청정수소발전 시장이 열림에 따라 청정암모니아 관련 정책 마련과 제도개선이 시급한 것으로 보인다.
IEA는 지난 2021년 Net Zero(NZE) 시나리오와 지속 가능한 성장(SDS) 시나리오 등을 통해 2050년 세계 암모니아 수요가 비료용 원료, 화학소재, 반도체 가스 등 기존 수요를 포함해 약 2억2,500만 톤 이상으로 증가할 것으로 전망했다. 주로 발전 및 선박용 연료 수요 증가가 견인할 것이라는 설명이다.
국내는 청정수소발전 시장 도입, 산업용 수소 사용 확대 등으로 대규모 수소를 조달하기 위해선 해외에서 청정수소를 생산해 수입해야 하는 상황이다. 청정수소를 암모니아 형태로 들여오려는 기업들의 움직임이 활발하다.
에너지경제연구원의 보고서에 따르면 수소운반체로는 액화수소, LOHC, 암모니아, 메탄올, 합성메탄 등이 있는데, 전 세계적으로 현재까지 발표된 청정수소 생산수출 프로젝트의 생산량 기준 80% 정도는 수소운반체로 암모니아를 선택하고 있다. 이들 중 2030년까지 공급계약이 체결된 청정수소 200만 톤은 암모니아로 이송될 예정이다.
암모니아는 석탄 혼소 발전용으로 바로 쓸 수 있다. 또 암모니아 크래킹을 통해 수소를 생산할 수 있다. 국내에선 발전용으로 청정암모니아의 수요가 크게 늘어날 전망이다.
청정수소발전 입찰시장 첫 개설
산업부는 지난해 1월 ‘제10차 전력수급기본계획’을 통해 전원별 발전 비중 중 수소 및 암모니아 발전 비중을 2030년 2.1%, 2036년 7.1%로 설정했다. 수소 50% 혼소와 암모니아 20% 혼소 발전을 도입해 2030년 13.0TWh(수소 6.1TWh, 암모니아 6.9TWh), 2036년 47.4TWh(수소 26.5TWh, 암모니아 20.9TWh)의 수소암모니아 발전량을 달성한다는 계획이다.
이와 연계해 산업부가 지난해 6월 세계 최초로 도입한 수소발전 입찰시장은 수소 또는 수소화합물(암모니아 등)을 연료로 생산된 전기를 구매공급하는 제도로, 일반수소 발전시장과 청정수소 발전시장으로 구분된다. 사실상 일반수소는 연료전지 발전, 청정수소는 LNG-수소 및 석탄-암모니아 혼소 발전 중심이다. 올해 처음으로 청정수소발전 입찰시장을 개설한다. 2027년 발전량부터 3,000~3,500GWh 규모로 매년 신규 입찰을 진행한다.
지난 2021년 11월 발표된 ‘제1차 수소경제 이행 기본계획’에 제시된 H2 STAR 프로젝트(안)을 보면 국내 발전사와 기업들은 주로 석탄 혼소 발전용으로 청정(그린·블루) 암모니아를 도입할 예정이다.
해외에서 생산한 청정암모니아를 국내로 들여오기 위해선 관련 인프라 구축도 필요하다. 정부가 ‘제5차 수소경제위원회’를 통해 밝힌 암모니아 발전용 인프라 구축계획에 따르면 석탄발전소가 밀집된 서해, 동해, 남해 등 3개 지역을 거점화해 대규모 인수·저장설비를 구축한다. 수급 비상에 대비해 3개 거점에 암모니아 15일분(총 18만 톤) 비축기지도 건설한다. 액화수소 도입(2029년) 전에 암모니아 크래킹 설비를 우선 구축해 수소발전에 활용한다.
현재 한국석유공사가 국내 청정발전을 준비하는 발전사와 협력해 청정암모니아 인수기지 건설을 위한 타당성 조사와 기본설계를 진행 중이다. 석유공사에 따르면 2026년까지 연간 80만 톤 규모의 인수기지를 완공하고, 2030년까지 연간 400만 톤, 2036년까지 연간 1,000만 톤 규모로 확대할 계획이다. 2027년부터는 암모니아 크래킹 설비를 통해 LNG-수소 혼소 발전용 수소도 공급하게 된다.
