

최근 고효율의 전력 변환과 탄소 배출 없는 깨끗한 에너지 원천으로 수소연료전지차가 주목받고 있다. 여러 국가들이 2050년까지 환경배출물 Net-zero를 목표로 탄소 배출을 줄이는데 주력하고 있으며, 수소경제를 중심으로 환경 친화적인 에너지 전환을 추진하고 있다. 수소연료전지차는 연료전지를 통해 수소와 산소의 화학 반응을 통해 전기를 생산한다.
이 과정에서 발생하는 부산물은 순수한 물이므로 환경 오염의 우려가 없다. 전 세계적으로 수소경제의 중요성을 강조하며, 수소 연료전지차의 도입과 확산을 위한 다양한 계획이 수립되고 있다. 예를 들어 유럽연합은 2030년까지 수소연료전지차 100만 대 보급을 목표로 하며, 아시아 국가들도 수소 연료전지차 시장을 활성화하기 위한 정책을 추진하고 있다.
한국은 수소차와 관련된 연구와 개발을 선도하는 선두 주자로서, 친환경 차량 시장에서 중요한 역할을 하고 있다. 이는 정부의 강력한 정책 지원과 기업들의 지속적인 투자로 이어지고 있다. 한국 정부는 2019년 ‘수소경제 추진 로드맵’을 발표하여 2040년까지 300만 대의 수소차와 1,200개의 수소충전소 건립을 목표로 하고 있다. 또한, 현대자동차는 수소연료전지차(FCEV)를 미래차의 핵심으로 삼아 2030년까지 100만대의 수소차 보급을 목표로 하고 있다.
현대차는 2013년에 세계 최초로 양산형 수소연료전지차 ‘투싼 ix FCEV’를 출시한 이후 2022년까지 넥쏘, 엑시언트 FCEV 등 다양한 수소연료전지차 모델을 출시하였다. 2022년 현대차의 수소차 판매량은 전년 대비 21% 증가한 11,179대로 글로벌 수소차 시장에서 60% 이상의 점유율을 차지하고 있다.
수소상용차는 장거리 운행이 필요한 화물차와 버스 등에 적합한 차량으로, 전기차보다 더 긴 주행거리와 빠른 충전 시간을 제공하는 장점이 있다. 게다가 수소상용차는 환경 유해 배출가스를 발생시키지 않아 환경에 큰 기여를 할 수 있다. 현대차는 또한 수소상용차 개발에도 극적으로 투자하고 있으며, 2021년에 엑시언트 FCEV를 출시한 뒤 지속적으로 버스와 트럭 등 다양한 수소상용차를 선보일 계획이다.
그러나 수소 연료 전지차 보급과 사업 활성화에는 아직 많은 기술적인 제약이 있다. 특히 수소 충전 인프라 확대에 많은 어려움이 있다. 현재 전 세계적으로 수소 충전소는 약1,100여 개가 설치되어 있고, 이 중 한국에는 약 200여 개의 수소 충전소가 설치되어 있다. 하지만, 수소충전소의 수는 수소연료전지차의 보급 수요를 따라잡지 못하고 있다. 수소를 원활히 보급하고 저장하기 위해서는 액상 형태로 운송하는 것이 바람직한데 수소의 액화점은 -253°C 극저온으로 설비 구축의 난이도가 매우 높다. 또한 수소차의 연료 탱크에는 일반적으로 700기압 이상으로 압축된 수소가 저장되며, 충전 시 압축 및 팽창 과정에서 에너지 손실이 크게 발생한다.
수소 연료의 한계를 극복해줄 암모니아 연료
수소 연료전지의 연료 저장 및 충전 인프라 한계를 극복해줄 수 있는 기술로서 암모니아 연료전지가 최근 각광받고 있다. 암모니아는 불과 -33°C면 액화가 일어나기 때문에 저장 및 운반이 수소에 비해 훨씬 수월하다. 또한 암모니아는 전세계적으로 이미 널리 사용되는 화학 물질 중 하나로서 대량 생산이 가능하고, 다양한 원료로부터 합성이 가능하다.
