일본이 2030년 연료 암모니아(Ammonia) 300만톤 도입을 결정하고 준비를 서두르고 있다.
도입한 연료 암모니아 사용을 위해 JERA가 2023년부터 석탄화력발전소에서 대규모 혼소 실증사업을 추진한다. 가스터빈을 이용해 혼소‧전소 실증을 진행하며 공업로, 선박연료 이용을 위한 기술 개발도 추진할 것으로 알려졌다.
연료 암모니아 조달을 위해서는 미국, 중동, 오스트레일리아 등을 후보로 사업타당성 조사(FS)를 진행하고 있으며 선행 프로젝트 기준 2023년 사업화가 가능할 것으로 판단하고 있다.

2050년 수요 3000만톤 예상하고 혼소 실증
일본 연료 암모니아 도입 관민협의회는 일본의 연료 암모니아 수요가 2030년 300만톤에서 2050년 3000만톤으로 확대될 것으로 전망하고 있다.
일본 정부는 그린성장 전략에서 석탄화력 혼소를 2026-2027년경, 가스터빈은 2025-2030년경, 선박용 엔진은 2026-2027년경 상용화하겠다는 목표를 세우고 있다.
JERA 등 일본기업들은 세계 전체에서 1억톤 수준의 서플라이체인을 구축할 방침이다.
JERA와 IHI가 헤키난(Hekinan) 화력발전소 4호기에서 1GW 석탄화력으로 20% 혼소하는 실증 프로젝트 가동을 1년 앞당겨 2023년부터 시행하기로 했으며 매년 약 50만톤의 암모니아를 이용할 것으로 예상된다.
가스터빈에서의 암모니아 이용은 IHI가 2022년 2MW급 가스터빈에서 직접연소 방식을 통한 전소발전에 성공했고 2025년 상용화를 예정하고 있다.
가스터빈은 미츠비시중공업(Mitsubishi Heavy Industries)이 개발하고 있으며 2025년 이후 40MW급으로 전소발전, 450MW급으로 30% 혼소발전 실용화에 나설 계획이다.
대형 가스터빈에서는 암모니아를 직접 연소하는 것이 아니라 수소로 분해해 연소하는 방식을 채용했기 때문에 고효율 분해기술을 확립할 수 있다면 암모니아를 수소 캐리어로 활용하는 길이 열릴 것으로 기대하고 있다.
암모니아를 연료로 사용하기 위해 선박용 엔진, 공업로 개발도 진행하고 있으며 2025년 이후 실용화가 가능할 것으로 예상하고 있다.

암모니아 조달은 중동·AUS·동남아와 협력
연료 암모니아 조달을 위해서는 해외에서 추진하고 있는 다양한 암모니아 개발 프로젝트에 일본기업이 참여하는 방안을 논의하고 있다.
미쓰이(Mitsui)물산은 아부다비(Abu Dhabi) 국영 석유기업 ADNOC이 추진하는 2025년까지 100만톤의 청정 암모니아를 생산하는 프로젝트에 참여한다. 수출량 가운데 60만톤을 GS그룹과 나누며 2023년 투자 여부를 결정할 것으로 알려졌다.
사우디에서는 일본기업이 참여하는 다수의 서플라이체인 실증 프로젝트를 진행하고 있으며 사업화 검토가 이루어지고 있다.
오스트레일리아에서는 IHI, 마루베니(Marubeni)가 Woodside Energy와 함께 수력발전을 이용한 그린 암모니아 생산을 검토하고 있다. 마루베니와 Woodside Energy는 호쿠리쿠전력(Hokuriku Electric) 등 4개 전력기업과 암모니아 서플라이체인 구축을 위한 사업 타당성 조사에 합의한 바 있다.
미쓰이물산, J-Power, Mitsui O.S.K. Lines 등도 오스트레일리아에서 각각 암모니아 서플라이체인과 관련된 사업을 검토하고 있다.
