암모니아 연료전지, 수소 경제의 새로운 소망: 기업들의 투자와 기술 발전 현황

1. 요약

• 암모니아는 현대 에너지 산업에서 수소 경제의 중요한 매개체로 자리잡아가고 있습니다. 최근 세계 각국의 기업들이 암모니아 기반 연료전지 기술에 대한 눈길을 돌리고 있으며, 이러한 움직임은 수소 경제의 활성화에 긍정적인 영향을 미치고 있습니다. 수소 경제는 화석 연료의 의존도를 줄이고, 지속 가능한 에너지를 활용하여 온실가스를 감소시키는 방향으로 나아가는 개념으로, 암모니아는 이러한 전환에 있어 필수적인 원소로서의 가치를 지니고 있습니다.

• 암모니아는 수소의 안정적인 운반 및 저장 수단으로써 뛰어난 장점을 제공합니다. 이 물질은 액체 상태에서 상대적으로 낮은 온도에서 저장이 가능하며, 이는 수소를 액화하기 위해 필요한 극저온 조건에 비해 훨씬 더 효율적인 접근입니다. 현재 SK이노베이션, 아모지 등의 주요 기업들이 암모니아 연료전지 기술 개발을 위한 활발한 투자와 연구를 진행하고 있으며, 이러한 기술은 궁극적으로 수소 경제의 기초를 다지는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다.

• 또한, 암모니아 연료전지의 상용화가 가속화됨에 따라, 이 기술을 활용한 실증 사례가 증가하는 추세입니다. 예를 들어, 암모니아 기반의 전기 자율주행 트랙터 개발과 같은 혁신적인 노력은 농업 및 물류 분야에서의 효율성 향상과 함께, 탄소 배출 감소에도 기여할 것으로 보입니다. 따라서 암모니아는 단순한 비료 원료가 아닌, 미래의 청정 에너지원으로서 중요한 가능성을 지닌 혁신적인 자원으로 주목받고 있습니다.

2. 수소 경제와 암모니아의 중요성

• 2-1. 수소 경제의 정의

• 수소 경제는 수소를 주요 에너지원으로 활용하고, 이를 기반으로 한 다양한 산업 및 사회 시스템을 포괄하는 개념입니다. 화석 연료의 고갈 및 기후 변화 문제 해결을 위해 지속 가능한 에너지 전환이 요구되는 시대에, 수소 경제는 재생 가능한 에너지의 활용도를 높이고 에너지 저장 및 운송 효율성을 개선할 수 있는 중요한 대안 중 하나로 주목받고 있습니다. 이는 차세대 친환경 에너지 체계에 이르는 방향성을 제시하며, 국가 및 글로벌 차원에서 수소 생산, 유통, 소비를 위한 기술 개발과 인프라 구축이 활발히 이루어지고 있습니다.

• 2-2. 암모니아의 역할

• 암모니아(NH3)는 질소 원자 한 개와 수소 원자 세 개가 결합한 화합물로, 전통적으로 비료의 원료로 널리 사용되어 왔습니다. 그러나 최근에는 암모니아가 수소 경제의 중요한 매개체로 떠오르고 있습니다. 암모니아는 수소를 운반하고 저장하는 데 있어 뛰어난 안정성을 제공합니다. 액체 상태의 암모니아는 비교적 저온에서 저장이 가능하며, 이는 수소를 액화하기 위해 필요한 영하 253°C의 극저온 조건에 비해 훨씬 낮은 온도입니다. 따라서 암모니아는 수소를 효율적으로 운송하고 저장할 수 있는 방법으로, 기후 변화 대응 및 탈탄소 사회로의 전환을 위한 실질적인 해결책으로 보고되고 있습니다.

• 2-3. 수소 운반 수단으로서의 가능성

• 암모니아는 수소의 안정적 운반 수단으로서의 가능성을 뛰어난 경제성과 기술적 실현 가능성으로 증명하고 있습니다. 현재 수소 시장에 있어 가장 큰 문제 중 하나는 수소의 운송 및 저장입니다. 기체 상태의 수소는 부피가 크고, 고압으로 저장해야 하며, 액화 과정에서 에너지를 소모해야 합니다. 반면 암모니아는 훨씬 더 간단한 방식으로 저장 및 운송이 가능하여, 수소 경제의 실현을 가속할 수 있는 시너지 효과를 제공합니다. 또한, 암모니아를 수소로 변환하는 ‘크래킹(cracking)’ 기술은 상대적으로 낮은 온도와 압력에서 이루어질 수 있으며, 이 과정은 탄소 배출 없이 진행되기 때문에 환경적으로도 지속가능한 방법으로 평가받고 있습니다.

