[에너지플랫폼뉴스 박병인 기자] 탄소중립을 달성하기 위해 원자력, 재생에너지의 확대도 중요하지만 같은 무탄소전원인 수소, 암모니아 혼소발전의 역할도 중요하다는 의견이 제기됐다.

7일 세미나허브가 주최하고 한국플루크가 후원한 ‘2024년 탄소중립을 위한 무탄소 수소·암모니아 발전 및 활용 기술 동향 세미나’에서 전력연구원 박세익 책임연구원은 “수소, 암모니아는 무탄소 연료중 하나이기 때문에 발전업계에서 활용도가 많이 높아질 것으로 예상되고 있다”며 “LNG복합 발전소가 수소, 암모니아 혼소발전으로 대체되면서 국가 탄소중립목표에 기여할 수 있을 것”이라고 강조했다.

박세익 책임연구원에 따르면 최근들어 석탄에서 천연가스로 발전소가 활발히 개체되면서 상당한 환경개선 효과를 얻긴 했으나 천연가스만으로는 탄소중립을 달성하기 어렵기 때문에 결국 수소, 암모니아를 활용한 발전이 확대될 것이라고 전망했다.

박세익 연구원은 “석탄발전소를 천연가스발전소로 전환하는 것만으로도 적정량의 온실가스를 감축할 수 있다”면서도 “하지만 천연가스 복합화력발전소를 지속적으로 활용하게 되면 결국 넷제로는 달성할 수 없다”고 말했다.

이어 박세익 연구원은 “결국 천연가스도 무탄소를 연료로 하는 발전소로 대체돼야 하며 이 과정에서 핵심으로 활용되는 에너지원이 수소, 암모니아 등을 예로 들 수 있다”며 “이를 위해서는 기존 기술력을 뒤엎는 수준의 기술개발이 필요하며 상당한 노력, 시간, 비용 등이 소요될 것으로 예상되고 있다”고 전했다.

현재 전세계적으로 가스복합화력을 대체하기 위한 준비와 노력이 활발히 진행되고 있다. 특히 각 국가별, 설비별로 다른 종류의 기술이 적용되고 있기 때문에 국내에서도 수소, 암모니아 혼소 기술을 개발할 시 해외의 여러 사례를 보고 판단하는 것도 중요한 상황이다.

박세익 연구원은 “최근 각광받고 있는 수소, 암모니아를 국내 주력 발전설비 중 하나인 가스복합 가스터빈에 어떻게 적용해 나갈 것인가에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다”며 “아직 국내에서 혼소가 적용되는 발전기는 많지 않으며 현재 설치된 가스터빈으로는 소량의 혼소만 가능한 상황”이라고 설명했다.

또한 박세익 연구원은 수소를 혼소하기 위해서는 기술력 확보도 중요하지만 경제성, 안정성 확보도 중요한 문제라고 진단했다.

박세익 연구원은 “가스터빈 기술이 확보되더라도 결국 수소가 저렴한 가격으로 공급되지 않으면 상용화가 어려울 수 있다”며 “수소는 천연가스 보다 더욱 폭발성 가스의 성향이 있고 쉽게 리크가 발생할 우려가 있기 때문에 안전문제도 함께 확보해야할 필요가 있다”고 강조했다.

해외에서도 수소에 대한 높은 관심을 보이고 있다. 미국의 경우에는 수소혼소 관련 대형 프로젝트를 계획했으며 컨소시엄을 구축해 수소관련 대규모 실증사업을 실시하고 있다.

현재 미국 제작사인 GE는 이미 50% 수소 연소비를 확보했으며 현재는 100% 수소전소가 가능한 연소기를 개발하고 있다.

유럽에서는 발전소 인근에서 수전해를 실시하고 생산된 수소를 공급받아 혼소발전을 실시하는 프로젝트를 추진하고 있으며 일본의 경우에는 미츠비시 등 대기업들을 중심으로 수소 혼소발전에 대한 준비를 진행하고 있다.

우리나라는 수소혼소 리트로핏 실증과제를 수행하고 있다. 지난해 4월부터 시작해 2027년 12월까지 총 연구비 321억원이 투입되는 이 사업은 한전이 주관하고 남부발전, 서부발전과 함께 대학, 기관 등이 참여한다. 

