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김두수 한국전력 전력연구원 청정에너지연구소장이 탄소중립 달성을 위해 ‘청정수소’ 에너지원이 반드시 필요하다며 그 연료인 ‘암모니아’를 대용량 운송할 수 있는 방안이 절실하다고 강조했다.
10일 서울 중구 더플라자호텔 그랜드볼룸에서 열린 ‘제2회 아시아투데이 석유산업 미래전략 포럼’에서 김 소장은 이같이 밝혔다. 전력연구원에 따르면 2036년 탄소중립 전환을 위해서 총 암모니아 1590만톤(t)이 필요할 전망이다. 그러나 2020년 암모니아 글로벌 거래량은 1800만톤이지만, 우리나라 수입 물량은 122만톤에 불과했다.
김 소장은 “제10차 전력수급기본계획에 따른 탄소중립을 달성하기 위해서는 어마어마한 양의 암모니아가 필요하다”며 “우리나라만큼 일본도 적극적으로 암모니아를 연소하고 있는데, 암모니아가 비료 원료로 이용되는 만큼 미국 등 해외에서는 비료 가격 상승 등을 이유로 암모니아 인수에 대한 우려를 표하고 있다. 어떻게 암모니아 수입 물량을 확보할 수 있을지 고민을 많이 해야 한다”고 말했다. 청정수소의 대량공급과 청정수소 발전의 연료로 사용될 수소·암모니아의 안정적 확보 및 수송이 필요하다는 것이다.
전 세계적으로 탄소중립이 가속화되는 가운데 재생에너지의 간헐성을 보완하기 위한 에너지저장장치(ESS)등 P2G(에너지 저장기술) 중요성이 높아지고 있다. 우리나라는 2050 탄소중립 로드맵에 따라 2018년 6.2%에 불과한 재생에너지 비중을 2050년까지 60.9%까지 끌어 올려야 한다.
특히 청정수소 전환이 탄소중립 달성에 궁극적인 역할을 하게 된다. 수소를 전력으로 쓰기 위해서는 생산(수전해·연료개질 등)과 유통, 활용(연료전지·수소터빈 등) 등 벨류체인(가치사슬) 구축이 필요하다.
그러나 그린수소(탄소배출 제로)로 넘어가기 위해서는 중간다리 역할로서 ‘수소·암모니아 혼소’가 필수다. 수소·암모니아 혼소 기술은 무탄소 연료인 수소와 암모니아를 석탄화력·가스복합화력·연료전지에 안정적으로 적용해 전기에너지로 전환하는 기술이다.
김 소장은 “예전부터 신에너지로 분류되었던 연료전지와는 달리 가스터빈과 석탄화력을 무탄소 발전으로 전환하는 것은. 재생에너지의 간헐성, 변동성을 보상해 계통의 안정성을 높일 수 있다”며 “마지막으로 무탄소 연료를 사용해 이산화탄소 배출량을 획기적으로 줄일 수 있다”고 강조했다.
전력연구원은 지난 2022년 국내 최초로 가스터빈 무탄소 연소 시험센터를 구축했으며, 현재 △남부발전 150㎿급 신인천 가스터빈 50% 수소혼소 실증 △서부발전 150㎿급 서인천 가스터빈 50% 수소혼소 실증 △동서발전 300㎿급 울산복합 50% 수소혼소 등을 추진하고 있다. 전력연구원은 3개 발전소를 대상으로 2026년까지 실증을 시작할 계획이다.
또한 석탄화력 암모니아 혼소실증의 경우 △동서발전 당진화력 발전소 △중부발전 보령화력 발전소 △남동발전 여수화력 발전소 △남부발전 삼척화력 발전소 등 4개 발전소를 대상으로 암모니아 1~3% 혼소실증을 계획하고 있다. 전력연구원은 이들 4개 발전소에 대해 2027년에는 암모니아 20% 혼소실증을 시작할 예정이다.
전력연구원은 궁극적인 에너지원인 그린수소 등 청정수소 생산을 위한 기술개발도 추진 중이다. 블루수소 생산기술과 청록수소 생산기술이 대표적인 예다. 김 소장은 “차세대 블루수소 생산기술은 금속 소재와 스팀과의 반응을 통해 단일공정에서 고순도의 수소와 이산화탄소를 분리해 생산하는 기술”이라며 “현재 1㎿급 기술개발을 진행하고 있으며, 국표원과 협력해 국제표준 개발을 진행 중”이라고 설명했다.
청록수소 생산기술은 천연가스를 열분해해 탄소 발생 없이 수소와 탄소 소재를 동시에 생산하는 기술이다. 전력연구원은 청록수소 기술에 대한 20㎾급 시스템을 구축하고 성능 시험을 진행하고 있다. 김 소장은 “청록수소 생산기술은 그린수소 대비 8분의1 수준의 에너지로 수소 생산이 가능하다”며 “이산화탄소가 아닌 탄소소재를 생산해 수소 생산비용을 획기적으로 낮출 수 있다”고 말했다.
전력연구원은 청정수소 전환을 통해 탄소중립 달성에 기여하겠다는 입장이다. 다만 암모니아의 안정적인 확보와 함께 경제성도 고민해야 한다는 의견이다. 김 소장은 “수소활용기술 개발도 중요하지만 연료로 사용될 수소 암모니아의 안정적 확보와 수송을 어떻게 안전하고 경제적으로 수행할 것인지에 대한 고민도 필요하다”고 덧붙였다.
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