아모지 암모니아 수소 기술, 수소 트럭

아모지 수소 트럭

위 운송 트럭이 한 가지 다른 점은 디젤이나 전기차 트럭이 아니라 수소 트럭이라는 점입니다. 수소로 연료전지를 돌린다는 점은 똑같지만 수소 대신 암모니아를 싣고 다닙니다. 화학비료 등에 쓰이는 우리가 아는 흔한 그 암모니아인데요. 암모니아를 싣고 다니는 것만으로 청정 에너지원인 수소를 운송수단에서 직접 쓸 수 있는 트럭입니다. 이를 만든 곳은 아모지라는 미국의 스타트업입니다. 핵심 창업자들은 MIT 박사 출신 4명의 한국인입니다. 작년 1월 암모니아 트럭을 실증한 이후에 올들어서만 1억 5천만 달러에 투자를 유치했는데요. 세계 최대 석유회사인 사우디아라비아의 아람코를 비롯해서 우리나라의 sk이노베이션, 고려아연, 일본의 미쓰비시 그리고 싱가포르의 국부펀드 테마섹이 주요 투자자입니다. 도대체 암모니아 연료 트럭의 의미가 무엇이길래 이런 세계적인 큰손들이 투자를 하고 있는 것일까요?

아모지의 암모니아 수소 기술

아모지가 가신 기술은 암모니아를 한국으로 가져와서 스스로 분리할 필요 전혀 없이 암모니아 자체를 선박이던 아니면 발전하는 곳이든 주입하면 또 실제 발전까지 하는 기술을 가지고 있기 때문에 기존에 있는 수소 경제에서 수소를 굉장히 경제적으로 만들어주는 기술입니다. 수소는 탈탄소 에너지원의 한 축을 이루는 새로운 에너지원으로 꼽힙니다. 무한하다시피 한 연료인데다 태우고 나면 부산물로 나오는 것이 배기가스가 아니라 물입니다. 다만, 수소산업계 오랜 고민은 바로 운송과 저장이었습니다. 너무 비싸기 때문인데요. 수소를 만들어서 다른 대륙으로 옮겨야 하는데 수소는 상온에서 기체 상태라 부피는 크고 밀도는 낮아서 한번에 충분한 양을 옮기기가 힘듭니다. 수소를 액체로 만들면 밀도가 올라가지만 액화수소를 만들려면 영하 250도까지 내려야 하기 때문에 초저온 초고압 전용 설비로 쉽고 나르고 저장해야 합니다. 이렇다 보니까 육로운송 같은 경우에는 차라리 인프라 토목공사를 해서 땅속에 전용 파이프라인을 까는 것이 가장 경제적인 방법으로 꼽힐 정도입니다. 수소를 수소 그대로 가져오게 되면 호주에서 생산하는 그린 수소의 단가는 굉장히 싸지만, 그린 수소를 액체화시키고 다시 가져오고 저장하고 이동하고 이렇게 운송과 운반, 저장과 연관된 비용이 굉장히 비쌉니다. 캘리포니아에 가면 수소 충전소의 수소 평균 kg당 단가가 20달러, 유럽 가면 약 25유로입니다. 수소의 생산단가는 3~4달러인데 반해 8~9배 이상이 되는 비용들이 다 운송과 저장에서 옵니다. 그래서 산업계가 생각한 대안중에 하나가 수소 대신 암모니아 형태로 운송을 하고 저장을 하는 방법입니다. 암모니아의 분자식은 NH3인데 질소가 하나 수소가 3개가 들어있기 때문에 여기서 수소를 뽑아 쓸 수 있습니다. 특히 암모니아는 영하 30도 정도의 일반 냉동 설비로도 액체 상태로 운송을 하거나 보관하는 게 가능하기 때문에 운송비나 창고비, 이런 것들이 상대적으로 저렴합니다. 암모니아는 그 자체가 상온에서 액체로 존재할 수 있고 기존에 암모니아를 나르던 인프라도 갖춰져 있고, 암모니아를 운송하고 저장하는 데 드는 비용이 거의 발생하지 않기 때문에, 그린 암모니아를 호주에서 만들고 그걸 한국에 가져와서 다시 스스로 분리해서 쓰게 되면, 수소로 해서 가져왔을 때보다 암모니아를 가져왔을 때 절반 이상 수소에 단가가 낮아지는 거죠. 그러면 가격을 7달러, 8달러까지 저희가 내릴 수 있는 60% 이상 절감 가능합니다. 사실, 암모니아에서 수소를 분리하는 기술은 이전에도 이미 존재했지만, 공장 같은 대형 설비에서만 가능했습니다. 암모니아를 분해하는 촉매가 화학 반응을 활발히 하려면 800도에서 900도가 되는 고온 환경이 갖춰져야 하기 때문인데요. 그 온도를 내려면 굉장히 큰 열교환기, 연료원인 가스를 공급하는 시설, 이런 것들이 있어야 하기 때문에 대형 공장과 같은 고정 설비에서 가능했고 수소를 추출하더라도 또다시 그 수소를 운송해야 하는 것입니다. 아모지가 한 것은 이 모든 설비를 소형화하면서 수소를 연료로 쓰는 장치마다 직접 구축할 수 있게 하였습니다. 우선, 촉매를 직접 개발했는데요. 아모지가 개발한 촉매는 800도가 아닌 500도에서 반응합니다. 열교환기도 일체화하도록 설계를 했고, 또 발생한 수소 일부를 다시 에너지원으로 순환 공급하는 등의 설계를 통해서, 설비 크기를 기존의 최대 100분의 1 수준으로 줄였습니다. 실제 이 장치는 원통형으로 생긴 금속 장치로 이런 장치를 여러 개 연결하고 암모니아 연료통, 연료전지 등과 통합하면 움직이는 암모니아 분해장치가 되는 됩니다. 수소를 싣거나 저장할 필요 없이 암모니아만 유통한다면, 세계 어느 곳에서든 수소 에너지를 쓸 수 있게 한 것입니다.