• 국내에서도 암모니아 기반의 수소 생산 및 분해 기술에 대한 연구 개발이 활발하게 진행되고 있으며, 이는 수소 경제의 기반을 다지는 데 중요한 역할을 할 것입니다. 여러 기업들은 암모니아의 안정성을 활용하여 수소 연료전지 기술을 개발하고 있으며, 이를 통해 청정 수소를 효과적으로 생산하는 모델을 구축하고 있습니다. 예를 들어 SK이노베이션과 아모지의 협력은 암모니아 연료전지 기술 개발을 위한 전략적 기반을 강화하고 있으며, 이는 향후 수소 경제의 활성화에 기여할 것으로 기대됩니다.

3. 암모니아 기반 연료전지 기술 현황

• 3-1. 암모니아 연료전지 기술 개요

• 암모니아 연료전지는 수소와 질소의 화합물인 암모니아를 연료로 사용하여 전기를 생산하는 기술로, 탄소 배출 없이 청정 에너지를 생성하는 방법으로 주목받고 있습니다. 이 연료전지 시스템은 복잡한 화학 반응을 통해 암모니아에서 수소를 추출한 뒤, 이를 연료 전지에 주입하여 전력을 생성합니다. 암모니아는 액체 상태에서 저장과 운반이 용이하여, 수소 경제의 중요한 요소로 자리 잡고 있습니다.

• 특히 암모니아는 액화 수소에 비해 저장 및 운반하는 데 비용 효율적이며, 관련 기술인 크래킹(Cracking)을 통해 고온에서 쉽게 분해되어 수소를 얻을 수 있습니다. 이 과정에서 발생하는 에너지를 통해 전기를 생산하고, 부산물로는 질소가 발생합니다. 이러한 특성 덕분에 암모니아는 대량 생산이 가능하며, 국제적인 에너지 수급을 개선하는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다.

• 3-2. 아모지의 기술적 혁신

• 아모지는 암모나를 기반으로 한 수소 연료전지 기술의 선두 주자입니다. 이 회사는 암모니아에서 수소를 추출하는 크래킹 기술과 수소 전지 시스템을 통합하여, 탄소 배출 없이 효율적으로 에너지를 생성하는 방법을 개발하였습니다. 특히 최근 300kW급 대형 트럭과 같은 성능 높은 암모니아 연료전지 시스템을 성공적으로 실증하여, 산업 애플리케이션 분야에서도 큰 기대를 받고 있습니다.

• 2025년까지 아모지는 선박 운송을 포함한 다양한 분야에 이 시스템을 확장할 계획을 가지고 있으며, 이를 통해 해양 및 육상에서의 탄소 배출 감소에 기여하고자 합니다. 아모지는 이와 같은 혁신을 통해 청정 에너지 시장에서의 입지를 더욱 강화하고 있으며, 여러 글로벌 파트너들과 협력하여 기술 개발을 지속적으로 추진하고 있습니다.

• 3-3. 전 세계 기업들의 기술 개발 현황

• 전 세계적으로 암모니아 기반 연료전지 기술에 대한 관심과 투자가 증가하고 있습니다. SK이노베이션 등 국내 기업은 암모니아 연료전지 스타트업 아모지에 대해 대규모 투자를 단행하며, 이 기술을 상용화하기 위한 연구 개발을 활발히 진행하고 있습니다. SK이노베이션은 5000만 달러 규모의 추가 투자를 통해 아모지와의 협력을 강화하고 있으며, 이를 통해 청정 에너지원으로서의 암모니아의 시장성을 높이고자 합니다.

• 또한 고려아연은 호주에서 대량의 친환경 암모니아를 생산하기 위한 프로젝트를 추진하고 있으며, 이는 암모니아 수출을 통한 한국 내 수소 생태계 구축에 중요한 기초가 될 것입니다. 이에 따라 암모니아는 국제 해양 운송 및 산업계에서도 기업들의 필수 자원으로 자리매김하고 있으며, 국제에너지기구(IEA)는 암모니아가 2050년 선박 연료 수요의 45%를 차지할 것으로 내다보았습니다. 이처럼 다채로운 글로벌 기업들의 기술 개발 현황은 암모니아 연료전지 기술이 수소 경제의 미래에 중요한 역할을 할 것임을 보여줍니다.

