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[YTN 사이언스 기사원문] http://www.ytnscience.co.kr/program/program_view.php?s_mcd=0013\u0026s_hcd=\u0026key=201310110944094753연간 6,000만 대가 생산되는 자동차. 2020년이면, 지금의 두배가 된다고 하는데요. 따라서 자동차 유해물질에 대한 규제도 엄격해지고 있습니다. 유해물질을 줄이기 위한 본격적인 노력이 시작되면서 바로 ‘암모니아자동차’가 주목받고 있는데요. 암모니아를 연료로 하는 이 자동차는 이산화탄소 배출량을 획기적으로 줄일 …
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현대重, 스위스社와 암모니아선 엔진 상용화 추진 – 조선비즈
현대중공업(329180)이 스위스 엔진 제작사 WinGD(빈터투어가스앤디젤)와 암모니아를 연료로 쓰는 선박용 엔진 개발에 협력하기로 했다.
Source: biz.chosun.com
Date Published: 5/9/2021
View: 3271
차세대 에너지 왕좌 넘보는 ‘암모니아’ – Sciencetimes
자동차와 관련된 대표적 사례로는 한국에너지기술연구원이 LPG와 가솔린의 겸용엔진을 개조하여 만든 암모니아 엔진이다. 정확하게는 암모니아 70%와 …
Source: www.sciencetimes.co.kr
Date Published: 1/24/2021
View: 2914
[연재] 암모니아 연소기술의 현재와 미래 1 암모니아, 수소 …
즉 기존 양산 엔진으로 적은 공기를 흡입하더라도 동급 이상의 출력을 발휘할 수 있기에 암모니아 연료로 개조하는 것이 가능하다. 한국에너지기술연구원 …
Source: www.gasnews.com
Date Published: 8/30/2022
View: 5663
미래 선박 연료 암모니아 특징 및 사용 가능성 – 네이버 블로그
프로젝트엔 선박엔진업체 바르질라, 연료전지 공급사 프로토텍, 환경기술개발 NCE마리타임클린텍이 참여한다. . 시범사업 기간은 2020년부터 5년이며, …
Source: m.blog.naver.com
Date Published: 5/7/2022
View: 515
탄소중립을 위한 암모니아 연소기술의 연구개발 필요성
give a method of stabilizing flame and reducing nitrogen oxes when mixed burning of ammonia, and are applied to automobile engine, marine engine, …
Source: www.jkosco.org
Date Published: 2/11/2021
View: 9352
[Tech 스토리] 조선사들이 암모니아에 꽂힌 이유 – 뉴스핌
2060년 선박 60%는 수소 아닌 암모니아 선박 수소에 비해 제조·저장·수송 용이, 가격도 저렴 엔진 형태 LNG·LPG와 유사..연료전지도 가능.
Source: www.newspim.com
Date Published: 7/13/2022
View: 6386
암모니아 혼합 연료의 연소 및 배기 특성 – Korea Science
가솔린 엔진에서 가솔린-암모니아 혼합 연료의 연소 및 배기 특성 … gasoline-ammonia dual fueled spark-ignition engine was investigated in this study.
Source: www.koreascience.or.kr
Date Published: 6/8/2022
View: 3389
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- Author: YTN 사이언스
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- Date Published: 2013. 10. 15.
- Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=MiJApdDG_ww
차세대 에너지 왕좌 넘보는 ‘암모니아’ – Sciencetimes
수소와 함께 떠오르는 차세대 에너지원의 자리는 아마도 암모니아가 차지할지도 모른다. 최근 들어 암모니아를 활용한 항공기 엔진 및 자동차 엔진, 그리고 선박 엔진 등이 국내·외에서 개발되고 있어 주목을 끌고 있기 때문이다.
암모니아는 에너지원으로서의 장점이 많은 가스다. 미래의 에너지원이 제일 먼저 갖춰야 할 자격요건은 지구온난화를 앞당기는 온실가스를 배출하지 않아야만 한다. 암모니아는 수소처럼 연소 시 이산화탄소를 배출하지 않기 때문에 미래 에너지원으로서의 자격요건을 갖췄다고 볼 수 있다.
