[월간수소경제 이종수 기자] 제1차 수소경제 이행 기본계획’에 따르면 발전 분야와 철강·화학 등 산업계의 수소 활용이 확대되면 국내 전체 수소 수요량은 2020년 22만 톤에서 2030년 390만 톤, 2050년 2,790만 톤으로 확대될 전망이다. 이 중 청정수소의 비중을 2030년에는 50%, 2050년에는 100%로 늘릴 계획이다. 국내 수소생산 여건을 고려하면 부족한 양을 메우기 위해 해외 청정수소 도입이 필요하다.

질소와 수소로만 구성된 암모니아는 발전설비 내 연소 반응에서 온실가스인 이산화탄소를 발생시키지 않는 대표적인 친환경 연료인 동시에 해외에서 생산된 청정수소를 효율적으로 운반할 수 있는 케리어 역할로도 손색이 없다는 평가를 받고 있다.

국내에서 이산화탄소를 다량 배출하는 석탄발전소의 좌초자산화를 방지하고 이산화탄소를 감축할 수 있는 방안으로 암모니아 혼소 발전이 대두됨에 따라 발전공기업들과 민간기업들이 해외에서 생산된 청정(블루・그린) 암모니아를 도입하기 위해 분주히 움직이고 있다. 특히 발전 분야는 앞으로 수소발전 입찰시장(청정수소발전의무화제도)이 도입되고, 청정수소 인증제도를 통해 청정수소 활용에 대한 인센티브를 제공하기에 청정암모니아 도입을 서두르고 있다.

빠르면 2025년부터 국내 석탄발전소에서 암모니아 혼소 발전이 이루어질 것으로 전망된다.

석탄・암모니아 발전 도입 본격화
수소·암모니아 발전은 무탄소 연료인 수소(H₂)와 암모니아(NH₃)를 기존 석탄 발전기와 LNG 발전기에 안정적으로 연소해 전력을 생산하는 새로운 발전기술로, 발전설비・송배전선로 등 기존 전력 인프라를 활용하면서 온실가스를 감축시켜 탄소중립을 달성할 수 있는 방안이다.

암모니아는 석탄 대체, 수소는 LNG 대체와 비례해 온실가스 발생량이 저감된다.

정부가 2021년 기준 발전비중 63.5%로, 발전 부문 온실가스 배출의 90% 이상을 차지하는 석탄・LNG 발전의 온실가스 감축을 위해 수소・암모니아 발전을 도입키로 한 배경이다. 암모니아 발전이 우선 도입된다.

정부는 지난 2020년 10월에 발표한 ‘2030년 국가온실가스감축목표(NDC) 상향안’에 2030년 암모니아 발전을 총발전량의 3.6%(22.1TWh)로 반영했다. 이를 위해 암모니아 약 1,100만톤 도입이 필요할 것으로 전망하고 있다. ‘2050 탄소중립 시나리오’에도 무탄소(수소·암모니아) 가스터빈 발전이 2050년 총 발전량의 13.8~21.5%로 반영되었다.

 

이에 따라 정부는 지난 2021년 11월 발표한 ‘제1차 수소경제 이행 기본계획’을 통해 수소・암모니아 발전 확대 계획을 제시했다.

 

기술개발과 실증, 관련 인프라 구축 등을 통해 2030년까지 석탄발전소에 암모니아 20% 혼소 후 혼소비율을 단계적으로 상향해 2050년 이전까지는 암모니아 전소를 추진하고, LNG 터빈에 수소 50% 혼소 후 혼소비율을 확대한다는 계획이다.

 

특히 올해 12월 중으로 발표될 예정인 ‘제10차 전력수급기본계획’에 처음으로 무탄소(수소・암모니아) 발전(2030년 2.1%)이 반영되어 주목된다.

 

산업부는 지난 2021년 11월 한전, 발전공기업과 함께 ‘수소·암모니아 발전 실증추진단’을 발족하고, 민간기업과 함께 2024년까지 ‘가스터빈 수소 혼소 한계평가 및 연소 최적화 기술개발‘, Carbon-Free 친환경 암모니아 발전 기술개발’ R&D를 완료할 예정이다.