아모지의 기술 실현과 미래계획

아모지의 작업 초기에는 이런 기술을 예비투자자들도 잘 믿지 않았다고 합니다. 그래서 아모지는 실증으로 보여주는 방법을 선택하였습니다. 처음에는 5kw 용량의 드론을 개조해서 암모니아 구동을 시연을 했습니다. 암모니아를 연료로 날 수 있다는 걸 보여줬을뿐 아니라, 30분을 날 수 있었던 기존 전기 배터리 드론을 개조해서 비행시간은 3시간으로 늘렸습니다. 이 기술을 보고 들어왔던 투자자가 바로 아마존인데요. 아마존에서 받은 자금으로 또 다시 100kw 트랙터에서 실증을 했고, 또 다시 올 1월 300kw 트럭으로 실증 규모를 키운 것입니다. 이렇게 2년 반 동안 실증을 거치면서 받은 투자금은 총 2억 2천만 달러, 우리 돈으로 2900억원입니다. 아모지가 이제 다음 차례로 보고 있는 분야는 선박입니다. 그동안의 실증은 드론이나 트랙터, 트럭을 상용화하겠다는 취지에서라기보다 기술을 입증하는 게 목표였다면, 선박은 아버지가 핵심사업 분야로 노리고 있는 분야입니다. 올해 말 1MW급 암모니아 구동 선박 실증을 마친 후에는 내년에 선박용 암모니아 시스템을 상용화할 계획입니다. 아모지는 왜 선박에 집중하고 있을까요? 선박 분야는 배터리로는 에너지가 제한되어 있기 때문에 절대로 배터리가 쓸 수 없는 분야인데, 아모지는 이런 분야에 암모니아를 기반한 기술이 실제로 탈탄소의 유의미하게 그리고 굉장히 빠른 시간 안에 도움을 줄 수 있다고 판단을 하고, 그 분야에 초점을 맞추고 기술 개발을 하고 있습니다. 장기적으로는 암모니아를 이용한 발전 분야에도 진출한다는 계획입니다.

아모지는 각각의 분야가 얼마나 많은 온실가스를 배출하고 얼마나 많은 온실가스를 줄일 수 있는가라는 쪽으로 접근을 더 많이 하고 있습니다. 선박이 전체 온실가스의 약 3% 정도를 차지하고 그것보다 훨씬 큰 한 30% 정도를 차지하는 발전 분야, 이런 분야까지 진출을 해서, 아모지의 기술로 탈탄소를 도와서 전세계 온실가스 배출의 10%를 줄이는 것을 목표로 가지고 일을 하고 있습니다.