그래픽_뉴스워커 AG1팀
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수소의 대량 운송 방식으로 암모니아 VS 액화수소 대립


최근 수소 경제 확립을 위해 수소의 대량 생산과 운송 기술 개발 속도가 빨라지고 있는데, 수소의 대량 운송 관련하여 암모니아 방식과 액화수소 방식 사이에서 기술적 대립이 일어나고 있다.

암모니아 방식은 생산된 수소(H2)’질소(N2)’와 결합시켜 암모니아(NH3)’ 형태로 수송하는 방식을 의미하는데 반해, ‘액화수소 방식은 생산된 수소를 냉각하여 액체화시킨 후 이를 수송하는 방식을 의미한다.

암모니아 방식과 액화수소 방식은 각각 가지고 있는 장단점이 분명하여 아직 어느 특정한 방식이 지배적인 위치를 가진 것은 아니란 평가다.

이와 같은 배경에서 업계에서는 상당기간 동안 암모니아 방식과 액화수소 방식이 공존할 것으로 전망하는 의견이 제시되고 있으며, 각 방식의 장점이 뚜렷하므로 두 방식의 공존 기간은 짧지 않을 수 있다는 전망까지 나오고 있다.


기존 인프라 이용할 수 있고 상대적으로 기술적 난이도가 낮은 암모니아 방식


암모니아는 대기압 기준 33에서 액화되므로 -253에서 액화되는 수소와 비교하여 상대적으로 높은 온도에서도 암모니아의 액화가 가능하기 때문에, 암모니아의 액화비용이 비교적 저렴하다는 평가다.

게다가 암모니아는 액화수소와 비교하여 단위 부피당 1.5~2배 정도의 수소 저장능력을 가지고 있을 정도로 대량 수송에 강점을 가진다.

이에 더해 현대 산업사회에서 암모니아는 화학비료와 질산의 주원료 등으로 사용되고 있기 때문에 이미 암모니아 생산이나 운송관련 산업 인프라가 상당히 갖추어져 있다는 장점도 있다.

이와 같은 배경에서 암모니아에 기반한 수소 운송 기술을 채택할 경우 상대적으로 적은 액화비용과 이미 구축된 산업 인프라를 활용할 수 있으므로 높은 경제성을 확보할 수 있을 것이란 의견이 제시된다.

하지만 암모니아 방식의 수소 운송도 장점만 존재하는 것은 아니다.

먼저 암모니아는 접촉한 피부나 신체 조직을 부식시키거나 염증을 유발하며 심각한 경우 접촉한 사람을 사망에 이르게 할 정도로 독성을 가진 물질이다.

따라서 많은 인구가 밀집된 지역에서 운송 중 사고 등으로 인해 대량의 암모니아가 유출될 경우 치명적인 대규모 인명피해를 유발할 수 있다.

게다가 수소 경제에서는 최종적인 에너지원으로 암모니아를 사용하는 것이 아니라 수소를 사용하므로, 암모니아를 운송한 후 추가적인 수소 분리 공정을 통해 수소를 추출해야 한다는 단점이 있다.

그러나 한국에서는 암모니아의 단점을 극복하려는 연구 또한 계속 진행되고 있다.

지난 125한국화학연구원채호정연구팀이 루테늄(Ru) 나노 입자를 활용하여 기존 촉매 공정보다 100낮은 온도에서 약 40%의 수소를 더 생산할 수 있는 신형 촉매를 개발했다고 발표했다.

기존에 암모니아에서 수소를 추출하기 위해서는 550로 온도를 올려줘야 했는데, 신형 촉매의 경우 450의 온도에서도 기존 촉매보다 40% 정도 향상된 수소를 생산할 수 있으므로 수소 추출 관련 경제성을 더욱 개선할 수 있을 것으로 전망된다.


기체 수소 대비 우수한 대량 운송 효율과 높은 에너지 밀도 가진 액화수소 방식


액화수소는 기체 수소와 비교하여 부피가 1/800 수준으로 매우 작아 보관 안전성이 높으며 운송효율도 7배 이상 높고, 암모니아와 달리 수소를 재차 추출할 필요 없이 즉시 수소 연료전지의 에너지원으로 사용이 가능하다.

게다가 에너지 밀도 면에서 같은 급의 드론으로 비교할 때 리튬이온 배터리 드론이 30분 이상 비행이 어렵고 기체 수소 드론 또한 2~3시간 비행이 가능한 반면, 액화수소 드론의 경우 최대 12시간 정도의 비행이 가능한 점에서 업계의 주목을 받고 있다.

이와 같은 장점은 승용차나 드론 등 소형 수소연료전지 기반 운송수단 보다는 트럭, 열차, 선박 등 대형의 수소연료전지 기반 운송수단에서 더욱 빛을 발할 것으로 전망된다.

하지만 액화수소 방식 또한 장점만 가진 운송 방식은 분명히 아니라는 평가다.

수소를 액화시키기 위해서는 253까지 낮추어야 하므로 상대적으로 비용이나 기술적 장벽이 높으며, 저장 시에도 극저온 상태를 유지하지 않으면 상당량의 수소가 기체화하여 증발해버리는 단점이 있다.

한국은 이와 같은 액화수소 방식의 단점을 극복하기 위해 관련 연구를 진행하고 있다.

지난 1013한국전기연구원은 액화수소 보관용기 안에서 기화되는 수소를 자동적으로 다시 액화시키는 액화수소 제로보일오프(Zero Boil-off)’ 기술을 개발했다고 발표했다.

한국전기연구원은 새로 개발된 기술을 활용하여 약 40L의 액화수소를 손실 없이 2개월 이상 보관하는 것에 성공했다고 밝혔다.

해당 기술이 상용화될 경우 대규모 수소 저장 장소에서 폭발 위험을 크게 줄이는 동시에 수소 저장 부피를 축소하여 수소 저장에 필요한 부지 비용을 크게 감소시킬 수 있을 것으로 전망된다.

업계에서는 암모니아 방식이건 액화수소 방식이건 수소 경제 도래에 필요한 수준에 도달하기 위해서는 추가적인 연구와 기술 개발이 필요할 것으로 평가하고 있다.

이러한 배경에서 한국은 수소 경제를 선점하기 위해 필요한 연구와 기술 개발에 좀 더 적극적으로 지원할 필요가 있다는 조언이 나온다.

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