 

 

수소·암모니아 발전 실증 추진단은 2027년까지 20% 혼소 실증을 완료하고, 2030년에는 전체 석탄발전(43기)의 절반 이상(24기)에 20% 혼소 발전을 적용해 상용화할 계획이다.

 

지난 2021년 7월에는 그린 암모니아 전주기 기술개발 협력을 위한 민관 합동 ‘그린 암모니아 협의체’도 출범했다.

 

정부는 지난 11월 9일 새 정부 출범 후 처음으로 개최한 ‘수소경제위원회(제5차)’를 통해서도 LNG·석탄발전소의 무탄소(수소·암모니아) 발전을 통해 대규모 수소 수요를 창출하겠다고 강조했다.

 

이번 제5차 수경위에서는 ‘제1차 수소경제 이행 기본계획’에서 나온 수소・암모니아 발전용 인프라 구축계획이 구체적으로 제시되어 주목된다.

 

발전기 밀집 지역에 암모니아・액화수소 인수기지, 수소항만을 구축한다는 게 기본 방향이다.

 

먼저 석탄발전기가 밀집된 서해・동해・남해 3개 지역을 암모니아 인수 거점으로 하고, 대규모 인수·저장설비(2027년 약 110만 톤, 2030년 약 400만 톤 규모)를 구축할 예정이다. 수급 비상에 대비해 3개 거점에 암모니아 15일분 비축기지를 건설한다. 거점별 6만톤 비축이 예상되어 3개 거점에 총 18만톤을 비축하게 된다.

 

또 액화수소 도입(2029년) 전 암모니아 크래킹 설비(암모니아 → 수소 전환)를 우선 구축해 수소발전에 활용될 연료를 조달할 계획이다.

 

한국가스공사는 약 10만 톤(2029년) 규모의 액화수소 인수·저장설비를 구축해 LNG 발전 밀집 지역인 수도권에 수소를 공급할 계획이다.

 

또 항만특성과 수소기술 성숙도를 고려한 수소항만 구축전략을 수립하고 인센티브(항만 사용료 감면, 관련 입주기업 지원) 등을 지원할 계획이다.

 

조선 3사-석유공사 또는 해운사는 내년부터 2026년까지 암모니아를 연료로 사용하는 친환경 암모니아 추진・운반선(6만 톤급) 건조를 추진할 계획이다.

 

조선 3사와 한국가스공사는 2024년부터 2029년까지 액화수소 해상운송을 위한 극저온 화물창 개발 및 액화수소 운반선 3척(3,000톤/척) 건조 후 스케일업을 추진할 계획이다.

 

해외 청정수소 생산을 본격화하기 위해 민관 공동투자를 통한 해외 현지 청정수소 생산시설 구축 시범사업을 내년부터 2026년까지 추진할 예정이다.

 

RPS 제도에서 수소발전을 분리한 수소발전 입찰시장(CHPS, 청정수소발전의무화제도)이 개설된다. 2023년은 RPS제도와 수소발전 입찰시장을 병행하고, 2024년부터 완전 분리한다는 계획이다. 수소발전 공급자는 연료전지, 수소터빈, 석탄-암모니아(혼소), 수소엔진 등을 운영하는 사업자로 정의되어 발전공기업과 민간발전사들이 수소발전 입찰시장에 참여할 수 있게 된다.

 

기업들, 청정암모니아 도입 움직임 활발
지난 2020년 10월 7일 인천에서 열린 ‘수소경제 성과 및 수소 선도국가 비전’ 보고회에서 ‘청정수소 밸류체인 5개 프로젝트(‘H2 STAR’ 프로젝트)’가 소개된 바 있다. 이 프로젝트는 청정수소 개발부터 운송·저장, 활용에 이르기까지 밸류체인별 관련 민간기업들과 발전 공기업들이 연합해 청정수소를 도입하는 사업으로, 대부분 수소를 암모니아 형태로 도입할 계획이다.

