세계 암모니아 연료전지 시스템을 선도해 나가는 아모지

아모지(Amogy)란 암모니아 연료전지시스템 구축한 기업으로 2020년 11월에 미국 뉴욕 브루클린에 설립되었다.

한국인 MIT 동창 4명이 사우디아라비아의 아람코벤처스, 미국 아마존 기후서약기금, 한국의 SK와 고려아연, 싱가포르 국부펀드 테마섹, 일본 미쓰비시 상사, 미쓰비시 중공업 및 마루노우치 기후테크 성장펀드 등 6개국에서 2억2천만 달러(2900억여 원)의 투자를 받아 출발하였다.

본래 아모지란 ‘암모니아(ammonia)’와 ‘에너지(energy)를 합친 이름이다. 주로 비료로 쓰이는 암모니아를 연료로 사용하여 전력을 생산한다는 목표로 설립된 회사이다.

아모지의 연료전지 시스템은 암모니아 탱크, 암모니아에서 수소를 걸러내는 ‘개질기’, 미반응 암모니아를 빨아내는 흡착기, 연료전지로 일체화 되어 있는 시스템을 구축하고 있는 최첨단 스타업 회사이다.

아모지는 자동차나 선박 주유구에 기름을 붓듯, 탱크에 암모니아를 부으면 개질기에서 수소와 질소를 분리하고 연료전지는 수소로 전기를 생산하도록 시스템화 되어 있다.

기존의 암모니아 엔진에선 암모니아가 연소과정 중 공기 속의 산소(O2)와 반응해 질소산화물(NOx)을 발생시키게 된다. 그런데 이런 질소산화물은 대기에선 초미세먼지, 강물에선 녹조현상을 일으키는 유해물질이다.

그러나 아모지의 암모니아 기반 수소 연료전지에선 암모니아를‘태우지 않기 때문에 질소산화물이 발생하지 않는다. 즉 크래킹(Cracking)이란 열과 촉매제를 활용한 기술을 활용하고 있기 때문이다.

암모니아(NH3)를 크래킹하게 되면 수소(H2)와 질소(N2)가 발생하는데 질소를 공기 중으로 그대로 배출하게 된다. 이는 공기의 80%를 차지하는 질소와 동일한 것이어서 아무런 유해물질이 되지 않는다.

사실 크래킹 기술은 지금까지 공장 크기의 대형 설비이어서 운송수단에서는 쓸 수 없었다. 그런데 아모지는 세계 최초로 소형화, 모듈화에 성공해 암모니아 기반 수소 연료전지 시스템을 만들었다.
특히 루테늄(Ru) 기반의 자체 개발 촉매를 사용해서 기존 크래킹 설비를 100분의 1로 소형화하는 데에 성공하였다. 이런 아모지 파워팩이 2021년엔 5㎾(킬로와트)급 드론, 2022년엔 100㎾급 트랙터, 2023년 1월엔 300kW급 대형트럭으로 진화발전에 성공하면서 암모니아를 수송연료로 사용할 수 있는 기틀을 마련한 셈이다.

파워팩(Powerpack)이란 엔진과 클러치, 변속기, 감속기 등과 같은 동력장치를 뜻한다. 한 번 충전시 500마일(800㎞)을 달릴 수 있게 설계된 아모지 트럭의 경우, 액체 암모니아를 연료로 사용하기에 7분만에 완충이 가능하다. 이는 기존 전기트럭이 30분 동안 80%를 충전하는 데에 비해 충전속도가 빠르다.

한편 암모니아 기반 수소연료전지가 완벽하게 탈탄소를 이루려면 청정암모니아 공급이 필수다. 그런데 현재 대부분은 LNG가스에서 생산되는 그레이 수소를 바탕으로 대기중에 질소와 화합하여 그레이 암모니아를 생산한다. 만약 재생에너지로 만든 그린수소 기반으로 생산된다면 그린암모니아, 그리고 생산과정에서 탄소를 포집한다면 블루수소 기반의 블루암모니아가 된다. 이런 수소를 기반으로 암모니아를 생산한다면 아모지 파워팩은 100% 탄소중립에 기여할 수 있는 것이다.