또한 수소에 비해 제조와 저장, 그리고 수송에 필요한 과정이 단순하고 소요 비용도 저렴해서 경제성이 우수하다. 이뿐만이 아니다. 가솔린에 비해 폭발 가능성이 낮아서 상대적으로 안전한 에너지원으로 각광받고 있다.
항공유 대신 암모니아 연료 사용하는 엔진 개발 중
암모니아에 대한 이미지는 상당히 부정적이다. 악취하면 떠오르는 가스가 바로 암모니아이기 때문이다. 그런 가스가 미래의 에너지원으로 개발되고 있다면 상당히 생소하다고 여기는 사람들이 많겠지만, 사실 암모니아가 수송기기의 에너지원으로 검토되기 시작한 것은 상당히 오래되었다.
처음 암모니아를 이용하여 엔진을 개발하고자 했던 과학자는 디젤엔진을 발명한 독일의 ‘루돌프 디젤(Rudolf Diesel)’이다. 디젤은 19세기 후반에 암모니아를 연료로 하는 엔진을 7년 동안 연구하다가 안전 및 비용 문제로 포기하고 말았다. 그 대신에 디젤은 공기를 압축시켜 얻은 높은 열로 연료를 점화시키는 디젤엔진을 개발하여 상용화에 성공했다.
이렇게 디젤이 포기했던 암모니아 엔진은 그로부터 50여 년이 지난 1930년대에 와서 다시 검토되기 시작했다. 역시 상용화에는 실패했지만, 노르웨이와 벨기에에서 각각 암모니아 트럭과 버스를 개발한 사례가 있다.
그 후에는 암모니아를 자동차 엔진이 아닌 항공기 엔진에 적용하려는 움직임이 일기 시작했다. 1960년대 미국에서 개발된 초고속 항공기인 X-15의 로켓엔진에 암모니아를 에너지원으로 하려는 연구가 추진된 것. 하지만 이 시도 역시 테스트 과정에서 발생한 폭발 사고로 중단되면서 암모니아 엔진은 사람들의 기억에서 한동안 잊혔다.
이처럼 사람들의 뇌리에서 사라졌던 암모니아 엔진을 다시 현실로 불러들인 과학자들은 영국의 과학기술시설위원회(STFC) 소속 연구진이다.
친환경에너지 전문 매체인 Fuelcellworks의 8월 28일 자 보도에 따르면 이들 STFC의 연구진은 극초음속 여객기의 엔진으로 개발되고 있는 세이버(SABRE) 엔진을 활용하여 항공유 대신 암모니아를 연료로 사용하는 제트엔진을 개발하고 있는 것으로 나타났다.
선박과 자동차에서도 암모니아 엔진 개발 중
SABRE 엔진은 항공우주업계가 오랫동안 염원해 온 기술인 극초음속 비행을 위해 개발되고 있는 첨단 엔진이다. SABRE는 현재 차세대 항공기 엔진을 개발하고 있는 영국의 Reaction Engines이 제작 중에 있는 엔진이다.
항공우주업계가 염원했던 이유는 군사적으로나 교통수단으로서 기존 엔진들보다 훨씬 향상된 결과를 얻을 수 있어서다. 군사적으로는 초고속 미사일이나 대륙간 탄도탄 등에 이용할 수 있고, 수송 목적으로는 세계 대도시를 불과 몇 시간 만에 방문할 수 있기 때문이다.
하지만 STFC 연구진이 SABRE 엔진에 관심을 보이고 있는 것은 속도가 아니라 암모니아의 친환경적 요소와 추진력이다. 암모니아는 연소 후 질소와 물만 남는 무공해 연료다. 또한 수소와 혼합한 가스를 연소시키면 강력한 추진력을 얻을 수 있다.