 

롯데그룹 화학군(롯데케미칼, 롯데정밀화학)은 지난 11월 9일 한국석유공사, 남동발전, 서부발전, 포스코, SK가스, 삼성엔지니어링과 MOU를 맺고, 서해권역 청정 암모니아 공급망 구축 사업 추진에 나섰다.

 

청정 암모니아를 중동, 말레이시아 등에서 생산해 서해권역 인수 인프라를 통해 인근 암모니아 혼소 발전소로 공급하고, 크래킹을 통해 수소를 생산해 인근 수소 혼소 발전소로도 공급할 계획이다.

 

이미 롯데케미칼은 삼성엔지니어링, 포스코와 함께 말레이시아 사라왁 주의 수소 부문을 관장하는 SEDC에너지와 손잡고 사라왁에서 청정 수소·암모니아를 생산하는 ‘H2biscus 프로젝트’를 진행하고 있다. 올해 안으로 프로젝트 타당성 조사를 마무리하고, 2027년 말 상업생산을 목표로 하고 있다.

 

사라왁 프로젝트를 통해 생산하게 될 청정수소는 총 20만 톤 규모로, 말레이시아 현지에서 사용할 그린수소 7,000톤을 제외하고 전량 암모니아 형태로 국내로 들여올 예정이다.

 

특히 롯데정밀화학은 지난 10월 26일 사우디 아람코(Aramco)의 자회사인 사빅(Sabic), 마덴(Ma’aden)사와 각 2만5,000톤의 청정 암모니아(블루) 수입 계약을 체결하고, 총 5만 톤의 청정 암모니아를 연내 한국으로 수입할 예정이다.

 

롯데정밀화학의 암모니아 터미널(울산)로 수입된 암모니아는 합성섬유, 플라스틱, 반도체 제조 공정 등 다양한 산업에 사용될 예정이다. 빠르면 2025년부터 국내 석탄발전소에도 혼소 발전용으로도 공급할 계획이다.

 

롯데 화학군은 지난해 8월 세계 1위 암모니아 유통사인 미국 Trammo사와 국내 최초로 그린 암모니아 30만 톤 공급 협약을 체결한 바 있다. 수소·암모니아의 적기 유통을 위해 이토추・스미토모・미쓰비시 등 일본 상사들과도 협력 네트워크를 확대하고 있다.

 

국내 최대 수소 제조기업 어프로티움(구 덕양)은 지난 10월 미국 에너지 기업 톨그라스(Tallgrass)사로부터 오는 2027년부터 매년 80만 톤의 청정 암모니아를 국내로 도입하는 내용의 업무 협약을 체결했다.

 

 

어프로티움은 수입한 청정 암모니아를 국내 석탄발전소의 혼소 발전용으로 공급할 계획이다. 암모니아를 크래킹(Cracking: 열과 촉매제를 활용해 수소와 질소 분리)하여 분리된 수소를 LNG발전소에도 공급할 계획이다.

 

두산에너빌리티와 E1은 지난 10월 24일 청정수소·암모니아 사업 협력을 위한 업무협약(MOU)을 체결하고 사업 추진에 나섰다.

 

두산에너빌리티는 수소·천연가스 터빈, 수전해, 암모니아에서 수소를 추출하는 크래킹 등 사업 추진에 필요한 핵심 기술을 제공하고, EPC 수행 능력을 바탕으로 최적의 인프라 구축과 운영 지원 방안 등을 마련할 예정이다.

 

E1은 LPG 저장·운송·공급 인프라 및 유통 사업 역량을 바탕으로 수소 수요 발굴, 청정수소·암모니아 유통 방안 모색 등 최적의 공급망 구축을 위해 협력할 예정이다.

고려아연은 지난 9월 21일 호주 자회사 아크에너지, 한화임팩트, SK가스와 함께 호주에서 연간 100만 톤이 넘는 그린암모니아를 생산해 한국으로 수출할 수 있는 공급망을 2032년까지 구축하는 내용의 양해각서(MOU)를 체결했다.

