덴마크 코펜하겐 연구소에서 암모니아 엔진을 테스트하는 장면. (오토헤럴드 DB)

[오토헤럴드 김흥식 기자] 자원 고갈과 환경 오염이라는 전 지구적 위기를 해결하기 위해 인류는 청정하고 지속 가능한 에너지원을 찾기 위한 노력을 이어가고 있다. 수소, 바이오 연료, 합성 연료 등 화석 연료를 대체할 수 있는 차세대 에너지에 대한 연구는 그 어느 때보다 활발하고 치열하다.

이러한 가운데 덴마크 정부가 주도하는 'NH₃ 스파크 퓨처플렉스(NH₃ Spark–FutureFlex)' 프로젝트가 새로운 가능성으로 부상하고 있다. "수소도, 전기도 필요 없다"라는 파격적인 슬로건 아래 진행 중인 이 프로젝트는 청정 연료 시장의 패러다임을 바꿀 잠재력을 갖고 있다는 평가를 듣는다.

암모니아(NH₃)는 질소 원자 하나와 수소 원자 세 개가 결합한 화합물이다. 농업용 비료, 냉매, 산업 원료로 오랫동안 사용돼 왔으며 20세기 중반에는 전시 연료로도 활용된 바 있다. 그러나 인화성과 독성 문제로 인해 그동안은 불완전하고 위험한 연료라는 인식이 강했다.

NH₃ 스파크 퓨처플렉스 프로젝트는 디젤, 수소, 전기 등 기존 보조 연료 없이도 작동하는 4행정 암모니아 전용 엔진을 세계 최초로 개발하는 것을 목표로 한다. 이 프로젝트를 이끄는 덴마크의 MAN 에너지 솔루션스는 국내외 암모니아 연료 전문가들과 함께 독립형 엔진 시스템 개발에 매진하고 있다.

기존 암모니아 연료 엔진 대부분은 보조 점화 연료가 필요했지만 NH₃ 스파크 엔진은 순수 암모니아만으로 작동하고 탄소 배출이 전혀 없는 완전한 청정 연료 시스템을 지향하고 있다. 휘발유나 디젤과 같이 암모니아를 주유하면 구동이 가능한 '암모니아 엔진'을 탑재한 자동차가 이들의 목표다. 

암모니아는 일반적으로 하버-보슈 공정(Haber-Bosch process)을 통해 생산된다. 이 과정에서 천연가스를 수소로 개질하는 과정에서 상당한 양의 이산화탄소가 발생한다. 이에 따라 최근에는 태양광, 풍력 등 재생에너지 기반 수전해로 수소를 생산해 오염물질 배출없이 그린 암모니아를 생산하는 기술도 완성됐다. 

만 에너지 솔루션의 암모니아 발전기(Genset) 테스트 설비. (만 에너지 솔루션)

암모니아는 섭씨 -33도에서 액화가 가능해 저장과 운송이 수소보다 용이하며 연소 시 이산화탄소를 배출하지 않는 장점이 있다. 현재 세계 암모니아 연간 생산량은 약 2억 톤에 달하며 이 가운데 70% 이상이 비료로 사용되고 있다. 그러나 최근에는 청정 연료로서의 가능성이 부각되면서 선박, 발전기, 중대형 운송 수단 등 다양한 산업 분야에서 활용 범위가 넓어지고 있다.

글로벌 주요 기업들도 이 흐름에 주목하고 있다. 일본의 미쓰비시중공업은 암모니아를 선박용 연료로 사용하는 엔진 개발에 착수했으며, 중국은 정부 주도로 대형 암모니아 엔진 실증 사업을 추진 중이다. 세계 최대 암모니아 생산업체인 노르웨이의 야라 인터내셔널은 수출 인프라를 확장하고 있으며, 미국의 CF 인더스트리즈는 그린 암모니아 생산 시설에 대규모 투자를 진행하고 있다.

암모니아 연료의 대중화를 위해서는 해결해야 할 과제도 존재한다. 대표적으로 질소산화물(NOx) 배출 문제가 있다. 암모니아 연소 시 NOx가 발생할 수 있어 이를 저감할 수 있는 저온 연소 기술과 배기가스 후처리 시스템이 필요하다. 또한 암모니아는 인체에 유해한 독성을 지니고 있어 저장과 운송 과정에서의 안전 확보도 필수적이다.

그럼에도 NH₃ 스파크 프로젝트는 수소나 전기처럼 대규모 인프라나 고가의 장비 없이도 기존 내연기관 기술을 확장해 탄소중립을 실현할 수 있다는 점에서 주목받고 있다. 기술적 진보와 환경적 가치, 경제성을 동시에 고려해야 하는 에너지 전환의 시대. 암모니아가 친환경 미래 모빌리티의 새로운 해답이 될 수 있을지 그 가능성에 관심이 쏠리고 있다.

김흥식 기자/reporter@autoherald.co.kr

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