단기적으로 아모지는 빠른시일 내 상품화를 마쳐 2024~2025년부터는 2~3메가급 전기를 발생시킬 수 있는 파워팩을 선박에 싣고 운항하는 것을 목표로 잡고 있다. 이를 위해 휴스턴에 파워팩 생산공장을 건설하고 있다.

이같이 아모지의 시스템이 ▲해운 ▲중장비 운송 ▲분산에너지 ▲그린수소 밸류체인(가치사슬) 등 운송·에너지 산업 분야 전반에서 탈탄소화를 지원할 수 있다. 가령 해운 및 중장비 운송은 전기화가 어려운 대표적인 분야이고 많은 화물을 싣고 장거리를 이동해야하기 때문에 높은 출력이 필요하여 현재 배터리로는 이 출력을 감당할 수 없다. 그래서 암모니아 수소에 기반을 둔 수소연료전지가 그 역할을 담당해 나가게 될 것이다.

국내에서는 SK이노베이션이 본격적인 암모니아 시장에 투자하면서 차세대 그린 에너지 발굴에 나서고 있다. 지난 2022년 6월, 미국 암모니아 기반 연료전지 시스템 전문기업인 아모지에 3천만 달러(한화 약 380억원)를 투자하고, 기술 협력에 나섰다.

재생에너지 가격이 하락하고 있고, 수전해 기술이 개발되면서 본격적인 그린 수소 생산체제가 경제성을 확보해 가고 있다, 더욱이 앞으로 기술개발이 뒷받침된다면 화석연료에 의한 에너지 생산가격보다도 더 낮은 가격으로 에너지를 사용할 수 있게 될 것이다.

롯데케미칼은 암모니아를 기반으로 하는 본격적인 수소 로드맵을 수립하고 있다. 롯데정밀화학은 동북아시아 1위 암모니아 유통기업으로서 롯데케미칼이 수소사업을 확장하는 데 큰 힘이 될 것으로 보인다. 즉 롯데정밀화학은 연간 암모니아 유통량 90만 톤가량으로 동북아시아에서 29%, 국내에서 66%의 점유율을 보유하고 있으며 국내 최대인 탱크 8기, 규모 9만3천 톤의 암모니아 저장시설을 보유하며 우수한 암모니아 저장 및 유통 인프라를 구축하고 있다.

롯데정밀화학이 구축하고 있는 네트워크를 통해 롯데케미칼은 암모니아 도입에서 경쟁력을 확보할 수 있는 기틀을 구축하고 본격적인 암모니아 수소생산, 유통, 판매 네트워크를 구축해 나갈 계획이다.

2021년 8월부터 롯데케미칼과 함께 세계 최초로 암모니아 광분해 기술의 공동 실증을 하고 있다. 이런 암모니아 열분해 기술의 실증은 하루 2톤가량의 수소를 생산할 수 있는 것으로 세계 최대 규모다.

옛 '삼성정밀화학'이던 롯데케미칼은 2016년 4월1일을 기일로 삼성그룹에서 롯데그룹으로 편입됐다. 인수 뒤부터 2020년 말까지 롯데정밀화학 지분율 31.13%를 유지하던 롯데케미컬은 2021년 말 지분율을 32.22%로 소폭 높였다. 이후 꾸준히 롯데정밀화학 지분을 매입해 지분율을 43.50%까지 확대하며 2022년 9월부터 롯데정밀화학을 연결 자회사로 편입했다.

롯데케미칼은 2030년까지 120만 톤의 수소를 생산하는 것을 중심으로 수소사업에서 2030년 매출 5조 원을 달성하겠다는 목표를 세우고 있다. 이는 국내 수소 시장의 5분의 1 이상에 해당한다. 롯데케미칼에 따르면 2030년 국내 수소 시장 규모는 580만 톤으로 예측된다.

우리나라는 백종범 교수팀이 쇠구슬을 이용한 암모니아 생산기술을 개발하여 효율성을 3배나 올려 크게 경제적 부담을 줄였으며 더욱이 아모지라는 스타트업 기업이 연료전지시스템까지 구축하고 있어 암모니아 수소경제를 실현시켜 나가는데 선도적인 역할을 담당해 나갈 수 있게 되었다.