물론 단점이 없는 것은 아니다. 암모니아는 사용하는 데 있어서 냉각 과정이 반드시 필요하므로 기존의 항공유보다 다루기가 훨씬 까다롭다. 에너지 저장 밀도가 낮고, 연소가 쉽지 않다는 점은 단점이 존재하기 때문이다.
이 같은 단점 때문에 암모니아를 연료로 하는 항공기 엔진 제작은 현재로서는 기초연구 단계에 불과하다. 특히 암모니아는 심한 악취로 유명한 가스다. 디젤이 암모니아 엔진을 연구하다가 포기한 이유 중 하나도 바로 악취 때문이다. 하지만 시간이 지나면서 이제는 배기가스를 촉매로 반응시켜 악취를 없애주는 기술이 개발된 만큼, 상용화 가능성도 한층 높아지고 있다.
한편 암모니아를 연료로 하는 수송기기는 항공기 뿐만이 아니다. 선박과 자동차에서도 암모니아 엔진을 개발하고자 하는 움직임이 활발해지고 있다.
선박의 경우는 이미 민간기업에서까지 암모니아 엔진을 개발하고 있는 상황이다. 현대미포조선은 최근 영국의 로이드선급(LR)으로부터 암모니아를 연료로 하는 선박에 대한 개발 의뢰를 받았는데, 향후 5년 내에 암모니아 추진선을 상용화한다는 방침이다.
삼성중공업도 한국조선해양이 최근 개발에 착수한 암모니아 추진선 프로젝트에 참여했다. 삼성중공업은 지난 1월부터 세계적인 선박 제조회사들의 의뢰를 받아 2030년 상용화를 목표로 암모니아 엔진이 장착된 선박을 개발하고 있다.
자동차와 관련된 대표적 사례로는 한국에너지기술연구원이 LPG와 가솔린의 겸용엔진을 개조하여 만든 암모니아 엔진이다. 정확하게는 암모니아 70%와 가솔린 30%를 혼합한 연료로서 연구진은 이 엔진이 탑재된 자동차를 타고 시속 60∼80㎞로 주행하는 시험주행까지 마쳤다.
이 연구를 주도했던 김종남 박사의 설명에 따르면 자동차 연료의 70%를 암모니아로 대체하면 이산화탄소 배출도 70% 줄어드는 것으로 나타났다. 또한 기존의 LPG 충전소 인프라를 약간만 개조하면 암모니아 충전소로 사용할 수 있다는 점도 암모니아 엔진의 상용화 가능성을 높이는 장점으로 꼽혔다.
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[연재] 암모니아 연소기술의 현재와 미래 1 암모니아, 수소 캐리어만이 아닌 차세대 친환경 연료로 각광
암모니아하면 흔히 화장실의 냄새를 많이 떠올리게 된다. 동물의 분뇨나 소변으로부터 생성되기에, 인류는 고대부터 지금까지 양털의 세척용도부터 각종 세척제 등에 소변에 포함된 암모니아를 사용하곤 했다. 한 예로 과거 로마 제국의 베스파시아누스 황제는 공공화장실의 소변을 공짜로 사용해 이윤을 내는 양모업자들에게 ‘소변세’를 부과하며, 아들에게 ‘소변으로 얻은 세금이라도 같은 은화다’라고 말한 바 있다.
또한, 암모니아는 과거부터 농사에서 필요한 비료로 많이 쓰였는데, 20세기 초반 독일의 프리츠 하버와 카를 보슈 박사가 질소와 수소를 직접 반응시키는 암모니아 합성법을 개발해 암모니아 대량 생산을 가능하게 했다. 이 합성법으로 인류의 인구는 2배 이상 증가할 수 있었다.
이처럼 인류에게 중요한 물질인 암모니아가 최근 기후변화에 대응하기 위한 중요 재료로 각광받고 있다. 수소의 저장 및 수송을 위해서도 주목받지만, 암모니아 자체를 연료로 쓰고자 하는 연구·개발이 활발히 이뤄지는 중이다.