또한 민간차원에서는 두산에너빌리티, 한화그룹 등이 리트로핏 연소기 개발 및 실증을 실시하고 SK E&S, E1은 수소 공급 시스템 구축을 담당한다.

이를 토대로 발전 5사 가스터빈 74기 중 45%, 노후 F급 기종들을 대상으로 실증설비를 구축해 나간다는 방침이다.

한편 암모니아는 수소, 천연가스와는 다른 물성으로 인해 수소와 달리 아직 활발히 연구가 진행되지 못하고 있다. 암모니아는 수소, 천연가스보다 화력을 충분히 확보하지 못하며 질소산화물이 발생한다는 문제가 있다.

박세익 연구원은 “여전히 화력발전소는 국내 주력전원 중 하나이며 이를 수소, 암모니아로 개체할 경우 탄소중립실현에 크게 기여할 수 있다”고 강조했다.

◆김재경 선임연구위원 “수소 운송, 암모니아 운송 방식 ‘우수’”
수소의 운송방식으로 액화, 암모니아 등 다양한 방안이 논의되고 있지만 결국 암모니아 방식이 가장 우수할 것이라는 분석도 제기됐다.

에너지경제연구원 김재경 선임연구위원은 “국내 시장으로는 수소에 대한 경제성을 확보하기가 어려운 상황이며 결국 해외로부터 수입이 필요하다”며 “수입하기 위해 운송방식을 택해야 하는데 여러 방식 중에서는 암모니아 방식이 가장 합리적일 것으로 분석된다”고 밝혔다.

김재경 연구위원에 따르면 수소는 ‘에너지 캐리어’의 역할 수행이 가능하며 신재생에너지원으로 제조한 그린수소를 수입할 경우 재생에너지를 수입하는 것과 같은 효과를 볼 수 있다.

자연환경에 많은 영향을 받는 재생에너지는 햇빛, 바람이 풍부한 해외의 다른 국가에서 더 저렴할 수 있으며 이에 수소를 대량으로 생산할 경우 국내에서 생산한 그린수소 대비 더 저렴할 수 있다는 것이다.

결국 미래 수소경제에서는 국내 자체생산보다는 해외로부터 수입하는 것이 더욱 저렴할 수 있다는 결론이 나온다.

수소를 운반할 수 있는 방식은 암모니아, 액화수소, 메틸사이클로헥산 등 세가지가 존재한다.

김재경 연구위원에 따르면 어떤 운반체로 운송하느냐에 따라 상이한 전환, 재전환 공정을 거치게 되며 운송선의 종류도 차이가 발생하게 된다.

또한 저장 형태와 조건이 달라짐에 따라 터미널의 탱크사양 등도 차이가 발생하며 수출입을 위한 별도의 인프라 구축이 요구된다.

2030년 기준으로 암모니아 운송이 다른 두가지 방식 대비 경제성이 우위이며 이는 2050년까지도 이러한 추세가 이어질 것으로 보인다. 

다만 액화수소의 경제성도 급격히 개선될 것으로 예상되고 있다. 2030년 암모니아 운송 방식 대비 kg 당 2.5달러 이상 비용이 더드는 액화수소방식은 2050년에는 암모니아 대비 kg 당 1달러 차이가 날 것으로 예상된다.

국내 암모니아 저장시설의 경우에는 한화의 인천 지상저온탱크(1.3만톤), 당진 송산 수소 및 암모니아 부두(16만톤), 울산에 롯데 정밀화학 지상저온탱크(9.3만톤) 등을 보유하고 있다.

한편 암모니아, 액화수소 등 액화 운송외에도 파이프라인 방식 수소운송방식도 고려되고 있다.

유럽의 경우에는 장거리 배관을 설치해 국가간 수소를 운송하는 Eueropean Hydrogen Backbone 프로젝트가 대표적이다.

우리나라에서는 발전용, 산업용 수소수요가 많은 여수광양만권, 부울경 등지에서 수소 배관망 구축을 위한 검토가 진행되고 있다.