[가스신문 = 양인범 기자] “암모니아 분해 기술은 한국의 수소 인프라 구축에서 핵심적인 기술이 될 것입니다.”

2007년부터 한국에너지기술연구원 수소연구단에서 일하고 있는 정운호 책임연구원은 최근 수소 생산 기술 개발에 대해 주로 연구하고 있다. 초기에 천연가스 개질을 통한 수소 생산을 연구하고, 건물용연료전지에 사용되는 개질기를 연구했는데, 최근 암모니아를 이용한 무탄소 수소생산 기술을 개발했다.

“2018년부터 수소캐리어인 암모니아로부터 수소를 생산하는 연구를 수행 중입니다. 주로 암모니아 분해 반응기와 공정 설계를 담당하고 있습니다.”

그는 국내에서 늘어나는 청정수소 수요를 만족하기 위해서는 반드시 암모니아 분해를 통한 수소 추출 기술이 중요하다고 설명했다.

“암모니아는 그 자체로 연소 가능한 에너지원이지만 NH₃라는 화학식처럼 수소를 포함합니다. 암모니아를 분해할 경우 질소와 수소 비율이 약 3대 1정도가 되고 수천 ppm 수준의 미반응 암모니아가 남습니다. 이 암모니아 분해 가스에서 고순도 수소를 추출하면 질소와 미량 암모니아, 잔류 수소가 오프가스 라인으로 빠져 나옵니다.”

오프가스에는 연소 가능한 수소와 암모니아가 남아있어 순환시켜 암모니아 분해에 다시 연료로 쓸 수 있다. 다만, 열량이 부족하기에 기존에는 천연가스, LPG 등을 추가로 공급해 탄소 배출이 일어났다.

“이번에 개발한 장치는 암모니아 혼소를 위해 버너와 연소실 구조를 최적화해 NOx 배출을 크게 억제하는데 성공한 것입니다. 이를 통해 천연가스, LPG가 필요하지 않습니다. 또한, 공정을 새롭게 만들어 더 추가적인 설비가 필요없다는 장점도 있습니다.”

에너지기술연구원에서 개발한 암모니아 분해 반응기는 선박에도 적용이 가능한 규모로 암모니아를 현장에서 분해해 수소연료전지에 사용할 수 있다. 정 박사는 암모니아 추출 수소를 연료전지 실증에 적용하는 것도 성공해, 현재 스케일-업 연구도 진행 중이라고 밝혔다.

“두산퓨얼셀파워의 1kW 용량 PEMFC 연료전지로 실증에 성공했으며, 10kW급까지 실증을 계획했습니다. 향후 더 큰 용량 확장을 하면, 발전용 연료전지에도 적용 가능합니다. 또 연료전지 제조사들과 암모니아 기반 연료전지 시스템 개발 논의를 시작하고 있습니다.”

수소캐리어로써 암모니아의 중요성은 점차 커져가고 있다. 정운호 박사는 수소를 수입해야 하는 한국의 상황에서 국가 차원 정책 점검이 필요하다고 언급했다.

“암모니아는 상압에서 –33℃ 수준에서 액화가 가능하며, 약간의 고압 용기를 이용하면 훨씬 높은 온도에서도 액체 보관이 됩니다. 한국은 재생에너지 발전을 대량으로 수행하기 어려운 환경이라 향후 미국, 호주, 사우디 등 그린수소 생산국에서 수입을 해야 하는데, 결국 암모니아로 운반해야 합니다. 이를 원활하게 진행하기 위해서는 암모니아 대용량 저장인프라 구축과 안정적 수급을 위한 시스템 구축이 절실합니다.”

암모니아를 기반으로 한 연료전지 구동 기술은 세계적으로 개발되고 있다. 그는 앞으로 암모니아 분해기술의 고도화 연구를 준비하고 있다.

“최근 해외에서 선박 또는 트럭에 사용할 수 있는 암모니아 기반 연료전지 개발이 진행 중입니다. 저희도 이에 뒤치지 않도록 분해기술 개발에 힘을 쏟을 것입니다. 암모니아가 독성가스로 분류되어 아직 위험하단 인식이 있기에, 안전한 사용을 위한 법규 정비와 안전기준도 마련되기 바랍니다.”