특히 탄소중립을 이루고자 내연기관을 이용한 차량의 판매 등이 전 세계적으로 금지되는 가운데, 연소시 CO₂를 발생시키지 않는 암모니아는 대체연료로서도 주목받고 있다.
본지는 이번 가을특집에서 2회에 걸쳐 암모니아의 연료 특성과 전 세계 암모니아 연소 기술 현황 등에 대해서 설명하고자 한다.
암모니아의 물성과 특징
암모니아의 분자식은 NH 3 로, 1개의 질소원자와 3개의 수소원자가 결합된 알칼리성의 화합물이다. 암모니아는 수소결합으로 물에 잘 녹는데, 상온에서 30%, 물의 어는점인 0℃에서 최대 45%까지 녹는 성질을 보인다. 물 뿐만 아니라 에탄올, 에테르에도 잘 녹는다. 이렇게 녹은 암모니아 용액은 알칼리성을 띠는데, 0.31%만 되어도 pH11.5를 기록한다. 이렇게 녹은 수용액은 단백질을 매우 잘 녹이고, 그 자체가 독극물이 된다.
수소는 액화되는 조건이 어려워 보관 및 장거리 운반이 어렵다. 하지만 NH 3 로 바꾸면, 저장과 운송이 훨씬 쉬워진다.
대기압에서 수소는 –252.9℃에서 액화하지만, 암모니아는 –33℃에서 액화가 가능하며, 액화수소 대비 1.5배의 밀도를 갖는다. 즉, 에너지캐리어인 수소를 옮기는 수소캐리어로써의 역할이 용이하다는 뜻이다.
또한, 암모니아 자체를 연료로 이용하는 내연기관과 연료전지도 세계 각국에서 연구 중에 있다. 암모니아는 탄소(C)가 없기에 연소과정에서 이산화탄소가 발생하지 않고 무해한 질소만 배출되기 때문이다.
암모니아의 완전 연소 반응식
위의 반응식에서 보듯이 암모니아는 완전 연소시 수소와 마찬가지로 이산화탄소의 발생이 없이 에너지를 얻는 것이 가능하다.
<표1>에서 보듯이 암모니아는 수치적으로는 프로판과 열역학적 특성이 유사함을 알 수 있지만, 단위 질량당 열량이 타 연료에 비해 낮으며, 자연발화 온도는 타 연료에 비해 높다.
예를 들어 같은 유동 조건에서 안정화된 메탄과 암모니아의 화염을 비교해보면, 메탄 화염에 비해 암모니아는 매우 넓고 긴 화염을 보인다. 이를 통해 메탄에 비해 암모니아가 매우 낮은 연소속도를 가진다는 점을 예측할 수 있다.
암모니아를 연료로써 직접 이용하기 위해 극복해야 할 과제는 암모니아의 낮은 반응성과 높은 질소산화물(NOx)의 생성이다. 낮은 반응성은 기존 탄화수소 계열 연료 대비 낮은 층류화염 연소속, 화염온도, 가연한계에 기인한다.
높은 NOx는 기존 thermal-NOx대비 낮은 온도에서 높은 반응속도를 가지는 Fuel-NOx 메커니즘에 기인한다. 따라서 무탄소 연료인 암모니아의 장점을 가지기 위해서는 이 두 가지 단점을 반드시 극복해야 한다.
한국에너지기술연구원에 따르면 2017년을 기점으로 암모니아 연소기술에 대한 논문이 급격하게 증가하고 있다. 일본 도호쿠 대학, 영국 카디프 대학이 주도하고 있으며, 한국은 성균관대학에서 2008년부터 암모니아 연소 연구를 꾸준히 진행하고 있다.
