Update2024.05.07 (화)
화석 대체 연료의 중심 ,무탄소 NH₃
■ 기술의 개요
지구온난화와 화석연료의 고갈에 대처하기 위해 태양광, 풍력, 수력, 조력, 지열 등의 자연에너지 활용에 대한 초점이 맞춰지고 있다.
화석연료를 어느 정도 대체할 수 있는 대량의 자연에너지는 사막의 태양열이나 태양광발전, 해상 풍력발전, 적도 부근의 해양온도차발전으로 얻을 수 있다. 현재에도 자연에너지를 전기에너지로 변환하는 기술이 개발돼 지구상의 거의 모든 장소에서 에너지 생산이 가능하다.
그러나 자연에너지로부터 생산된 전기는 공간 및 시간적으로 특정한 곳에 집중되는 경향이 있으므로, 이를 싸고 안정적으로 공급하려면 자연에너지에서 생산된 전기를 운송이 용이한 형태로 변환하는 과정이 필요하다.
■ 기술 소개 및 장점
암모니아는 자연에너지에서 얻은 전기를 활용해 물(H₂O)과 공기 중의 질소(N₂)를 원료로 무한정 생산할 수 있다. 물은 지표면의 70%를 뒤덮고 있고 질소는 대기의 70% 이상을 차지하고 있기 때문이다.
암모니아(NH₃)는 기존 내연기관에 직접 사용할 수 있는 무탄소 연료이면서도 상온(섭씨 21도, 7.86barg)에서 액체로 존재하므로 저장과 운송이 용이하다.
또한 암모니아 연료전지나 암모니아 터빈 등 다양한 방식으로 활용될 수 있다. 암모니아를 공기중의 산소와 연소시키면 물과 질소만 배출되므로 친환경 에너지원으로서 중요한 역할을 담당할 수 있을 것이다.
■ 우리나라 암모니아 연료 와 자동차 연구 현황
우리나라는 한국에너지기술연구원에서 전기화학적 암모니아 생산 기술을 개발하고 있다.
이온전도성 세라믹 전해전지를 이용한 암모니아 합성과, 용융염 전해질을 이용한 암모니아 합성을 연구하고 있으며 암모니아 합성률을 1×10-9mol/cm2·sec 수준으로 달성하였다.
또한 암모니아 연료와 함께 이를 이용하는 자동차도 연구하고 있다.
모닝 승용차를 개조한 암모니아 자동차는 암모니아 70%와 휘발유 30%를 섞은 연료를 사용해 시속 60km 속도 기준으로 리터당 10km 정도의 연비를 기록하였고, 이산화탄소 발생량은 휘발유 자동차에 비해 70% 저감하였다.
암모니아 자동차는 기존 휘발유나 경유 자동차의 연료 계통만 개조하면 운행이 가능하므로 저렴하게 친환경 자동차를 생산할 수있다.
■ 세계연구 현황
세계 각국들은 암모니아의 가능성에 주목해 연구를 진행중이다. 일본은 ‘NEDO 프로젝트’로 에너지를 저장해 수송하는 물질로 암모니아를 생산, 활용하는 10개년 연구를 시작했으며, 미국의 로스 알라모스 국립연구소도 현재 전기화학적 암모니아 합성 연구를 진행하고 있다.
2013년 제네바 모터쇼에 이탈리아 자동차 회사가 도요타의 스포츠카를 개조해 출품한 암모니아차는 30리터의 암모니아로 180km를 운행해 연비 6km를 달성하였다.
■ 시장 전망
자연에너지에서 생산된 전기를 사용하여 물과 공기로부터 암모니아를 저렴하게 생산하는 전기화학적 암모니아 합성법이 개발되고, 생산된 암모니아를 활용하는 암모니아 자동차, 전기를 생산하는 암모니아 연료전지가 개발된다면 향후 화석연료 고갈과 기후변화 문제를 경제적으로 큰 혼란 없이 해결할 수 있을 것이다.