오스트레일리아는 지리적으로 일본과 가까우며 수소, 암모니아 조달에서 가장 중요한 나라로 부상하고 있다.
미국에서는 미쓰이물산이 참여하는 100만톤급 청정 암모니아 프로젝트 투자를 2023년 결정하고 2027년 생산을 개시할 계획이다. 미쓰이물산은 텍사스에서 최대 100만톤의 생산설비를 건설하는 방안을 검토하고 있으며, JERA도 독일기업과 공동으로 미국에서 청정 암모니아를 조달하기 위한 검토에 돌입했다.
일본이 석탄화력발전소를 다수 가동하고 있는 아시아 국가들과 파트너십을 체결하는 움직임이 본격화하면서 암모니아 시장이 확대되고 일본 기술의 전파가 가속화될 것으로 예상된다.
IHI는 말레이지아, 인도네시아, 인디아에서 각각 현지기업과 공동으로 암모니아 혼소발전 사업타당성 조사를 진행하고 있으며, 미츠비시중공업은 인도네시아에서 사업타당성 조사에 나섰다.
도요엔지니어링(Toyo Engineering)은 인도네시아에서 그린 암모니아 서플라이체인 구축을 위한 조사를 개시한 것으로 알려졌다.
2030년까지 연료 암모니아를 300만톤 도입하겠다는 목표는 JERA가 여러 기의 석탄화력발전소에서 혼소를 개시하고 다른 전력 메이저들이 함께 움직인다면 현실적으로 실현 가능한 것으로 파악된다.
조달은 당분간 블루 암모니아가 주류를 이룰 것으로 예상하고 후보 프로젝트 가운데 몇건이 실현된다면 조달량이 300만톤에 달할 것으로 기대하고 있다.

IHI, 가스터빈 이용 기술 개발에 석유화학 설비 활용
JERA와 IHI는 2025년 3월까지 헤키난 화력발전소 4호기에서 대규모 암모니아 혼소 실증을 통해 암모니아 연료 이용의 시금석을 마련할 방침이다.
실증 결과 실용화 가능성을 확보하면 2030년까지 전력을 포함해 여러 석탄화력발전 혼소를 시작하고 밸류체인 구축 역시 본격화할 것으로 예상된다.
IHI는 가스터빈에서 이용할 수 있는 새로운 혼소 기술을 개발하고 있다.
액체 암모니아를 가스화하지 않고 직접 연료로 전환하는 전소 가스터빈 개발에 착수해 2025년까지 2MW급 이상의 가스터빈을 실용화할 예정이다.
발전연료 뿐만 아니라 선박연료 등 대형 수요를 확보할 수 있을 것이라는 기대 아래 IHI Power Systems을 통해 일본유선(Nippon Yusen) 등과 연구개발(R&D)을 진행하고 있으며 최근 암모니아 연료 수송선 기본설계를 완료한 것으로 알려졌다.
해외에서는 석탄화력 혼소 프로젝트에 참여하고 있다.
말레이지아에서는 페트로나스(Petronas)와, 인도네시아에서는 국영 전력기업과, 인디아에서는 민간 발전 사업자와 공동으로 사업타당성 조사를 진행하고 있고, 싱가폴에서는 싱가폴 에너지 공급기업과 그린 암모니아 이용·활용 기술, 인프라 정비 등을 검토하고 있다.
국가별로 수소나 암모니아를 취급하는 방식이나 제도가 달라 현지 사정에 맞추어 니즈를 충족시킬 수 있는 프로젝트를 개발하는 것이 중요하다고 판단하고 있다.
수송‧저장 분야에서는 도입기지 정비가 과제로 떠오르고 있다.
일본 정부가 추진하는 탄소중립 구상에 따르면, 오나하마(Onahama) 등이 2025년까지 암모니아 중심 기지가 될 것으로 예상된다.