암모니아, 자동차와 선박의 연료가 되다
암모니아를 연료로 쓰려는 시도는 오래전부터 시작되었다. 지금의 디젤기관을 만든 루돌프 디젤(1858~1913)은 19세기 후반 암모니아를 연료로 하는 엔진을 7년 동안 연구하다가 안전 및 비용 문제로 포기하고 말았다. 그 대신 디젤은 공기를 압축시켜 얻은 높은 열로 연료를 점화시키는 디젤엔진을 개발해 상용화에 성공했다.
그로부터 50여년이 지난 1930년대에 노르웨이와 벨기에에서 각각 암모니아를 연료로 쓰는 트럭과 버스를 개발한 사례가 있다.
2000년대 들어 아이오와 주립대에서는 암모니아·디젤, 암모니아·DME 연료의 혼소시스템이 적용된 압축식 점화 엔진 연구사례가 있으며 최적 암모니아 혼합비율은 60%였다. 암모니아 비율이 60%보다 낮은 경우 화염온도가 감소함에 따라 순수 디젤연료만 사용할 때 보다 NOx생성량은 감소하나 암모니아 비율이 증가함에 따라 NOx 생성이 급증했다.
2007년 미국 미시간 대학에서는 암모니아·가솔린 혼소엔진을 적용한 차량으로 디트로이트에서 샌프란시스코까지 운행한 사례도 있다.
암모니아 연료는 650℃의 높은 자발화 온도를 가지며, 액체암모니아의 증발잠열은 302kcal/kg으로 높은 편이다. 내연기관 연료로 다소 부적합할 수 있으나 <표2>에서 보듯이 이론당량비 조건의 공기연료비가 6.0456으로 다른 연료에 비해 낮아 연료공기 혼합기 대비 열량으로는 가솔린, 디젤 등 기존 연료와 동등 이상의 수준에 해당한다. 즉 기존 양산 엔진으로 적은 공기를 흡입하더라도 동급 이상의 출력을 발휘할 수 있기에 암모니아 연료로 개조하는 것이 가능하다.
한국에너지기술연구원의 연구에 따르면 기존 양산 엔진에서 암모니아 혼합비 70%에서 엔진의 안정적인 운전이 가능하다고 한다.
암모니아를 연료로 쓰기 위한 연구는 해양 선박연료 분야에서 가장 앞서고 있다. UN산하기관인 국제해사기구(IMO)의 규제 강화로 선박 건조시 온실가스와 NOx, SOx등의 배출이 제한됨에 따라 다양한 가스연료 적용 사례가 늘고 있다.
국내에서는 한국에너지기술연구원을 중심으로 LNG, LPG, 메탄올 등 저인화점 연료를 적용하는 기술 개발이 추진되고 있고, 삼성중공업도 글로벌 엔진메이커인 덴마크 MAN-Energy Solutions, 말레이시아 MISC, 영국 로이드선급과 협업해 암모니아를 연료로 하는 추진선박을 2025년까지 개발완료하는 것을 목표로 하고 있다.
일본 국립해양연구소(NMRI)는 디젤과 암모니아 혼합 연료(에너지 기준 암모니아 20%)로 작동하는 7.7kW급 단일 실린더 디젤엔진을 연구했으며, 아산화질소(N 2 O), NOx 및 미연소 암모니아 저감이 가능한 배기가스 후처리 장치 연구도 진행했다.
한국도 탈탄소·친환경 선박 시장을 개척하겠다는 일념으로 암모니아 추진선 상용화에 앞장서고 있다. 실제 한국조선해양과 현대중공업은 최근 업계 최초로 친환경 암모니아 연료공급 시스템에 대한 개념설계 기본인증(AIP)을 한국선급(KR)에서 획득했다.
대우조선해양 역시 지난해 10월 로이드선급으로부터 2만3000TEU급(1TEU는 6m길이 컨테이너 1개)암모니아 추진 초대형 컨테이너선에 관한 AIP를 획득했다.