이러한 이유로 암모니아 연료는 연료전지 사용을 위한 추가적인 인프라 투자가 상대적으로 적게 필요하다는 장점도 있다. 암모니아는 수소처럼 탄소 배출이 없다. 암모니아는 높은 에너지 밀도를 가지고 있어 작은 양으로도 큰 에너지를 제공할 수 있는 연료로서의 매력도 높다. 액상 암모니아는 액화 수소에 비해 약 1.7배 높은 부피당 에너지 밀도를 가진다.
암모니아 연료전지의 기술적 과제
암모니아 연료전지는 연료 저장 및 충전 인프라의 한계를 극복하는 데 중요한 역할을 할 수 있는 기술로 각광받고 있다. 특히 수송 분야에서는 이러한 연료전지의 잠재력이 더욱 부각되고 있다. 하지만 암모니아 연료전지에서는 암모니아를 수소와 질소로 분해하는 크래킹 과정이 필요하다. 현재의 기술은 아직 원하는 수준의 효율성과 안정성을 보장하지 못하고 있다. 또한 암모니아 연료전지의 작동 중 부산물로서 NOx와 같은 유해물질이 배출될 가능성이 있다. 이는 환경적 문제뿐만 아니라 안전 문제까지 초래할 수 있다. 배출 가스의 정제 시스템을 도입하거나 연료전지의 작동 과정을 최적화하여 부산물 배출을 최소화하는 기술적 연구가 필요하다.
현재 암모니아의 대부분은 석탄, 천연가스와 같은 화석 연료를 사용하여 생산되는데, 재생 가능한 에너지원을 사용하여 암모니아를 생산하는 ‘그린 암모니아’ 기술 개발도 시급한 과제 중 하나이다.
암모니아 연료전지 기술 동향
전 세계적으로 암모니아 연료전지에 대한 관심과 투자가 확대되고 있으며, 이는 암모니아 연료전지가 지속 가능한 미래 에너지 솔루션의 중요한 요소로 인식되고 있음을 보여준다. 최근 미국 스타트업인 ‘아모지(Amogy)’는 암모니아를 기반으로 한 수송용 연료전지 기술에 중점을 둔 연구를 활발히 진행하고 있다. 2022년에는 관련 특허 기술을 공개하며 세계적인 주목을 받았다. 이 회사는 그 기술의 상용화 가능성에 대한 믿음을 바탕으로 다양한 투자자로부터 지금까지 누적 5천만 달러 이상의 투자를 유치했다.
일본은 이미 수소 연료전지 관련 우수한 원천기술을 다수 확보하고 있고, 최근에는 수소와 암모니아를 혼합한 연료를 활용한 연구를 적극적으로 추진하고 있다. 특히 수송 분야에서 활용 가능성을 타진하며, 몇몇 주요 자동차 제조사와 협력하여 프로토타입 차량을 제작하고 있다. 이를 통해 일본은 수소와 암모니아의 효율적인 혼합 비율과 안전성 문제 등을 연구하며, 최적화된 암모니아 연료전지 솔루션을 발굴하는데 주력하고 있다.
유럽연합은 ‘암모니아 밸리’라는 대대적인 프로젝트를 통해 암모니아 기반의 친환경 에너지 인프라를 구축하는 방안을 추진하고 있다. 이 프로젝트의 목적은 암모니아를 재생 가능한 에너지의 주요 원료로 활용하여 친환경 연료전지 시장을 활성화하는 것이다. 프로젝트는 다양한 유럽 국가들의 연구기관, 대학, 그리고 기업들과의 협력하에 진행되고 있으며, 암모니아 기반 연료전지의 연구, 생산, 그리고 상용화를 위한 다양한 자금과 기술을 투입하고 있다.
최근 우리나라도 암모니아 연료전지 관련 많은 관심과 투자가 이루어지고 있다. 한국전력공사는 올해 암모니아 연료전지 발전소 시범사업을 착공했으며, 이 사업을 통해 2024년 상반기까지 100kW급 암모니아 연료전지를 설치-실증하는 것을 목표로 하고 있다. 한국항공우주연구원은 암모니아 연료전지 1kW급을 장착한 무인기체를 1시간 동안 비행시키는데 성공하여, 미래 전기 비행기 항공 연료로서 암모니아의 가능성을 확인시켜 주었다.
