'수소 협력 진화' 포스코 암모니아로 두산重 수소터빈 돌린다

국내 수소 대표 기업들이 의기투합해 수소를 태워 에너지를 만든다. 수소터빈을 개발 중인 두산중공업과 2030년까지 수소 50만톤을 생산하겠다고 한 포스코가 손을 잡았다. 포스코가 해외에서 들여온 청정 암모니아를 분해해 만든 수소로 두산중공업이 수소터빈을 돌린다.

두산중공업 과 포스코(POSCO ), RIST(포항산업과학연구원)는 19일 비대면으로 '청정 암모니아 가스터빈 분야 연구개발 업무협약'을 체결했다.

이번 협약에 따라 포스코는 암모니아 생산·공급을 맡고, RIST와 암모니아를 수소와 질소로 분해하는 개질기(Cracker)를 개발한다. 두산중공업은 암모니아 개질 후 생성된 수소와 질소를 연소하는 연소기와 수소터빈을 개발한다. 3자는 포항 RIST 수소연구센터에 구축될 암모니아 연소 실험 설비를 활용해 본격적인 기술 개발에 착수할 예정이다.

암모니아는 정부의 수소경제 활성화 로드맵을 달성하기 위한 선행 조건이다. 정부는 수소 공급을 2030년까지 194만톤, 2040년까지 526만톤으로 늘린다는 계획을 세웠다. 이를 달성하기 위해선 해외에서 신재생에너지로 만든 그린수소 도입이 필수적인데, 현재 가장 유력한 '수소 캐리어(운송체)'로 꼽히는 것이 암모니아다.

암모니아는 수소와 달리 상온에서 쉽게 액화되며 동일한 부피에서 액화수소보다 1.7배 많은 양을 저장할 수 있다. 이미 전 세계적으로 선박 등 운송수단 체계와 유통 인프라가 잘 갖춰져 이를 활용하기도 쉽다.

포스코는 지난해 12월에 이어 지난 3월 호주에서 생산한 그린수소를 암모니아로 전환한 후 국내로 들여오는 수소 사업 계획을 발표했다. KIST(한국과학기술연구원), RIST(포항산업과학연구원)과 함께 암모니아에서 수소를 대용량으로 추출하는 기술 개발도 추진 중이다.

암모니아 연료 발전은 이산화탄소를 전혀 배출하지 않지만, 암모니아를 그대로 발전 연료로 사용하기엔 한계가 있다. 기존 가스터빈 연료인 액화천연가스(LNG) 대비 연소 속도가 20% 수준으로 매우 낮고 발열량도 50% 정도에 불과하기 때문이다.

이번 협약은 이를 극복하기 위해 암모니아를 그대로 연소하는 대신 개질기를 통해 수소, 질소로 다시 분해한 후 연소해 가스터빈을 구동하는 방식을 택했다. 개질기와 가스터빈을 각각 개발한 사례는 있지만, 이를 일체화한 발전기술 개발은 전 세계적으로 이번이 최초다. 두산중공업과 포스코는 연소 단계에서 발생한 배기가스로부터 열 일부를 회수해 개질기로 재투입하는 기술도 적용할 예정이다. 이를 통해 가스의 열량을 높이고 발전 효율을 향상시킨다.


아울러 LNG발전에도 이 기술을 적용해 '수소 혼소 발전'을 할 수 있어 기존에 구축된 발전소들의 이산화탄소 배출량 저감에도 기여할 수 있다. 두산중공업은 기존 LNG 연료와 수소를 섞어 쓰는 혼소 발전과 수소만 쓰는 전소 발전 모두를 개발 중이다.

수소터빈은 기존 가스터빈과 기본 구조가 거의 같고 부속된 연소기의 차이가 핵심인데 가스터빈을 개조해 수소를 LNG와 함께 연료로 쓸 수 있다. 암모니아를 LNG와 열량 기준 20% 비율로 섞어 연소하면, 이산화탄소 배출량을 LNG 단독 발전 대비 약 20% 줄일 수 있다.

현재 가스터빈 시장은 미국 GE(제너럴일렉트릭), 독일 지멘스, 일본 MHPS 등의 3강 구도지만, 수소터빈은 아직 본격적으로 상용화되지 않았다. 일본 MHPS는 수소 혼소 연소기를 개발하고 2024~2025년 상용화를 목표로 하고 있다. 두산중공업은 2025년 수소 혼소 연소기 개발을 완료하고 2027년 상용화하는 것이 목표다. 5MW급 수소 전소 연소기도 2025년이면 기술이 개발될 것으로 보고 있다. 이번 협력으로 수소터빈 시장에서도 국가 경쟁력이 높아질 전망이다.

박홍욱 두산중공업 부사장은 "이번 협약으로 암모니아를 연료로 사용하는 수소터빈 기술 개발에 대한 계기를 마련했다"며 "LNG, 수소, 암모니아 등 다양한 친환경 에너지를 발전원으로 사용하는 수소터빈과 가스터빈을 지속적으로 개발하겠다"라고 밝혔다.

두산중공업과 포스코는 앞서 지난 16일에도 18개 기관·기업이 참여한 '그린 암모니아 협의체'에서 손을 잡았다. 이번 협약은 협의체 발족 후 3일 만에 이뤄졌다. 양사는 그린 암모니아 생산-운송-추출-활용 산업의 가치사슬을 구축하는 데 지속적으로 힘을 모을 방침이다.