이처럼 암모니아 자체를 연료로 사용하고자하는 전세계의 노력은 가열되고 있다. 다만, 아직 극복해야 할 과제도 남아있다. << 다음 호에서 계속
미래 선박 연료 암모니아 특징 및 사용 가능성
노르웨이 선사 에이데스빅(Eidesvik) 오프쇼어는 에너지회사 에퀴노르(Equinor) 등과 현존선을 개조하는 방식으로 암모니아연료전지로 운항하는 선박을 개발할 계획이라고 밝혔다.
에이데스빅은 현재 운항 중인 해양작업지원선 <바이킹에너지>(사진)에 2MW의 암모니아 연료전지를 장착해 2024년부터 장거리 시범운항에 들어간다는 구상이다. 프로젝트가 성공할 경우 세계 최초로 암모니아 연료 추진선박이 운항하게 된다.
< 바이킹에너지>는 2003년 건조된 이후 17년간 에퀴노르에 대선돼 북해 해양 자원 개발 사업에 투입됐다.
에퀴노르는 용선 계약을 5년간 연장하기로 결정하는 한편 선박 탈탄소 기술로 주목 받고 있는 암모니아연료 전환 프로젝트를 추진하는 데 합의했다.
프로젝트엔 선박엔진업체 바르질라, 연료전지 공급사 프로토텍, 환경기술개발 NCE마리타임클린텍이 참여한다.
시범사업 기간은 2020년부터 5년이며, 예산은 2억3,000만크로네(약 300억원)이다. EU(유럽연합)에서 사업자금을 조성할 예정으로, 이노베이션 노르웨이 에노바도 자금 지원에 동참한다.
비화석 연료인 암모니아는 이산화탄소(CO₂)를 배출하지 않고 저장이 쉽다는 게 장점이다. 수소와 함께 국제해사기구(IMO)의 2050년 온실가스 배출 50% 감축 전략을 달성하기 위한 최적의 수단으로 꼽힌다. 육상에서 자동차나 가스터빈 연료로 이용된 사례가 있다.
Wartsila, 암모니아 선박연료 테스트
핀란드 Wartsila사가 암모니아 선박연료에 대한 연소 테스트(combustion trial)에 착수한 것으로 나타났다. 동사는 이번 테스트를 통해 선박연료로서의 암모니아 활용에 대비, 해운 및 에너지 업계의 온실가스(GHG) 배출감소에 공헌할 것으로 기대한다고 최근 밝혔다.
Wartsila사는 먼저 특성 이해를 위해 암모니아를 연소 연구 설비(combustion research unit)에 투입했으며, 이에 따른 결과를 바탕으로 이중연료 엔진과 스파크 점화(spark-ignited) 가스엔진 모두에 암모니아를 적용한다고 설명했다.
이후 2022년 선주사 및 잠재 에너지 고객사들과의 협력을 통해 현장 테스트에 돌입한다는 계획이다.
암모니아는 무(無)탄소 연료로서, 2050년까지 선박에서 발생하는 온실가스 배출량을 2008년 대비 최소 50%로 줄이는 국제해사기구(IMO)의 목표를 달성하는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 아직은 주로 화석 연료원으로부터 생성되고 있으나, 향후 전력을 활용해 신재생에너지에서 추출하는 기술을 적용하면 암모니아의 GHG 배출을 사실상 없앨 수 있을 것으로 보인다.
이번 프로젝트는 엔진, 연료 공급·저장 등을 아우르는 완전한 암모니아 연료 솔루션을 구축하기 위한 동사의 시도이며 시스템, 안전 등 요건부터 연료 구성(fuel composition), 배출 및 효율성에 이르는 이해를 위해 선주사, 조선사, 선급협회 및 연료공급사들과 협력할 것이라고 Wartsila사는 밝혔다.
한편 동사는 유럽연합(EU)의 지원을 받는 ‘ShipFC’ 컨소시엄 프로젝트의 일환으로, 2023년까지 Eidesvik Offshore사의 해양플랫폼지원선(OSV) ‘Viking Energy’호에 암모니아 연료전지를 설치하는 작업을 수행하고 있다.