한국에너지기술연구원은 지난 5월 암모니아 연료전지의 효율을 60%까지 향상시키는 원천 기술 개발에 성공하여 암모니아 연료전지의 고효율화와 상용화에 크게 기여할 것으로 기대를 모았다. 고려대 연구팀은 최근 암모니아 분해 효과가 뛰어난 나노 활촉매를 이용하여 변환 효율을 최대 2배까지 높여 상용 도시가스 연료전지 출력을 뛰어넘는 고성능 암모니아 연료전지 개발에 성공했다.

수송용 암모니아 연료전지의 전망
암모니아 연료전지는 지속 가능한 미래 에너지 솔루션으로서 현재 많은 관심을 받고 있다. 특히 수송용 연료로서 암모니아는 수소 공급 인프라의 한계를 극복할 수 있는 대체제로 기대를 모으고 있다. 암모니아는 이미 많은 수요를 가지고 대량 생산이 되고 있으며, 앞으로 녹색 암모니아 생산 기술이 상용화되면 더욱 환경 친화적인 에너지 솔루션으로 각광을 받을 것이다. 하지만 암모니아 연료전지가 직면하는 도전적인 과제들도 명확히 있다. 특히 연료 크래킹 과정의 효율성과 안정성을 높이는 기술에 대한 많은 연구가 필요하다.
또한, 암모니아 연료전지 작동 중에 발생하는 유해물질인 NOx 등의 배출을 최소화하는 기술도 중요하다. 지속적인 연구와 개발을 통해 기술적인 과제를 해결하고, 보다 효율적이고 환경 친화적인 암모니아 연료전지의 상용화와 보급을 기대할 수 있다. 이는 환경 문제와 에너지 안정성을 고려한 미래 지속 가능한 에너지 전환에 큰 역할을 할 것으로 기대된다.
* 출처: 한국자동차공학회 제공, 오토저널 2023년 9월호
최근 고효율의 전력 변환과 탄소 배출 없는 깨끗한 에너지 원천으로 수소연료전지차가 주목받고 있다. 여러 국가들이 2050년까지 환경배출물 Net-zero를 목표로 탄소 배출을 줄이는데 주력하고 있으며, 수소경제를 중심으로 환경 친화적인 에너지 전환을 추진하고 있다. 수소연료전지차는 연료전지를 통해 수소와 산소의 화학 반응을 통해 전기를 생산한다.
이 과정에서 발생하는 부산물은 순수한 물이므로 환경 오염의 우려가 없다. 전 세계적으로 수소경제의 중요성을 강조하며, 수소 연료전지차의 도입과 확산을 위한 다양한 계획이 수립되고 있다. 예를 들어 유럽연합은 2030년까지 수소연료전지차 100만 대 보급을 목표로 하며, 아시아 국가들도 수소 연료전지차 시장을 활성화하기 위한 정책을 추진하고 있다.
한국은 수소차와 관련된 연구와 개발을 선도하는 선두 주자로서, 친환경 차량 시장에서 중요한 역할을 하고 있다. 이는 정부의 강력한 정책 지원과 기업들의 지속적인 투자로 이어지고 있다. 한국 정부는 2019년 ‘수소경제 추진 로드맵’을 발표하여 2040년까지 300만 대의 수소차와 1,200개의 수소충전소 건립을 목표로 하고 있다. 또한, 현대자동차는 수소연료전지차(FCEV)를 미래차의 핵심으로 삼아 2030년까지 100만대의 수소차 보급을 목표로 하고 있다.
현대차는 2013년에 세계 최초로 양산형 수소연료전지차 ‘투싼 ix FCEV’를 출시한 이후 2022년까지 넥쏘, 엑시언트 FCEV 등 다양한 수소연료전지차 모델을 출시하였다. 2022년 현대차의 수소차 판매량은 전년 대비 21% 증가한 11,179대로 글로벌 수소차 시장에서 60% 이상의 점유율을 차지하고 있다.