4. 기업들의 암모니아 투자 동향

• 4-1. SK이노베이션의 투자 사례

• SK이노베이션은 암모니아 기반 수소 연료전지 시스템을 전문으로 개발하는 스타트업 아모지(Amogy)에 최근 약 654억 원(5000만 달러)을 추가 투자하였습니다. 이는 아모지가 진행 중인 1억3900만 달러 규모의 시리즈B-1 투자 라운드에 대한 참여로, SK이노베이션은 아모지의 혁신 기술이 자신의 '카본 투 그린(Carbon to Green)' 비전에 부합한다고 판단하였습니다. 아모지는 암모니아를 활용하여 탄소 배출 없이 동력을 생성하는 기술로 주목받고 있으며, 이미 드론, 트랙터, 클래식 트럭 등에서 암모니아로 구동되는 시스템을 실증하는 데 성공하였습니다. 이와 함께 SK이노베이션은 아시아와 오세아니아 시장 내에서의 사업 개발 및 상업화 협력을 통해 암모니아 기반 연료전지 기술의 범위를 넓힐 계획입니다.

• 4-2. 삼성의 청정 암모니아 사업 진출

• 삼성은 청정 에너지 사업에 대한 의지를 더욱 강화하면서 암모니아 분야에 적극적으로 진출하고 있습니다. 삼성의 관계자는 '농슬라'로 불리는 전기 자율주행 트랙터 제조업체 존 디어와의 협력을 언급하며, 청정 암모니아 및 수소 인프라에 대한 투자 및 기술 개발을 추진하고 있다고 밝혔습니다. 삼성은 동남아 및 중동 지역의 수소 밸류체인(가치사슬) 전반에 관여하고 있으며, 이러한 노력은 암모니아가 수소경제의 미래에 중요한 역할을 할 것으로 믿는 데에서 기인한 것입니다.

• 4-3. 타 기업의 투자 전망

• 국내 다른 대기업들도 암모니아 관련 사업에 발 빠르게 나서고 있습니다. 현대자동차그룹은 수소 연료전지차에 필요한 수소의 안전한 공급을 위해 암모니아 분해기술을 연구 중입니다. 롯데케미칼은 2030년까지 120만 톤의 청정 수소를 생산할 계획을 세우고 있으며, 이러한 암모니아를 사용한 기술 연구에도 박차를 가하고 있습니다. 두산에너빌리티는 수소 혼소 발전을 위한 가스터빈 개발 및 복합 발전소 건설에 집중하고 있으며, 포스코 또한 수소 혼소 발전 사업 및 탄소 배출 저감을 위한 기술 개발에 투자하고 있습니다. 전반적으로, 암모니아의 경제성 및 효율성이 높아짐에 따라, 기업들은 암모니아가 수소경제의 중요한 열쇠가 될 것으로 기대하고 있습니다.

5. 실증 사례 및 미래 전망

• 5-1. 암모니아 기반 트랙터의 실증 사례

• 암모니아 기반 연료전지 시스템을 적용한 대형 트럭과 관련하여, 최근 미국의 스타트업인 아모지가 깊이 있는 실증 사례를 제공하고 있습니다. 이 기업은 암모니아 연료전지 시스템을 도입하여 전기 자율주행 트랙터를 개발하였으며, 이는 향후 농업 및 물류 분야에서의 효율성을 크게 향상시킬 것으로 기대됩니다. 이 트랙터는 기존의 화석 연료를 대체할 수 있는 잠재력을 가지고 있으며, 탄소 배출이 없는 청정 에너지원으로 주목받고 있습니다. 이러한 실증 사례는 암모니아가 단순한 비료 원료를 넘어, 미래의 혁신적인 연료로 자리 잡을 수 있는 기반을 마련하고 있습니다.

• 5-2. 청정 에너지 시장에서의 위치

• 암모니아의 청정 에너지 시장 내 입지는 지속적으로 강화되고 있습니다. 과거에는 주로 비료로 사용되던 암모니아가 이제는 수소 저장 및 운송 수단으로 각광받으면서, 다양한 기업들이 관련 기술 개발에 투자를 아끼지 않고 있습니다. 예를 들어, SK이노베이션과 고려아연은 암모니아를 수소로 변환하는 기술 확보를 위해 대규모 투자를 진행하고 있으며, 이는 국내외에서 암모니아의 산업적 활용 가능성을 더욱 확장하고 있습니다. 청정 암모니아의 유통 및 수출이 확대될 경우, 글로벌 에너지 시장에서도 암모니아의 위상은 더욱 높아질 것으로 예상됩니다.