구체적으로 보면 강릉과 동해, 삼척 석탄화력발전 인접 지역인 동해권에는 2030년까지 3만 톤급 탱크 8기와 6만 톤급 부두 1선석을 구축하고 배관망을 통해 인근 4개 발전소에 암모니아를 공급한다. 서해권에는 2030년까지 3만 톤급 탱크 10기, 6만 톤급 부두 2선석을 확보해 인근 석탄화력발전소에 암모니아를 공급한다. 동남권에서는 2035년까지 탱크 8기와 부두 3선석, 크래킹 설비를 건설해 인근 LNG 발전소와 산업단지에 수소를 공급할 계획이다.
암모니아 혼소 발전 정책 마련 시급
올해 청정수소발전 입찰을 진행하면 오는 2027년부터 수소·암모니아 발전이 개시된다. 선제적으로 관련 정책을 마련하고 제도개선에 나서야 한다는 지적이 제기된다.
김재경 에너지경제연구원 선임연구위원의 ‘탄소중립 달성을 위한 수소·암모니아 비축정책 방향 연구’ 보고서에 따르면 수출국의 자원 무기화 및 정치적 불안정, 기술적 문제·인적 실패 등으로 인한 사고, 수송로에서 이송 장애 발생, 재생에너지나 물 부족 등으로 해외생산 청정수소·암모니아의 수입에 차질이 생길 수 있다.
이 보고서는 안정적인 수급을 위해 내수판매·소비용으로 수소·암모니아를 수입하는 민간사업자에게도 일차적인 비축의무를 부과하고, 부차적으로 정부(대행 공공기관)가 민간사업자의 비축의무를 대행하거나 직접 비축의무를 부담하는 역할을 해줄 필요가 있다고 제안했다.
또 ‘국가자원안보 특별법’에 따른 자원안보 전담기관 중 하나로 ‘수소안보 전담기관’을 신설해 한국석유공사를 지정할 것을 제안했다. 현행 ‘제4차 석유비축계획’에 따라 2025년 이후 최소한 약 100만 배럴 규모의 프로판 저장 공동 비축시설 잉여분이 생길 가능성이 높고, 암모니아의 액화 온도가 33.4℃로, 42℃인 프로판과 유사해 프로판 저장탱크 일부 설비 개조를 통해 큰 비용을 들이지 않고도 암모니아 저장탱크로 전환이 가능하다는 설명이다.
이밖에 예산편성 등 실행력을 높이기 위해 국가자원안보 특별법 하위법령에 수소·암모니아 비축계획 수립 조항을 명시할 것을 주문했다.
에너지경제연구원 안지영 부연구위원과 이태의 연구위원이 공동으로 펴낸 ‘청정암모니아 전주기 밸류체인 체계구축 연구’ 보고서에는 석탄-암모니아 혼소 발전의 경제성 확보를 위한 정책 제언이 나와 주목된다.
이 보고서는 미국, 사우디아라비아, 호주에서 청정암모니아를 생산해 국내로 도입하는 시나리오를 설정하고, 시나리오별 도입단가를 분석했다. 미국 블루 암모니아의 도입단가는 300~500달러/tNH3 범위 내에 있고, 미국 인플레이션감축법(IRA)에 따른 생산세액공제를 반영할 경우 더 낮아질 것으로 예상된다.
사우디아라비아 블루 암모니아는 300~400달러/tNH3 범위로 경제성이 가장 좋은 것으로 추정된다. 호주 그린 암모니아의 도입단가는 700~800달러/tNH3 범위로 도입 시나리오 중 가장 낮은 경제성을 보였다.
또 청정암모니아는 높은 도입단가로 인해 석탄보다 열량 단가가 매우 높을 것으로 예상했다. 2030년 청정암모니아 도입가를 열량 단가(원/Gcal)로 환산한 결과 6만8,492원에서 14만1,020원 수준으로 석탄 열량 단가보다 3배 높게 나타났다. 기존 석탄발전기와 혼소 석탄발전기가 일반전력시장 내에서 경쟁하는 경우 혼소 석탄발전기가 경제급전의 우선순위에서 밀릴 가능성이 높은 이유다. 석탄발전소가 자발적으로 혼소 발전에 참여할 유인이 부족하고, 혼소 발전기의 혼소율 확대와 전소 발전기의 참여 유인을 저해할 가능성이 있다는 설명이다.
