 발전 기술개발’ R&D를 완료하겠다고 밝힌 바 있습니다.


한편, 수소경제 육성 및 수소 안전관리에 관한 법률 제5조(수소경제 이행 기본계획의 수립) 및 동법 시행령 제4조(기본계획의 수립·시행 등)에 의거하여 2021. 11. 26. 확정된 「제1차 수소경제 이행 기본계획」(이하 “수소 기본계획”)을 기초로 정리한 국내 암모니아 산업 정책은 다음과 같습니다.


(1) H₂ STAR[2] 프로젝트를 통한 해외 공급망 확보

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[각주2] STAR: Supply Transportation Application Relationship

[각주3] 그린 암모니아는 그린수소와 마찬가지로 이산화탄소 배출 없이 신재생 에너지로만 생산한 암모니아를 의미하고, 블루 암모니아는 생산 과정에서 이산화탄소 포집 기술로 탄소 배출량을 줄인 암모니아를 의미합니다.


수소기본계획에서는 ‘H₂ STAR 프로젝트’ 추진을 통해 청정수소 생산·운송 프로젝트를 확대하고, 암모니아 혼소 상용화 시점과 연계한 해외사업을 발굴하겠다고 정하고 있습니다. 구체적으로는 (i) 프로젝트 단위 타당성 조사 (‘22), (ii) 기업 사업구조 확정 및 예비타당성조사(‘22), (iii) 최종 투자결정 및 EPC 발주·착공(‘23~’24), (iv) 상용 운전 시작(‘27~)으로 계획되어 있으며, 이를 통해 ‘50년까지 해외 수소공급망 40개를 구축하여 수소자급률 60% 이상 확보하는 것을 목표로 삼고 있습니다.


(2) 암모니아 도입을 위한 인프라 구축

수소기본계획에 따르면, 2030년 대규모 암모니아 운송을 달성하고, 국제해사기구(IMO)의 온실가스 40% 감축규제 대응하기 위하여, 2025년을 목표로 정부 주도의 암모니아 운송선 건조를 검토 중입니다. 구체적으로는 (i) 암모니아 엔진 개발 및 연료공급시스템 설계, (ii) 시제품 제작(‘22~’24), (iii) 건조(‘25~)의 순서로 계획되어 있습니다.


또한, 2027년을 목표로 석탄-암모니아 혼소발전을 적용하기 위하여, 석탄 수입터미널의 개·보수 및 중앙집중형 신규 인수기지의 구축이 검토되고 있습니다. 인프라 구축 사업의 설계 후 재정사업 예비타당성 조사의 추진이 이루어질 것으로 예상되는데, 현재 (i) 암모니아 인프라 구축 방향 설계(‘22), (ii) 예비타당성기획(‘23), (iii) 인프라 구축(‘24~’27)의 순서로 계획되어 있습니다.


뿐만 아니라, 2030년을 목표로 암모니아를 비축하는 기지를 구축하는 방안도 검토되고 있는데, 국가 온실가스 감축 목표(NDC) 달성을 위해서는 2030년까지 약 1,100만톤의 암모니아 도입이 필요할 것으로 전망되므로, 이에 상응하는 수준의 기지가 구축될 것으로 예상됩니다.



3. 해외 암모니아 산업 동향

(1) 그린 암모니아의 생산

영국은 풍력발전 8.4MW를 활용하여 그린 암모니아 생산공장을 건설할 계획이며, 이를 통해 하루 11톤의 그린 암모니아를 공급할 예정입니다.

덴마크는 연간 5천 톤 이상의 그린 암모니아 생산 설비를 건설해 2023년부터 운영할 예정이며, 호주는 100MW 이상의 태양광 발전을 이용해 그린 수소를 생산하고 이를 통해 2022년 하루 100kg, 2030년 하루 500kg의 그린 암모니아를 생산할 계획입니다.

사우디는 2025년부터 4GW 규모의 태양광 · 풍력 발전으로부터 하루 650톤의 그린수소를 생산하고, 이를 재가공해 연간 120만 톤의 그린 암모니아를 공급할 계획입니다.


(2) 일본의 암모니아 산업 발전 계획

일본의 「2050년 탄소중립을 실현하기 위한 녹색성장전략 (2020.12)」, 「6차 에너지 기본계획(안)(2021.7)」에서 암모니아를 탄소 중립을 위한 대안으로 제시하였습니다.

일본은 2030년까지 암모니아-석탄 20% 혼소 발전 실증 사업을 운영하고, 점차 혼소 비율을 확대해 2050년까지 암모니아를 100% 사용하는 기술을 개발할 계획입니다. 일본 대규모 전력회사가 보유한 모든 석탄화력발전소에서 암모니아를 혼합연소(20%, 50%) 및 전체연소(100%)를 실시한 경우 암모니아 소비량을 추산해볼 때 각 2,000만 톤, 5,000만 톤, 1억 톤이라는 엄청난 규모의 암모니아가 필요할 것으로 예상됩니다.


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이를 위하여, 일본은 현재 20엔/㎡인 암모니아 공급가격을 2030년까지 10엔/㎡으로 낮추고, 2030년 연간 3백만톤에서 2050년 연간 3천만톤으로 암모니아 이용을 확대할 계획입니다.



4. 시사점

이처럼 암모니아는 탄소중립에 있어 수소 못지 않은 중요한 역할을 담당할 것으로 예상되고, 전세계적으로도 이와 관련된 연구와 실증이 앞다투어 진행되고 있습니다. 국제에너지기구(IEA)에서 발표한 ‘전력부문 에너지 전환에서 저탄소 연료의 역할(The role of low- carbon fuel in the clean energy transitions of the power sector, ’21.10월)’에서도 ‘암모니아는 전력부문 탈탄소화의 도구로서 기존 인프라를 최대한 재활용할 수 있고, 재생에너지의 변동성에 대한 유연성을 제공하는 역할을 수행할 수 있다’는 점을 명시하고 있습니다.


다만, 현재 암모니아는 신재생에너지로 분류되지 않기 때문에 암모니아를 이용한 발전은 신재생 에너지공급의무화(RPS)를 이행하기 위한 수단으로 활용될 수 없으며, 신재생에너지공급인증서(REC) 또한 발급되지 않기 때문에, 경제성 확보가 쉽지 않은 상황입니다.


정부가 올해 상반기 중 발표할 예정인 ‘수소·암모니아 발전 로드맵’에서는, 수소와 암모니아를 활용하기 위한 구체적인 기술 개발 계획이 담길 것으로 예상되는 만큼, 이를 실현하기 위해 광범위한 제도 개선이 이루어질 것으로 기대됩니다. 따라서, 향후 이러한 제도 개선에 대해서도 주목할 필요가 있습니다.



여현동 변호사(hdyeo@oonyang.com)

신승국 외국변호사(synn@oonyang.com)

황희경 외국변호사(hkhwang@yoonyang.com)

황규호 변호사(hwangkh@yoonyang.com)

김원일 변호사(wonilkim@yoonyang.com)

이광욱 변호사(kwlee@oonyang.com)

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