녹색 암모니아를 통한 전 세계 해운 경로 탈탄소화

해운 배출 해결을 위한 녹색 암모니아

탄소 배출을 이야기할 때 가장 먼저 떠오르는 것은 자동차와 트럭, 석탄·가스 발전소입니다. 대량의 에너지를 소비하고 탄소를 배출하는 해운업은 상대적으로 덜 주목받습니다.

전 세계 무역의 90%가 선박으로 운송되며, 종종 대양을 가로지릅니다. 이는 전 세계 온실가스 배출량의 최소 36%에 해당합니다. 또한 현재 배터리의 에너지 밀도가 충분히 높지 않아 수천 마일을 항해할 선박을 구동할 수 없기 때문에 전기화가 사실상 불가능한 분야이기도 합니다.

탄소 오염이 유일한 문제는 아니며, 해운 산업은 역사적으로 가장 낮은 등급의 석유, 즉 타르와 같은 점성이 높은 액체인 “벙커 연료”, 또는 중유/잔류 연료유를 사용해 왔습니다.

출처: Wikipedia

그리고 해운 산업은 현재 가자와 예멘에서 격화되는 분쟁으로 인해 홍해·수에즈 운하 항로를 피해야 하므로, 한동안 더 많은 오염을 발생시킬 수 있습니다. 이는 유럽과 아시아 간 모든 무역에 수천 마일의 추가 항해 거리를 더하게 됩니다.

한편, 엘니뇨로 인한 파나마 운하 가뭄도 아시아와 북미 간 무역을 더 긴 항로로 우회하도록 만들고 있습니다.

우리는 2023년 12월 21일 기사 “Fossil Fuel Supplies Troubles – Looming Shipping And Energy Crisis”에서 이미 독자들에게 경고한 바 있습니다.

출처: BBC

해운 오염의 서서히 개선

황 배출 감소

가장 오염이 심한 석유인 벙커유 사용으로 해운업은 전 세계 질소산화물의 18~30%, 황산화물의 9%를 배출합니다. 지역에서는 문제가 더 심각할 수 있습니다. 예를 들어 바르셀로나의 크루즈선만으로도 도시 전체 자동차보다 세 배 많은 황 오염이 발생합니다.

새 규정은 이 문제를 해결하기 위해 마련됐습니다. 2020년 1월부터 국제해사기구(IMO)의 새 규칙이 대기 중 허용 황 배출량을 크게 줄였습니다.

이에 따라 해운업은 저유황 연료를 도입하거나 스크러버와 함께 중유를 계속 사용해야 했습니다. 하지만 스크러버는 황을 배기가스에서 제거한 뒤 물로 옮겨 바다에 버리는 경우가 많습니다.

대체 연료

또 다른 선택지는 LNG(액화천연가스)로 전환하는 것입니다. 천연가스는 석유보다 황 배출이 훨씬 적고 탄소 배출도 다소 낮습니다. 문제는 인프라입니다. 대부분의 선박에는 저유황유나 벙커유 대신 LNG를 태울 수 있는 엔진이 없습니다.

어느 쪽이든 저유황유와 LNG 스크러버는 탄소 배출을 크게 줄이지 못합니다.

이 때문에 전문가들은 대체 연료를 잠재적 해법으로 보고 있습니다. 유력한 친환경 연료 후보는 그린 암모니아입니다.

녹색 암모니아 입문

암모니아(NH3)는 세계에서 두 번째로 많이 생산되는 화학물질입니다. 비료로 쓰이며 연소하거나 산화시키면 질소와 물이 생성됩니다.

NH3 +O2 → N2 + H2O

따라서 이상적인 조건에서는 무해한 부산물만 생성한다는 점에서 수소 연소와 어느 정도 비슷합니다.

수소와 달리 암모니아는 H₂보다 훨씬 큰 분자이고 안정적입니다. 그래서 운송과 저장이 훨씬 쉽습니다. 암모니아의 에너지 밀도도 액체수소보다 거의 50% 높습니다.

출처: Kleinman Center For Energy Policy

이상적인 암모니아 경제는 재생에너지로 생산한 이른바 그린 암모니아에 의존합니다. 이는 다른 암모니아 유형과 구별됩니다.

• Grey/brown ammonia: 화석 연료에서 생산된 회색/갈색 암모니아.
• Blue ammonia: 탄소 포집이 포함된 화석 연료에서 생산된 청색 암모니아.
• Pink ammonia (sometimes also called yellow ammonia): 핵에너지에서 생산된 분홍(또는 황색) 암모니아.
• Turquoise ammonia: 메탄 열분해로 생산된 청록색 암모니아. 메탄을 수소와 고체 탄소로 분해하고, 수소를 암모니아로 전환합니다. 고체 탄소는 저장하거나 탄소 섬유와 같은 용도로 사용할 수 있습니다.