보고서는 청정암모니아 혼소 발전을 유도하려면 청정수소 인증제와 연계된 가격 보조 제도를 통해 연료 시장 안정성과 발전부문의 가격경쟁력을 강화하고, 청정수소발전 입찰시장을 통한 별도의 시장을 도입해 청정수소 발전량에 대한 발전단가(고정비·연료비)로 경쟁할 수 있도록 입찰시장을 설계할 필요가 있다고 제언했다.
일본은 현재 가격 보조 제도 도입을 논의 중이다. 지난 4월 29일 Hydrogen Insight의 보도에 따르면 일본 정부는 화석연료와 수소·암모니아의 비용 차이를 줄이기 위해 청정수소 차액결제계약 보조금으로 약 3조 엔(192억 달러)을 지원할 예정이다.
수소·암모니아 공급 비용을 회수할 수 있는 기준가격을 설정하고 기존 화석연료의 시장가격과의 차액만큼 보조금을 지급하는 방식이다. 수소는 그레이 수소, 암모니아는 석탄 또는 천연가스를 기준가격으로 설정할 것으로 보인다. 이에 따라 석탄·천연가스 혼소 발전에 청정 암모니아를 사용하는 것이 그레이 암모니아로 대체하는 것보다 보조금 혜택이 더 클 것으로 예상된다.
일본 정부는 일부 시범 프로젝트를 지원하기 위해 빠르면 올해 여름에 국회에서 청정수소 차액결제계약 보조금 법안이 승인될 것으로 예상하고 있다.
‘청정암모니아 전주기 밸류체인 체계구축 연구’ 보고서는 청정암모니아 생산 여건이 양호한 잠재협력국을 발굴하고 협력을 강화하기 위한 사전 타당성 조사 비용 지원방안을 마련할 것도 주문했다.
국내 관련 업계 일각에서는 올해 청정수소 발전시장 입찰에 참여할 사업자가 거의 없을 것이라는 비관론이 나오고 있다. 사업자에게 발전기의 이용률을 보장하지 않아 입찰에서 낙찰되더라도 경제급전 순위에서 밀리거나 재생에너지 발전이 늘어나면 출력제약을 받을 수도 있어 손실이 난다는 이유에서다.
또 청정암모니아 도입에 어려움이 따를 것이라고 하소연한다. 암모니아 공급사는 일정 수준 이상의 암모니아 물량을 확보해야 프로젝트 파이낸싱(PF) 대출을 일으키기 쉬운데, 물량을 충족하지 못하면 프로젝트가 청산 절차를 밟을 수 있기 때문이다.
‘청정암모니아 전주기 밸류체인 체계구축 연구’ 보고서는 발전사의 투자비 회수와 안정적인 사업 운영을 위해 이용률 확대는 필요하지만 지역별 전력수급과 송배전 여건, 기존 화석연료(석탄)의 잔존 탄소배출량의 증감을 함께 고려해야 한다고 밝혔다.
현행법상 암모니아는 화학물질 중 유해성 물질 및 독성가스로 분류되어 관리되고 있고, 신재생에너지 혹은 연료로서 법적 지위가 없다.
보고서는 먼저 청정암모니아를 신에너지에 포함하도록 신재생에너지법 개정이 필요하다고 제안했다. 전기사업법을 개정해 청정암모니아를 발전용 연료로 사용할 수 있도록 허가 및 관련 규정을 추가하는 한편 석탄발전이나 가스발전에 청정암모니아 혼소 발전을 포함하도록 전기사업법 및 동법 시행규칙을 개정해야 한다고 주문했다.
한편 정부는 암모니아 혼소 발전에 대비해 ‘수소 안전관리 로드맵 2.0’을 통해 발전용 대용량 암모니아 배관 안전기준 마련, 암모니아 대용량 저장탱크 이격거리 합리화 등을 추진 중이다.