수소상용차는 장거리 운행이 필요한 화물차와 버스 등에 적합한 차량으로, 전기차보다 더 긴 주행거리와 빠른 충전 시간을 제공하는 장점이 있다. 게다가 수소상용차는 환경 유해 배출가스를 발생시키지 않아 환경에 큰 기여를 할 수 있다. 현대차는 또한 수소상용차 개발에도 극적으로 투자하고 있으며, 2021년에 엑시언트 FCEV를 출시한 뒤 지속적으로 버스와 트럭 등 다양한 수소상용차를 선보일 계획이다.
그러나 수소 연료 전지차 보급과 사업 활성화에는 아직 많은 기술적인 제약이 있다. 특히 수소 충전 인프라 확대에 많은 어려움이 있다. 현재 전 세계적으로 수소 충전소는 약1,100여 개가 설치되어 있고, 이 중 한국에는 약 200여 개의 수소 충전소가 설치되어 있다. 하지만, 수소충전소의 수는 수소연료전지차의 보급 수요를 따라잡지 못하고 있다. 수소를 원활히 보급하고 저장하기 위해서는 액상 형태로 운송하는 것이 바람직한데 수소의 액화점은 -253°C 극저온으로 설비 구축의 난이도가 매우 높다. 또한 수소차의 연료 탱크에는 일반적으로 700기압 이상으로 압축된 수소가 저장되며, 충전 시 압축 및 팽창 과정에서 에너지 손실이 크게 발생한다.
수소 연료의 한계를 극복해줄 암모니아 연료
수소 연료전지의 연료 저장 및 충전 인프라 한계를 극복해줄 수 있는 기술로서 암모니아 연료전지가 최근 각광받고 있다. 암모니아는 불과 -33°C면 액화가 일어나기 때문에 저장 및 운반이 수소에 비해 훨씬 수월하다. 또한 암모니아는 전세계적으로 이미 널리 사용되는 화학 물질 중 하나로서 대량 생산이 가능하고, 다양한 원료로부터 합성이 가능하다.
이러한 이유로 암모니아 연료는 연료전지 사용을 위한 추가적인 인프라 투자가 상대적으로 적게 필요하다는 장점도 있다. 암모니아는 수소처럼 탄소 배출이 없다. 암모니아는 높은 에너지 밀도를 가지고 있어 작은 양으로도 큰 에너지를 제공할 수 있는 연료로서의 매력도 높다. 액상 암모니아는 액화 수소에 비해 약 1.7배 높은 부피당 에너지 밀도를 가진다.
암모니아 연료전지의 기술적 과제
암모니아 연료전지는 연료 저장 및 충전 인프라의 한계를 극복하는 데 중요한 역할을 할 수 있는 기술로 각광받고 있다. 특히 수송 분야에서는 이러한 연료전지의 잠재력이 더욱 부각되고 있다. 하지만 암모니아 연료전지에서는 암모니아를 수소와 질소로 분해하는 크래킹 과정이 필요하다. 현재의 기술은 아직 원하는 수준의 효율성과 안정성을 보장하지 못하고 있다. 또한 암모니아 연료전지의 작동 중 부산물로서 NOx와 같은 유해물질이 배출될 가능성이 있다. 이는 환경적 문제뿐만 아니라 안전 문제까지 초래할 수 있다. 배출 가스의 정제 시스템을 도입하거나 연료전지의 작동 과정을 최적화하여 부산물 배출을 최소화하는 기술적 연구가 필요하다.
현재 암모니아의 대부분은 석탄, 천연가스와 같은 화석 연료를 사용하여 생산되는데, 재생 가능한 에너지원을 사용하여 암모니아를 생산하는 ‘그린 암모니아’ 기술 개발도 시급한 과제 중 하나이다.