아크에너지는 호주 퀸즐랜드 재생에너지구역(QREZ) 내에 3GW의 최대 발전 용량을 갖춘 19만㎡규모의 그린 수소·암모니아 생산시설 건설을 계획하고 있다.

 

LG화학은 지난 9월 5일 남해화학, 두산에너빌리티, 삼성물산과 함께 암모니아 기반 청정수소 생산·활용을 위한 업무협약(MOU)을 체결하고, 사업 방향을 구체화할 예정이다. 우선 LG화학은 청정수소를 전남 여수공장으로 도입해 나프타(Naphtha)를 고온에서 분해해 에틸렌 등의 기초유분을 생산하는 NCC(나프타크래킹센터) 공장의 연료로 활용할 계획이다. 

포스코홀딩스는 지난 9월 1일 인도의 재생에너지 전문기업인 그린코와 ‘그린 수소·암모니아 사업협력을 위한 양해각서’를 체결하고, 인도 현지에서 재생에너지와 양수 발전을 기반으로 그린 수소·암모니아 생산 사업을 추진할 예정이다.

 

 

이를 위해 적절한 사업부지를 연내 발굴해 그린수소 프로젝트의 타당성 검토에 착수하기로 했다.

 

포스코는 지난 2020년 12월과 2021년 3월 호주에서 생산한 그린수소를 암모니아로 전환 후 국내로 들여오는 수소 사업계획을 발표한 바 있다.

 

SK E&S는 지난 8월 18일 SK 플러그 하이버스, 한국남동발전과 ‘국내외 그린 수소·암모니아 생산・도입을 위한 양해각서(MOU)’를 체결하고, 사업을 추진하고 있다. 

남동발전은 생산된 그린 수소 및 암모니아를 국내에서 운영 중인 석탄 및 가스 발전설비의 혼소 연료로 구매해 사용할 계획이다. SK E&S는 SK 플러그 하이버스를 통해 그린 수소 생산을 위한 수전해 설비를 공급할 예정이다.

한국서부발전은 지난 6월 30일 한양, GS에너지와 ‘여수 묘도 청정수소 생산・활용을 위한 업무협약’을 맺고, 사업을 추진 중이다.

 

전라남도, 여수시 등 지방자치단체와 GS칼텍스, 롯데케미칼, LG화학 등 여수국가산업단지 입주기업, 동북아 LNG 허브 터미널 사업을 추진 중인 한양 등은 여수산단에 있는 작은 섬인 묘도 일대에 청정에너지 생산·유통·활용 거점을 구축하는 ‘여수 묘도 에코 에너지 허브’ 프로젝트를 추진하고 있다.

 

묘도 프로젝트의 사업 주체인 서부발전과 한양, GS에너지는 이번 업무협약을 통해 여수 묘도 항만 재개발 사업부지를 이용해 청정수소와 암모니아 인프라를 조성할 계획이다.

한국전력, 삼성물산, 서부발전은 지난 5월 31일 UAE 개발사인 페트롤린케미와 업무협약을 맺고. 아랍에미리트(UAE) 아부다비 키자드 산업단지에 연간 20만 톤 규모의 그린암모니아 생산 플랜트 건설을 추진하고 있다.

또 한국전력은 지난 4월 28일과 29일 포스코그룹, 롯데케미칼과 ‘수소·암모니아 사업협력 파트너십 구축 MOU’를 체결하고, 수소·암모니아 전 주기 핵심기술 개발 및 사업화, 국내외 수소·암모니아 공급망 확보를 위한 사업개발(투자)와 국내 도입을 추진할 계획이다.

한국남부발전은 지난 2021년 10월 7일 삼성물산, 남해화학과 해외 청정수소 도입·활용사업을 위한 실무 착수회의를 열고 ‘사업개발위원회’를 발족하고, 사업을 추진 중이다. 남부발전은 지난 11월 14일 SK에코플랜트와도 업무협약을 체결하고, 혼소 발전용 그린수소·암모니아의 안정적인 확보를 위해 국내외 생산 인프라 구축 및 국내 도입을 위해 협력할 예정이다.