IHI는 이데미츠코산(Idemitsu Kosan)과 공동으로 이데미츠코산의 도쿠야마(Tokuyama) 석유화학 생산설비를 활용해 암모니아 공급망을 구축할 계획이다.
일본유선과는 육상설비보다 단시간에 낮은 코스트로 도입할 수 있는 부유식 암모니아 저장 재가스화 설비 탑재 바지선(A-FSRB)을 공동으로 개발하고 있다.
제조기술은 그린 암모니아를 중시하며 오스트레일리아 태즈메이니아(Tasmania)에서 마루베니, Woodside Energy와 수력발전을 활용한 그린 암모니아 프로젝트의 사업타당성을 조사하고 있다.
오스트레일리아 퀸즈랜드에서는 현지 전력기업으로부터 태양광발전 베이스 수소 제조 데모 플랜트를 수주했으며 퀸즈랜드 지방정부가 암모니아를 생산해 일본 등 아시아에 수출할 것으로 예상된다.
기존 그린 암모니아 프로세스는 재생가능에너지를 활용해 수전해 장치에서 수소를 생성하고 하버보슈공법으로 질소와 반응시켜 생산하는 방식이다.
IHI는 홋카이도(Hokkaido)대학과 공동으로 물 전기분해를 통한 수소 제조와 암모니아 합성을 하나의 프로세스로 실현한 암모니아 전해합성 장치 연구개발에 착수했다.
실용화는 2030년 이후 가능할 것으로 예상되나 생산단계에서 이산화탄소(CO2) 배출량을 낮춘 암모니아 프로세스로 자리 잡을 것으로 기대하고 있다.

롯데·SK도 혼소·선박연료 대비 국제협력
국내기업들은 연료용 암모니아 실증실험에는 착수하지 못한 채 생산·도입에 치중하고 있다.
롯데 화학 자회사들은 유럽 최대의 암모니아 생산기업인 네덜란드 OCI Global과 청정 암모니아 사업을 협력한다. 롯데정밀화학을 중심으로 3월13일 청정 암모니아 공급 및 벙커링 사업 협력 등 밸류체인 전반에 대한 업무협약(MOU)을 체결한 것으로 알려졌다.
OCI가 2025년 미국 텍사스에 준공하는 블루 암모니아 공장의 생산물량을 확보하고 아랍에미리트(UAE) 국영 ADNOC의 합작기업이 이집트에 건설하는 그린 암모니아 공급물량도 확보한다.
암모니아 사용 선박에 연료를 보급하는 벙커링 공급망 구축에도 협력할 예정이다. 암모니아 추진선이 상용화되면 주요 항구에서 연료 공급이 필요해 OCI가 네덜란드 로테르담과 이집트 수에즈(Suez)에 보유한 암모니아 저장 인프라를 활용해 공급망을 구축할 계획이다.
롯데정밀화학은 국내 최초로 바이오 암모니아 도입을 추진한다. 폐목재에서 추출한 바이오 메탄(Methane)으로 만든 암모니아를 OCI로부터 도입해 국내 플래스틱 원료 생산기업에게 공급할 계획이다.
HMM과의 벙커링 사업을 통해서는 암모니아 선박에 연료로 공급할 예정이다.
SK 머티리얼즈는 엑손모빌(ExxonMobil)과 블루 암모니아 시장 진출에 협력한다.
블루 암모니아는 이산화탄소를 제거한 블루수소를 원료로 생산해 연소할 때 탄소 배출량이 극소량에 불과하며, 석탄과 혼소발전하면 투입되는 블루 암모니아만큼 탄소를 감축할 수 있는 이점이 있다.
엑손모빌은 미국 텍사스 베이타운(Baytown)에 블루 암모니아 생산설비를 건설할 예정이고, SK 머티리얼즈는 국내에서 혼소발전이 가능한 시점에 블루 암모니아를 도입해 발전용 연료로 공급할 계획이다. (강윤화 책임기자: kyh@chemlocus.com)