ShipFC 외에도 MISC-삼성중공업이 암모니아 추진 탱커를 개발 중이며, 영국 로이드선급(LR)과 MAN Energy Solutions사가 관련 프로젝트를 진행 중이다.
2. 네들란드 엔지니어링 기업, C-Job NA 암모니아 선박 연료 연구
[Tech 스토리] 조선사들이 암모니아에 꽂힌 이유
[편집자] 기업들의 신기술 개발은 지속가능한 경영의 핵심입니다. 이 순간에도 수많은 기업들은 신기술 개발에 여념이 없습니다. 기술 진화는 결국 인간 삶을 바꿀 혁신적인 제품 탄생을 의미합니다. 기술을 알면 우리 일상의 미래를 점쳐볼 수 있습니다. 각종 미디어에 등장하지만 독자들에게 아직은 낯선 기술 용어들. 그래서 뉴스핌에서는 ‘Tech 스토리’라는 고정 꼭지를 만들었습니다. 산업부 기자들이 매주 일요일마다 기업들의 ‘힙(hip)’ 한 기술 이야기를 술술~ 풀어 독자들에게 전달합니다. [서울=뉴스핌] 서영욱 기자 = 바다 위를 다니는 화물선이나 유조선 선박은 석유나 천연가스 같은 화석연료를 태워 동력을 얻습니다. 이 과정에서 엄청난 양의 이산화탄소가 발생하는데, 세계 이산화탄소 배출량의 3%가 선박에서 발생한다고 합니다.이산화탄소 배출량을 줄이려는 노력은 바다 위라도 예외는 아닙니다. 국제해사기구(IMO)는 지난해 2030년 이후 발주 선박은 2008년 발주 선박 대비 탄소배출량을 40%, 2050년에는 50%까지 감축하도록 결정했습니다.
현대미포조선이 건조한 LNG운반선 모습 [제공=한국조선해양]
이같은 흐름에 우리나라를 비롯한 세계 조선업계는 탄소를 배출하지 않는 선박 개발에 매진하고 있습니다. 당장은 이산화탄소를 ‘덜’ 배출하는 LNG추진 선박이 각광을 받고 있지만, 장기적으로 탄소를 ‘전혀’ 배출하지 않는 말 그대로 친환경 추진선박 개발이 핵심입니다.
조선업계는 최근 차세대 에너지원으로 각광을 받고 있는 ‘수소’를 연료로 한 선박과 함께 암모니아 추진 선박을 핵심적으로 개발하고 있습니다. 한국조선해양, 대우조선해양, 삼성중공업 등 우리 조선3사 모두 공통적으로 수소 선박과 함께 암모니아 선박을 동시에 개발하고 있습니다. 2025년 정도면 정말 바다 위를 다니는 암모니아 선박을 볼 수 있을 전망입니다.
수소는 이미 ‘수소 경제’라는 신조어가 생겨날 정도로 주목을 받고 있지만 아직 암모니아가 화석연료를 대체할 수 있을지 의문이 드는 것도 사실입니다. 과연 암모니아로 유조선이나 컨테이너선을 움직일 수 있을까요?
국제에너지기구(IEA)는 2020 에너지 전망 보고서에서 선박 연료로 암모니아, 수소 등의 사용 비중이 점차 확대돼 2060년에는 신조선의 60% 이상이 사용할 것이며, 특히 암모니아가 이 중 절반 가까이 차지할 것으로 예상했습니다. 선박에 한해 차세대 에너지원은 수소 보다 암모니아가 더 각광받을 것이란 전망이죠.
수소의 대표적인 단점은 수소의 부피당 저장 용량이 작아 경제적인 대용량 저장과 장거리 운송이 어렵다는 것입니다. 액화수소로 저장해 이송시키는 것이 효율적이지만, 수소를 액화시키는 과정과 유지하는 과정에서 비용이 증가해 가격을 높이는 요인으로 작용한다고 합니다.