한국중부발전은 지난 9월 23일 삼성물산 상사부문과 업무협약을 체결하고, 호주를 중심으로 한 해외 청정수소·암모니아 사업 공동개발을 추진할 계획이다. 양사는 해외 청정 수소·암모니아 사업 공동개발 및 투자, 국내 도입・활용을 위한 공동 조달계획 검토 등 경쟁력 있는 청정 수소·암모니아의 적기 도입을 위한 최적 솔루션 도출에 협력하기로 했다.

 

한화 글로벌부문은 지난 3월 18일 한국석유공사, 원익머트리얼즈와 ‘친환경 수소·암모니아 밸류체인 구축’을 위한 업무협약을 맺고, 암모니아의 도입・저장 인프라 구축, 암모니아 분해를 통한 수소 생산과 공급 등의 사업을 추진하고 있다.

 

 

삼성엔지니어링은 지난 1월 26일 한국석유공사와 ‘저탄소 수소·암모니아 사업 협력’에 대한 업무협약(MOU)을 체결했다.

 

한국석유공사는 국내외 석유자원 개발·운영 경험과 노하우를 활용해 수소·암모니아 사업 개발에 나선다. 삼성엔지니어링은 청정수소·암모니아의 생산-운송-활용-터미널 구축 등 전 주기 밸류체인에 대한 타당성 평가를 수행할 예정이다.

 

에쓰오일은 지난 1월 18일 사우디 아람코와 MOU를 체결하고, 경쟁력 있는 블루수소와 블루암모니아를 국내에 들여와 저장・공급하고 이를 활용하기 위한 인프라 구축,관련 연구개발 등에 협력하기로 했다.

 

GS에너지는 지난해 11월 아부다비국영석유회사(ADNOC)의 블루 암모니아 개발사업 지분 10%를 확보하며 공동사업자로 선정됐다.

 

이번 프로젝트는 UAE 아부다비에 대규모 블루 암모니아 생산 플랜트를 개발하는 사업으로, 2025년 상업 가동을 목표로 연간 100만 톤의 블루 암모니아를 생산할 계획이다.

 

 

GS에너지는 이번 프로젝트 참여로 연간 20만 톤의 블루 암모니아 생산량을 확보해 국내에 도입할 예정이다. 도입한 블루 암모니아를 GS그룹 계열 발전소의 혼소 발전에 사용하거나 암모니아 크래킹 공정으로 수소를 확보해 수소전기차 연료로 활용하는 방안 등을 검토할 예정이다.

 

포스코·한국조선해양·롯데정밀화학·롯데글로벌로지스·HMM·한국선급 등 6개사는 지난 2021년 5월 25일 ‘그린 암모니아 해상운송·벙커링 컨소시엄 업무협약(MOU)’을 체결했다.

 

한국조선해양에서 암모니아 추진선과 벙커링선을 개발하고, 한국선급이 인증을 진행한 후 HMM과 롯데글로벌로지스에서 선박을 운영한다. 또 포스코가 해외에서 생산한 그린 암모니아를 롯데정밀화학이 운송·저장해 벙커링한다는 계획이다.

 

한국조선해양은 지난 2020년 7월 영국 로이드 선급으로부터 암모니아 추진선에 대한 기본인증서를 획득한 바 있다.

 

울산항만공사와 한국석유공사는 지난 7월 11일 울산신항에 청정수소·암모니아 터미널 구축을 위한 타당성 조사 용역 사업 업무 협약을 체결했다.

울산항만공사는 북신항 3개 선석(5만DWT급 선석 2기, 2만DWT급 선석 1기)을 2단계로 구분해 수소 클러스터로 조성하는 사업을 추진하고 있다.

 

현재 북신항 1단계(5만DWT, 부지 15만9천㎡)는 울산항만공사를 포함해 5개 업체가 업무협약을 맺고 수소·암모니아 터미널 구축 타당성 조사를 진행 중이다. 또 북신항 2단계(5만DWT 및 2만DWT급 선석 각 1기, 부지 19만㎡)로 사업을 확대할 방안을 모색하고 있다.