• 5-3. 미래 기술 발전 방향

• 향후 암모니아 기반 기술 발전 방향은 여러 가지로 예상됩니다. 첫째, 암모니아 크래킹 기술이 상용화되면서 수소 생산에 있어 암모니아의 역할은 더욱 중요해질 것입니다. 특히, 암모니아는 기체 상태의 수소보다 안정적인 저장 방식으로 평가받아, 전체 수소 경제 구조에서 중요한 역할을 하게 될 것입니다. 둘째, 청정 암모니아의 생산 및 공급망 구축이 더욱 활성화될 것으로 보이며, 이를 통해 지속 가능한 에너지 생태계가 구축될 것입니다. 한국에서는 해외에서 생산된 청정 암모니아를 수입한 후 국내에서 이를 정제 및 분해하여 수소를 생산하는 모델이 제시되고 있습니다. 이러한 기술들은 탄소중립 목표를 달성하는 데 중요한 기여를 할 것이며, 글로벌 청정 에너지 산업의 핵심 근본이 될 것으로 기대됩니다.

결론

• 암모니아는 수소 경제에서 지속 가능성과 혁신을 상징하는 열쇠로 부상하고 있습니다. 이미 여러 기업들이 이 기술을 폭넓게 연구 및 개발하고 있으며, 그 과정에서 실질적인 실증 사례가 등장하고 있습니다. SK이노베이션과 아모지의 협력 사례는 암모니아 기반 연료전지의 상용화를 위한 중요한 발판으로 작용하고 있으며, 이는 수소 연료의 시장성을 강화하는 데 기여할 것입니다.

• 또한, 암모니아 연료전지 기술이 상용화되면 이는 글로벌 에너지 시장에 혁신적인 변화를 가져올 것이며, 친환경 에너지로의 전환을 더욱 가속화할 것입니다. 암모니아는 저장 및 운반의 효율성을 제공함으로써 다양한 산업 부문에서의 활용 가능성을 열어줍니다. 이러한 흐름은 탄소 배출을 줄이고, 지속 가능한 에너지 체계를 구축하는 데 결정적인 역할을 할 것으로 기대됩니다.

• 결국 암모니아의 활용은 단순히 에너지 공급 방식을 혁신하는 것을 넘어서, 환대 가능한 미래 사회를 위한 기반을 마련하는 데 기여할 것입니다. 앞으로의 기술 발전과 기업들의 관심이 모아지는 만큼, 암모니아는 수소 경제의 중심에서 핵심적인 역할을 수행할 것입니다.

용어집

• 수소 경제 [개념]: 화석 연료 의존도를 줄이고, 수소를 주요 에너지원으로 활용하여 지속 가능한 에너지 체계를 구성하는 경제 시스템.

• 암모니아(NH3) [화합물]: 질소 원자 한 개와 수소 원자 세 개가 결합된 화합물로, 현재 수소 운반 및 저장의 중요한 매개체로 주목받고 있음.

• 크래킹(cracking) [기술]: 암모니아를 수소로 변환하는 기술로, 상대적으로 낮은 온도와 압력에서 가능하며 환경 친화적인 방법.

• 액화 수소 [개념]: 기체 상태의 수소를 극저온에서 액체로 변환한 형태로, 저장과 운송의 효율성이 낮아 여러 기술적 도전 과제가 있음.

• 암모니아 연료전지 [기술]: 암모니아를 연료로 사용하여 전기를 생산하는 시스템으로, 탄소 배출 없이 청정 에너지를 생성할 수 있음.

• 청정 암모니아 [화합물]: 탄소를 배출하지 않고 생산된 암모니아로, 향후 수소 경제에서 중요한 역할을 할 것으로 예상됨.

• 수소 밸류체인(가치사슬) [개념]: 수소의 생산, 저장, 유통, 소비의 모든 과정을 포괄하는 시스템으로, 수소 경제의 성공에 필수적임.

출처 문서

• 수소경제 핵심될 '암모니아'에 배팅하는 기업들 - 시https://www.sisajournal-e.com/news/articleView.html?idxno=298180
• 암모니아 연료전지 뜨나…SK이노, 아모지에 654억원 추가 투자https://m.ddaily.co.kr/page/view/2023032311324856362
• "삼성이 돈 냄새를 맡았다"...'암모니아'에 공들이는 기업들 왜 | 중앙일보https://www.joongang.co.kr/article/25138284