해운 친화적인 녹색 연료

암모니아가 해운에서 벙커유와 다른 화석연료를 대체할 좋은 후보인 이유는 물류상의 장점입니다.

수소는 너무 휘발성이 크고 밀도가 낮아 대양 횡단에 사용하기 어렵습니다. 바이오연료는 탄소중립성이 충분하지 않거나 해운업의 막대한 에너지 사용량을 충족하기에는 생산량이 너무 적습니다.

반면 암모니아는 대기압에서 −33°C의 액체로 저장하거나 20°C에서 7.5바 이상으로 가압해 저장할 수 있습니다. 이는 에너지 손실을 크게 제한하고 저장·운송을 위한 자본 투자를 가능하게 합니다.

장기 보관을 포함해 저장이 쉽기 때문에 태양광이나 풍력 같은 간헐적 재생에너지로 생산했다가 나중에 사용할 수도 있습니다.

또한 액체 암모니아를 사용하면 항만이 현재 석유에 쓰는 저장 탱크와 배관 등 기존 인프라를 재사용할 수 있습니다.

해운 중앙집중 구조 활용

새 연구는 암모니아를 친환경 선박 연료로 채택하는 속도를 높일 수 있는 또 다른 사실을 밝혔습니다. 옥스퍼드 지속가능 인프라 시스템 프로그램(OPSIS)과 옥스퍼드 그린 암모니아 기술(OXGATE) 연구진은 해운업 탈탄소화에 필요한 인프라를 조사했습니다.

연료 수요 기준 세계 상위 10개, 50개, 100개 항만을 대상으로 하면 누적 그린 암모니아 수요의 각각 21.3%(21.8%), 45.7%(46.7%), 62.0%(62.6%)를 충족할 수 있다고 연구진은 밝혔습니다.

일부 지역에서는 이 효과가 더 클 수 있습니다. 예를 들면 다음과 같습니다.

“오세아니아, 북아프리카, 남아시아, 동남아시아에서는 연료 수요 기준 상위 10개 지역 항만을 대상으로 하면 수요의 60% 이상을 충족할 수 있다.”

“세계 해운 탈탄소화를 위한 그린 암모니아의 최적 공급”

Jasper Verschuur 외, 2024 Environ. Res.: Infrastruct. Sustain. 4 015001

세계에 항만이 수천 곳 있지만 가장 큰 항만이 교통의 대부분을 처리하고, 가장 크고 연료 소비가 많은 선박에 서비스를 제공하기 때문입니다.

moderately ambitious (MOD-AMB) future scenario & highly ambitious (HIGH-AMB) – 출처: ERIS

연구진은 이 시나리오에서 생산의 대부분을 태양광 발전 효율이 가장 높은 적도와 열대 위도 주변에 집중할 수 있으며, “절대위도 30(40)도보다 높은 지역에서 생산되는 암모니아는 10% 미만”이라고 밝혔습니다.

출처: IOP Science

필요한 투자

옥스퍼드 연구진은 그린 암모니아로 해운 항로를 탈탄소화하는 데 필요한 투자액도 산정했습니다. 비용의 대부분은 암모니아 생산 인프라, 특히 화석연료를 대체할 호주와 중동의 열대·사막 지역 태양광 발전소에 들어갑니다. 총 예상 비용은 약 2조 달러입니다.

막대한 금액처럼 보이지만 기존 방식을 유지해도 업계가 소비할 석유를 탐사하고 정제하는 데 비슷한 설비투자가 필요합니다. 따라서 운송비를 늘리는 문제라기보다 에너지원을 바꾸는 문제입니다.

해운 혁명

해운업은 오랫동안 주로 육체노동과 벙커유 엔진 같은 낡은 기술에 의존해 왔습니다.

This is quickly changing, notably with the arrival of AI in the industry (something we covered in depth in our article “Securing Shipping Lanes Through the Use of Artificial Intelligence”), which will:

• 해상 운항을 더 안전하게 합니다.
• 무인 항해를 가능하게 합니다.
• 항로와 연료 소비를 최적화합니다.

해운업에 다가오는 또 하나의 혁명은 재생에너지와 무공해 연료로의 전환입니다. 현재 가장 유력한 후보는 그린 암모니아입니다. 대규모 태양광, 암모니아 생산·저장 등 핵심 기술이 이미 확립되어 있어 주로 정책과 투자의 문제이기 때문입니다.

