우리는 건물 벽에 있는 220V 콘센트에 기기를 연결하면 전기를 사용할 수 있는 매우 편리한 세상에 살고 있지만, 전기 에너지가 어떤 과정을 거쳐 우리 곁에 쉽게 접근할 수 있는지 생각해 본 사람은 많지 않다.
자원 빈곤국인 대한민국은 화력 발전소를 통한 전력 생산을 위해 대부분 석탄 천연가스 등 연료를 수입하고 있고 풍력, 태양광 발전 등 재생에너지 조건이 유리한 국가도 아니다. 반면 탄소배출 저감을 위한 국내외 정책과 환경규제, 사회적 합의는 빠르게 강화되고 있어 그 기준과 목표치 달성을 위해 수소(H2), 암모니아(NH3) 등 탄소 성분이 없는 연료의 연소를 통한 발전 기술(LNG 가스터빈에 수소 혼소/전소, 석탄화력 보일러에 암모니아 혼소/전소)이 개발 중이다. 한 나라의 에너지 공급망에 새로운 연료를 도입하는 것은 연소 기술적인 문제와 더불어 연료 가격 등 경제성, 수요에 대응할 수 있는 물량 공급 가능성, 인프라 구축, 생산/이송/저장의 용이성과 안전 등 연료의 수급과 활용까지 전 주기적으로 고려해야 할 점들이 수두룩하다.
수소는 재생에너지원과 더불어 우리가 생각하는 발전용 친환경 연료이지만 위에 언급한 항목들의 어려움으로 수소 캐리어로써 암모니아가 떠올랐고 이를 활용하고자 하는 정책과 기술 개발이 관심받고 있다.
암모니아는 탄소 성분이 없는 연료로써 직접 연소가 가능한 가연성 연료이다. 새로운 물질이 아니라 인류가 그동안 비료 성분으로써 사용했고 석탄화력발전 내 질소산화물(NOx) 감축을 위한 환원제로 사용해 온 오랜 시간 동안 인류 곁에서 사용된 물질이다. 이런 암모니아를 석탄화력발전에서 발생하는 이산화탄소를 감축하기 위해 연료로 사용한다고 해서 특별히 바뀌는 것은 없다. 다만 사용량이 기존 대비 많아지기 때문에 암모니아의 안전성 즉 저장 및 취급의 위험 요소 관리 포인트가 증가하는 것은 사실이다. 또한 독성이 있는 화합물이기 때문에 저장 및 취급 시 안전한 관리가 필수적이다. 암모니아는 누출되었을 때 환경에 유해할 수 있으며 인체에 노출되면 심각한 건강 문제를 일으킬 수 있다. 따라서 엄격한 안전 관리 체계가 필요하며 암모니아 저장 시설의 설계부터 취급 및 운송 과정까지 모든 단계에서 철저한 관리가 요구된다. 최근 발전소에서는 암모니아 누출을 방지하기 위한 감시 시스템과 즉각적인 대응 메커니즘을 도입하여 암모니아의 안전성을 높이고 있다. 이러한 관리 기준 및 시스템 아래 암모니아는 액체 상태에서 상대적으로 안정적으로 저장 및 운송될 수 있어 기존의 천연가스나 다른 화학물질보다 안전한 연료로 취급될 수 있다.
암모니아는 버너를 통해 고온 보일러 내부로 주입된다. 발전용 보일러의 연소실 압력은 음압 (대기압보다 낮은 조건) 상태로 외기가 보일러로 유입되면 되었지 내부 가스가 밖으로 유출될 수 없는 물리적 조건이다. 따라서 보일러 내 암모니아 유출에 대한 우려는 없다. 암모니아 연소 시 N 성분에 의한 NOx 수치가 높게 발생할 수 있고 타지 않고 배출되는 암모니아 성분이 검출될 수 있다. 이를 해결하기 위해 암모니아와 석탄의 혼소 기술은 현재 많은 발전을 이루었고 NOx 배출량은 기존 발전소에서 배출되는 수준을 유지했고 연소되지 않고 배출되는 암모니아는 없다. 발전소마다 NOx 규제치가 달라서 같은 혼소율의 암모니아를 연소한다고 해도 똑같은 기술은 아니며 더 엄격한 규제치를 갖는 발전소에서 혼소하는 것이 더 어려운 기술을 적용했다고 할 수 있다.
암모니아의 안전한 저장, 취급 및 연소 과정에서의 안전성을 보장하는 시스템들이 적용되고 있어 혼합연소 기술은 점점 더 실용적이고 안전한 대안으로 자리잡고 있다. 암모니아 혼소 기술은 앞으로의 석탄에너지 전환 과정에서 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.