암모니아 연료전지 기술 동향
전 세계적으로 암모니아 연료전지에 대한 관심과 투자가 확대되고 있으며, 이는 암모니아 연료전지가 지속 가능한 미래 에너지 솔루션의 중요한 요소로 인식되고 있음을 보여준다. 최근 미국 스타트업인 ‘아모지(Amogy)’는 암모니아를 기반으로 한 수송용 연료전지 기술에 중점을 둔 연구를 활발히 진행하고 있다. 2022년에는 관련 특허 기술을 공개하며 세계적인 주목을 받았다. 이 회사는 그 기술의 상용화 가능성에 대한 믿음을 바탕으로 다양한 투자자로부터 지금까지 누적 5천만 달러 이상의 투자를 유치했다.
일본은 이미 수소 연료전지 관련 우수한 원천기술을 다수 확보하고 있고, 최근에는 수소와 암모니아를 혼합한 연료를 활용한 연구를 적극적으로 추진하고 있다. 특히 수송 분야에서 활용 가능성을 타진하며, 몇몇 주요 자동차 제조사와 협력하여 프로토타입 차량을 제작하고 있다. 이를 통해 일본은 수소와 암모니아의 효율적인 혼합 비율과 안전성 문제 등을 연구하며, 최적화된 암모니아 연료전지 솔루션을 발굴하는데 주력하고 있다.
유럽연합은 ‘암모니아 밸리’라는 대대적인 프로젝트를 통해 암모니아 기반의 친환경 에너지 인프라를 구축하는 방안을 추진하고 있다. 이 프로젝트의 목적은 암모니아를 재생 가능한 에너지의 주요 원료로 활용하여 친환경 연료전지 시장을 활성화하는 것이다. 프로젝트는 다양한 유럽 국가들의 연구기관, 대학, 그리고 기업들과의 협력하에 진행되고 있으며, 암모니아 기반 연료전지의 연구, 생산, 그리고 상용화를 위한 다양한 자금과 기술을 투입하고 있다.
최근 우리나라도 암모니아 연료전지 관련 많은 관심과 투자가 이루어지고 있다. 한국전력공사는 올해 암모니아 연료전지 발전소 시범사업을 착공했으며, 이 사업을 통해 2024년 상반기까지 100kW급 암모니아 연료전지를 설치-실증하는 것을 목표로 하고 있다. 한국항공우주연구원은 암모니아 연료전지 1kW급을 장착한 무인기체를 1시간 동안 비행시키는데 성공하여, 미래 전기 비행기 항공 연료로서 암모니아의 가능성을 확인시켜 주었다.
한국에너지기술연구원은 지난 5월 암모니아 연료전지의 효율을 60%까지 향상시키는 원천 기술 개발에 성공하여 암모니아 연료전지의 고효율화와 상용화에 크게 기여할 것으로 기대를 모았다. 고려대 연구팀은 최근 암모니아 분해 효과가 뛰어난 나노 활촉매를 이용하여 변환 효율을 최대 2배까지 높여 상용 도시가스 연료전지 출력을 뛰어넘는 고성능 암모니아 연료전지 개발에 성공했다.
수송용 암모니아 연료전지의 전망
암모니아 연료전지는 지속 가능한 미래 에너지 솔루션으로서 현재 많은 관심을 받고 있다. 특히 수송용 연료로서 암모니아는 수소 공급 인프라의 한계를 극복할 수 있는 대체제로 기대를 모으고 있다. 암모니아는 이미 많은 수요를 가지고 대량 생산이 되고 있으며, 앞으로 녹색 암모니아 생산 기술이 상용화되면 더욱 환경 친화적인 에너지 솔루션으로 각광을 받을 것이다. 하지만 암모니아 연료전지가 직면하는 도전적인 과제들도 명확히 있다. 특히 연료 크래킹 과정의 효율성과 안정성을 높이는 기술에 대한 많은 연구가 필요하다.
또한, 암모니아 연료전지 작동 중에 발생하는 유해물질인 NOx 등의 배출을 최소화하는 기술도 중요하다. 지속적인 연구와 개발을 통해 기술적인 과제를 해결하고, 보다 효율적이고 환경 친화적인 암모니아 연료전지의 상용화와 보급을 기대할 수 있다. 이는 환경 문제와 에너지 안정성을 고려한 미래 지속 가능한 에너지 전환에 큰 역할을 할 것으로 기대된다.
* 출처: 한국자동차공학회 제공, 오토저널 2023년 9월호