오염물질 배출없는 '암모니아' 연소 기술 개발 시작 > 질문답변

에너지연구원, 타 연료와 혼합없이 순수 암모니아 이용 '연소 기술' 개발무탄소 연료 암모니아 직접 이용으로 탄소 중립 기여[대전=뉴시스]에너지연구원이 개발에 나선 암모니아-공기 연소(왼쪽)와 및 암모니아-공기-석탄 혼소. *재판매 및 DB 금지[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 한국에너지기술연구원은 신연소발전연구실 이민정 박사 연구팀이 국내 처음으로 오염물질 배출없는 100% 무수 암모니아를 이용한 연소기술 개발에 나선다고 29일 밝혔다.무수 암모니아(anhydrous ammonia)는 질소와 수소로 구성된 액체 및 기체 상태의 순수 암모니아로 수용액 상태와 구별키 위해 무수(無水) 암모니아라 부른다.무탄소 연료인 암모니아는 수소보다 폭발 위험성이 적어 안정성이 높으며 세계적으로 기반 인프라가 잘 갖춰져 있어 경제성 확보도 쉽다.하지만 암모니아는 기존 LNG연료 대비 50% 수준의 낮은 발열량과 20% 수준의 연소속도를 보여 연소 안정성 확보가 어렵고 연료에 포함된 질소 원자로 인해 고온의 연소환경에서는 질소산화물(NOx) 배출이 증가하는 문제가 있다.이민정 박사팀이 개발에 나선 기술은 ▲높은 TDR을 갖는 연료노즐 설계 ▲폐열을 이용한 암모니아 수소 분해 기술 ▲연료 다단연소 기술 등으로 이를 통해 연소 안정성 확보는 물론 NOx 생성을 억제한다는 방침이다. TDR(Turn Down Ratio)는 연소기의 운전범위을 수치적으로 나타낸 최소값 대비 최대값(유속 또는 열부하)의 비율이다.연구팀에 따르면 암모니아는 LNG연료 대비 가연한계가 좁고 연소속도가 낮기 때문에 화염 안정성을 확보키 위해서는 높은 TDR의 연료노즐 설계가 필요하다.이를 위해 연구팀은 연료노즐 주위의 유동특성과 반응이 시작되는 화염선단의 연소 특성을 고려해 화염 날림 또는 화염 꺼짐 현상을 적절히 제어할 수 있는 연료노즐 설계에 대한 연구를 시작할 예정이다.또 연구팀은 버려지는 고온의 폐열을 이용해 기존 연소 공기 예열 기술뿐만 아니라 연료 예열을 통한 암모니아 부분분해 기술을 확보한다는 계획이다.연료 예열을 통해 연소시스템의 열효율을 향상시킬 수 있으며 암모니아의 일부를 반응성이 좋은 수소로 전환시켜 암모니아·수소 혼합연료로 연소속도 향상과 높은 TDR을 확보할 수 있다는게 연구팀의 설명이다.이와 함께 연구팀은 질소산화물 억제를 위해 공기 다단연소 방식을 택하는 일본, 영국과는 달리 암모니아 연소 시 연료 다단연소 기술을 적용할 방침이다.연소기에 투입되는 연료를 1차와 2차로 공급해2차 연소에서 암모니아 유량을 효과적으로 제어, SNCR 프로세스(질소 산화물을 무해 질소와 물로 환원시키는 기술)를 극대화한다는 복안이다.이 기술은 국내 온실가스 배출의 87%를 차지하는 에너지 부문 연료 연소 시스템의 무탄소 연료 전환에 적용 가능하며 특히 가스터빈, 화력발전, 철강 가열, 석유화학 및 정유공정 부문서 탄소 배출량 저감에 기여할 것으로 기대된다.이민정 박사는 "기존 연료와 혼합없이 100% 암모니아만을 이용한 연소기술 개발은 국내 첫 시도다"며 "무탄소 연료 암모니아 연소기술 개발을 통해 탄소감축에 크게 기여할 수 있을 것"이라고 말했다.