이진태 로이드선급 아시아 대표(왼쪽)와 권오익 대우조선해양 기술본부장이 옥포조선소에서 암모니아 추진 컨테이너선 기본 인증서를 수여한 뒤 기념촬영을 하고 있다. [제공=대우조선해양]
암모니아는 수소처럼 연소 시 이산화탄소를 배출하지 않아 미래 에너지원으로서 요건을 갖추고 있습니다. 수소에 비해 제조와 저장, 수송에 필요한 과정이 단순하고 소요 비용도 저렴해 경제성도 우수합니다.
또 가솔린에 비해 폭발 가능성도 낮아 상대적으로 안전한 에너지원으로 평가됩니다. 공기보다 가볍기 때문에 환기성이 좋고 천정이나 높은 곳에 모이는 성질이 있어 누출가스의 제어가 쉬운 편입니다. 암모니아 기체는 무색의 강한 냄새를 가지고 있어 누출 시 바로 알 수 있다는 점도 장점입니다.
암모니아는 전통적으로 천연가스나 석탄을 이용한 고압, 고온 반응으로 생산합니다. 하지만 이 과정에서 상당한 이산화탄소를 배출해 생산 과정에서 탄소 배출이 없는 ‘그린 암모니아’를 생산할 수 있는 방식을 연구하고 있습니다. 물을 전기분해해 수소를 생산하고, 공기에서 분리 된 질소를 사용해 전기적으로 합성하면 그린 암모니아를 얻을 수 있다고 합니다.
연료로서의 암모니아는 액체 상태인 액화 암모니아가 필요합니다. 암모니아는 LPG와 같이 상온에서도 일정압력을 가하게 되면 액화가 돼 비교적 액화하기 쉬운 가스입니다.
액화 암모니아는 기존 화석 연료와 비교할 때 약 4.1배 정도의 탱크가 필요하다고 합니다. 상대적으로 큰 저장탱크는 단점으로 작용할 수 있지만 운송 비용이 저렴하고, 운송 기술 또한 이미 확보된 상태로 경쟁력을 갖추고 있습니다.
현대미포조선, 만에너지솔루션즈, 로이드선급 관계자들이 현대미포조선 울산 본사에서 열린 암모니아추진선에 대한 선급 기본인증(AIP) 수여식에서 기념촬영을 하고 있다. [제공=현대미포조선]
현재 상선에 적용할 수 있는 암모니아 연료 기관은 만에너지솔루션(MAN Energy Solution)사와 바르질라(Wärtsilä)사에서 개발이 진행 중입니다.우리 조선사들도 만에너지솔루션과 함께 암모니아 추진선박 공동개발 프로젝트를 진행하고 있습니다.
한국선급에 따르면 현재 개발 중인 암모니아 엔진은 된 LNG나 LPG 연료 엔진과 개념이 비슷하다고 합니다. 암모니아는 자연발화 온도가 높고 연소속도가 느려서 점화되기 위해서는 ‘파일럿 오일’이 필요합니다.
또 암모니아는 내연기관의 연로로서 직접 연소하는 방법 뿐만 아니라 연료전지 연료로도 사용될 수 있습니다. 수소연료전지처럼 암모니아연료전지가 가동될 수 있다는 의미죠.
사실 암모니아를 연료로 한 엔진 개발은 처음 시도되고 있는 기술은 아닙니다. 19세기에 이미 암모니아 연료 버스가 운행된 바 있으며, 1940년대 브뤼셀에서 전쟁 중 암모니아 엔진이 개발된 바 있습니다. 전쟁으로 인해 석유가 너무 부족했기 때문인데요, 전쟁이 끝난 후 천연가스와 석유가 풍부해지면서 점차 모습을 감췄습니다.
암모니아를 연료로 사용하기 위해서는 고려해야 할 점도 있는데요, 암모니아는 독성과 부식성을 가지고 있습니다. 따라서 암모니아를 선박의 연료로 사용하기 위해서는 암모니아의 특성을 고려한 안전성 확보를 위한 기준이 필요합니다.
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