요소수 만드는 암모니아...탄소 중립 친환경 에너지원 [우리가 몰랐던 과학 이야기] (218)

암모니아라 하면 가장 먼저 떠오르는 것은 바로 화장실 냄새입니다. 지독하면서도 코를 찌를 듯한 냄새로, 주로 비료에 사용되는 걸로 알려져 있습니다.

최근 요소수 품귀현상에 따라 그 원료인 암모니아에도 관심이 몰리고 있습니다.

소변 자체가 암모니아라고 여기는 이들이 많을 수 있지만, 실은 석탄에서 추출한 화학물질로 비료와 플라스틱, 폭발물, 의약품 등을 제조하는데 쓰이고 있습니다. 또한 온실 가스 없는 친환경 에너지원으로도 주목받고 있습니다. 오늘은 우리가 잘 몰랐던 암모니아에 대해 자세히 알아보겠습니다.

◆강렬한 냄새의 주인공, 암모니아는?

암모니아는 질소(N)와 수소(H)로 이뤄진 화합물로, 분자식은 ‘NH3’입니다. 실온에서는 무색의 기체로 존재하며, 자극적인 냄새가 납니다. 식물이 자라는 데 꼭 필요한 요소 중 하나가 바로 질소인데, 이 때문에 암모니아는 합성비료를 만드는 주요 원료가 됩니다.

암모니아는 끓는 점이 낮아 쉽게 액화되는 성질을 지니고 있는데, 기화되면서 흡수하는 열이 많아 냉각제로 이용되기도 하며, 다양한 화학제품의 생산에 원료로 활용되고 있습니다. 또한 암모니아에서 질소만 떼내면 수소를 만들어 낼 수 있어 새로운 에너지 자원으로 부각되고 있습니다.

◆암모니아로 달리는 자동차

최근 암모니아는 수소와 함께 차세대 에너지원으로 떠오르고 있습니다.

암모니아는 연소 시 수소와 질소만 내놓기 때문에 지구 온난화를 일으키는 이산화탄소를 배출하지 않습니다. 수소에 비해 제조와 저장, 수송과정이 단순하고 비용도 저렴해 경제성이 우수합니다. 또한 가솔린에 비해 폭발 가능성이 작아 안전한 에너지로도 평가받고 있습니다.

암모니아로 가는 선박. 출처=마리타임 익스큐티브(maritime-executive.com)

영국 과학기술시설위원회(STFC) 연구진은 항공유 대신 암모니아를 연료로 사용하는 제트엔진을 개발하고 있으며, 한국에너지기술연구원은 암모니아 70%와 가솔린 30%를 혼합한 연료로 자동차를 타고 시속 60~70km로 주행하는 시험 주행까지 마쳤다고 합니다.

언젠가 암모니아로 항공, 선박, 그리고 자동차까지 운행할 수 있는 날이 올 것 같네요.

◆암모니아 수소를 운반하다!

수소 저장 및 운반 이미지. 출처=브롱크호스트닷컴(bronkhorst.com)

암모니아는 수소를 저장하고 이동시키는 운반체로서, 수소경제로 전환되고 있는 시점에서 중요한 물질로 주목받고 있습니다.

수소는 운반과 저장이 까다로운 탓에 고압기술로 압축하거나 저온 상태에서 액체로 저장에 수송해야 합니다. 이와 비교해 암모니아는 액화수소보다 1.5배 많은 용량의 수소를 저장할 수 있습니다.

◆암모니아로 ‘그린 수소’ 만든다!

그린 수소 이미지. 출처=오프쇼어 에너지(offshore-energy.biz)

수소는 연소 시 이산화탄소를 배출하지 않지만, 수소를 생산하는 방식 중 화석연료를 쓰는 개질 방식을 대부분 활용하고 있어 완전하게 친환경적이라 할 수는 없습니다.

따라서 생산과정에서 탄소를 전혀 배출하지 않는 ‘그린 수소’가 각광받고 있는데요. 최근 암모니아에서 고순도 수소를 뽑아내는 그린 수소 기술의 개발에 성공했다는 반가운 소식이 있습니다. 에너지기술연구원은 지난 8월 암모니아 분해 촉매 반응기를 이용해 시간당 약 1.8㎏의 고순도 수소를 생산할 수 있다고 밝혔습니다.

◆탄소 중립을 위한 ‘그린 암모니아’