암모니아로 수소를 생산하는 공장이 본격적으로 가동된다.
원익머트리얼즈는 충북 충주에 있는 충주메가폴리스 산업단지에 ‘암모니아 기반 수소 생산‧활용 실증사업장’을 24일 준공했다.
이 사업장은 충북 그린수소산업 규제자유특구에서 추진되는 사업 중 하나인 ‘암모니아 기반 수소 생산‧활용 실증 사업’과 관련이 있다. 해당 특구는 지난 2021년 7월에 열린 5차 규제자유특구위원회에서 지정됐다.
암모니아는 1개의 질소원자와 3개의 수소원자가 결합된 알칼리성 화합물이다. 수소가 결합됐기 때문에 상온에서 30%, 0℃에서 최대 45%까지 물에 녹는 성질이 있다.
또 상온에서 10기압 정도면 쉽게 액화되고 잘 증발하지 않으며 액체암모니아의 부피가 기체수소 대비 1,400분의 1에 불과해 수소를 액체수소보다 1.5배 더 많이 오랫동안 저장할 수 있다.
여기에 600℃ 이상 고온에서 암모니아를 분해해 수소를 생산하는 기술인 암모니아 크래킹(Cracking·분해)의 난이도가 높지 않다. 무엇보다 탄소가 없어 연소과정에서 이산화탄소가 발생하지 않고 질소만 배출한다.
이러한 성질 때문에 암모니아는 단순히 수소운반체뿐만 아니라 탄소중립 달성에 필요한 청정에너지원으로 주목받고 있다.
이런 이유로 많은 기업이 암모니아 기반 수소생산 기술 개발에 뛰어들었다.
원익머트리얼즈와 KIST가 국내 최초로 1kW급 암모니아-수소추출시스템을 개발한 데 이어 현대차와 KIST가 5kW급 암모니아-수소추출시스템을 개발해 실증을 마쳤다. CES, 현대차, KIST, 젠스엔지니어링 등이 공동으로 20N㎥-H2급 암모니아 수소추출시스템을 개발 중이다.
정부 또한 고순도 수소 분리, 무탄소 및 낮은 질소산화물 발생 연소기술을 2025년까지 확보해 2026년 이후 유통·활용에 적용할 계획이다. 이를 위해 충북을 ‘그린수소 규제자유특구’로 지정하고 암모니아에서 수소를 추출하고 사용하는 실증을 허용했다.
안전·기술 기준 마련 시급
문제는 암모니아용 수소추출기의 안전기준과 상세 기술기준이 없어 관련 수소용품 인허가나 제조, 판매가 불가하다는 것이다. 이를 해소하기 위해 ‘암모니아 기반 수소 생산‧활용 실증사업’이 추진됐다.
이 사업은 상용급 암모니아 기반 수소생산시설을 구축해 안전 및 검증기준안, 수소품질기준 및 관리체계, 인증제 및 인센티브 기준안을 마련하는 것을 목표로 한다.
이 사업엔 한화, 원익머트리얼즈, 디앨, 충북테크노파크 등 5개 업체가 참여하고 있다.
한화는 1992년부터 암모니아를 활용해 화약의 원료인 질산을 생산하면서 암모니아 취급 역량을, 원익머트리얼즈는 핵심 촉매기술 등 암모니아 분해 시스템 설계에 대한 특허를 다수 확보했다. 양사는 2021년 10월 암모니아에서 청정수소를 추출하는 기술을 공동개발하기로 하고 업무협약을 맺기도 했다.
이들은 이번에 준공된 사업장에서 암모니아로 99.997% 이상의 순도를 지닌 수소를 하루 500kg 생산할 계획이다. 생산된 수소는 반도체 공장이나 수소충전소에 공급된다.
이번 실증과제 수행을 통해 암모니아용 수소추출기의 안전기준과 기술기준을 마련하게 된다. 또 실증이 끝난 후에는 공장의 생산능력을 하루 2,000kg으로 확대해 상용화에 나설 계획이다.