실질적인 유일한 대안은 바이오연료 생산의 혁명, 특히 조류 바이오연료일 수 있습니다. 이는 “조류 바이오연료: 다음 에너지 혁명?”에서 살펴봤습니다.

하지만 석유계 연료와 화학적으로 동일한 경우가 많은 3세대 바이오연료가 항공 부문의 탈탄소화에 대량으로 필요할 가능성이 높다는 점을 고려하면, 암모니아는 해운과 어쩌면 트럭 운송의 탈탄소화 노력에서도 중심에 남을 것입니다.

연료 주식으로서의 암모니아

이 목록은 해운업에 그린 암모니아를 도입하는 기업에 초점을 맞춥니다. CF Industries Holdings, Inc. (CF )(CF)나 Yara International ASA(YAR.OL) 같은 암모니아 생산 선도기업은 현재 주로 천연가스로 암모니아를 생산합니다. 하지만 언젠가는 그린 암모니아로 전환할 가능성이 높아 투자자에게 또 다른 선택지가 될 수 있습니다.

1. Aker Horizons ASA

Aker Horizons는 친환경 에너지에 중점을 둔 Aker 그룹의 자회사입니다. Aker는 재생에너지와 해양·해상 사업에 집중하는 노르웨이의 주요 복합기업입니다. Aker Horizons는 탄소 포집, 그린 수소, 재생에너지 등 여러 자회사의 지주회사입니다.

출처: Aker

회사는 특히 수소와 그린 암모니아 생산에 적극적이며 북극권 해운의 탈탄소화를 목표로 합니다.

따라서 Aker는 순수 그린 암모니아 기업은 아니지만 해상 풍력부터 수소 생산, 그린 암모니아 제조까지 전체 수직 통합을 처리할 수 있습니다. 프랑스의 폐기물 에너지화, 독일의 바이오매스 발전소, 중동(사우디아라비아와 UAE)의 탄소 포집 사업도 진행합니다.

이는 그린 암모니아와 해운에서 강한 입지를 갖추면서 다른 친환경 에너지와 지역 다각화까지 포함한 광범위한 친환경 에너지 투자를 원하는 투자자에게 적합합니다.

2. AmmPower Corp.

AmmPower는 모듈식 암모니아 생산 시스템을 제공한다는 점에서 FuelPositive와 비슷하지만 규모가 더 커 기본 모듈이 하루 4톤을 생산할 수 있습니다. 따라서 고객은 1만 에이커 이상의 대형 농장이나 섬유, 냉동, 광업, 제약, 반도체 같은 산업 사업자에 가깝습니다.

표준 컨테이너 기반 모듈식 시스템은 현장 암모니아 생산능력을 단계적으로 확대하려는 항만에도 적합할 수 있습니다.

출처: AmmPower

회사는 수주잔고를 구축하고 있으며 단기 수주 가능액은 3,000만 달러, 52개국에서 690대의 판매 기회가 있는 것으로 추산합니다. 전력비는 암모니아 1톤당 약 360달러로 예상합니다.

모듈식 설계 덕분에 비모듈 방식의 유사 프로젝트가 3~4년 걸리는 것과 달리 1년 이내에 신속히 구축하고 납품할 수 있습니다.

또한 CTEC Energy Sales USA와의 합작으로 폐기물을 암모니아로 전환하는 기술을 개발하고 있습니다.

수소·암모니아 경제로의 진전을 촉진하기 위해 암모니아를 수소로 분해하는 전담 자회사를 설립하고 별도로 추가 자금을 조달할 예정입니다.

대부분의 산업용도와 해운에 적합한 규모를 구현함으로써 AmmPower는 자본 접근성이 높은 고객과 기업을 겨냥합니다. 암모니아 분해 기술과 결합하면 수소와 암모니아를 에너지 운반체로 육성하는 정책에 따라 빠르게 확장할 수 있습니다.

민간 기업

First Ammonia는 해운, 전력 및 기타 운송 분야를 위한 암모니아 생산을 개발합니다.

Solydera도 그린 암모니아 분야에서 활동하는 연료전지 기업입니다. 2023년 10월 KBR과 양해각서(MoU)를 체결했습니다.

다른 그린 수소·그린 암모니아 관련 종목과 암모니아의 기술적 장단점에 대한 심층 논의는 “또 다른 수소 연료 – 그린 암모니아 상위 5개 종목”에서 확인할 수 있습니다.