부산대·피센트, 암모니아 100% 연소 버너 개발 성공

1MWt급 장치 성능시험서 배출량 확인
질소산화물 85ppm 이하로 억제
선박·항만·발전 분야 적용 추진

부산대학교 청정화력발전에너지연구소와 ㈜피센트가 공동 개발한 1MWt급 암모니아 전소 버너에서 화염이 형성된 모습. 이 버너는 암모니아 100% 연소 조건에서 질소산화물과 미연소 암모니아, 아산화질소 배출을 낮은 수준으로 억제하는 성능을 확인했다. (사진=부산대 제공)

부산대학교와 ㈜피센트가 암모니아만을 연료로 사용하는 1MWt급 버너를 개발하고 성능시험에서 주요 유해물질의 배출량을 낮추는 결과를 얻었다. 암모니아만으로 연소하는 기술의 성능을 확인하면서 산업 현장에 적용하기 위한 후속 개발에도 나설 예정이다.

부산대 청정화력발전에너지연구소(PCERI)와 연구소의 기술사업화 기업인 ㈜피센트는 한국전력공사 전력연구원에서 진행한 시험을 통해 암모니아 전소 버너 'P-NH3 BNR'의 성능을 확인했다고 28일 밝혔다.

측정 결과 질소산화물(NOx)은 85ppm 이하였으며, 연소되지 않고 남은 암모니아와 아산화질소(N₂O)는 각각 5ppm 이하로 나타났다. 암모니아만 사용한 조건에서 세 물질의 발생을 함께 억제했다는 점이 이번 개발의 핵심이다.

암모니아는 탄소를 포함하지 않아 연소 과정에서 이산화탄소가 직접 발생하지 않는 연료다. 다만 불꽃을 안정적으로 유지하기 어렵고, 연소 과정에서 질소산화물과 아산화질소 등이 생길 수 있다는 기술적 과제가 있다.

특히 아산화질소는 온실효과가 큰 물질이며, 연료가 완전히 타지 않을 경우 암모니아가 배출될 수 있다. 이번 장치는 이러한 문제를 동시에 줄이는 방향으로 개발됐다.

부산대 연구진은 기초기술을 마련하고 피센트는 이를 실제 장치 개발로 연결했다. 양측은 이번 시험 결과를 토대로 선박과 항만시설, 발전설비, 산업용 열공급 장치에 맞는 제품을 용량별로 개발할 계획이다.

배출 성능을 더 개선하기 위한 연구도 이어진다. 질소산화물 발생량을 추가로 낮추는 한편, 선급과 관련 인증기관이 참여하는 시험·인증 기준 마련에도 협력할 방침이다.

전충환 부산대 청정화력발전에너지연구소장(기계공학부 교수)은 암모니아 연소 기술에서 불꽃의 안정성과 여러 배출물질을 함께 관리하는 것이 중요하다며, 이번 시험이 대학에서 개발한 기술의 산업적 활용 가능성을 보여줬다고 설명했다.

이병화 피센트 대표(부산대 청정화력발전에너지연구소 연구교수)는 버너의 적용 범위를 무탄소 보일러와 발전설비 등으로 넓히고, 축적된 시험 자료를 기자재 인증체계 마련에도 활용하겠다는 구상을 밝혔다.

향후 기술 적용을 위한 산업계 협력도 추진된다. 부산대와 피센트는 한국남부발전을 비롯한 국내 발전사, 한국전력기술, 선박 기자재 기업, ㈜파나시아, 효성중공업㈜ 등과 연계해 무탄소 보일러와 분산발전, 암모니아 크래커 관련 에너지 시스템에 개발 기술을 활용할 계획이다.

부산=김성욱 기자