조성호 박사, 박성진 기술원, 문태영 박사, 김성주 박사(왼쪽부터)/한국에너지기술연구원 제공 

한국에너지기술연구원 청정연료연구실 문태영 박사 연구팀이 국내 최초로 순환유동층 연소 시스템에서 이산화탄소 발생을 감축시키는 암모니아 혼소 운전 기술을 개발했다.
혼소(Co-firing)는 발전용 연료로 여러 가지를 섞어 태우는 기술로 석탄 발전에서 암모니아를 섞어 태우면 이산화탄소 배출을 줄일 수 있다.
연구팀은 상업용 순환유동층 보일러를 모사한 100 kWth급 순환유동층 연소시스템에서 암모니아를 연료로 활용하는 기술을 개발했다.
암모니아는 무탄소지만 1kg 중 0.8235kg의 질소를 함유한다.
탄소계 고체연료 일부를 암모니아로 대체할 경우 암모니아 혼소율 증가에 비례해 이산화탄소 감축이 가능하지만 질소산화물이 증가하며 연소되지 않은 암모니아가 대기로 배출될 수 있다.
연구팀은 연소로 하부와 유동사 순환 배관에 기체 암모니아를 공급해 혼소 운전 실험을 진행했다.
연소로 하부에서 암모니아 혼소율 10.2%로 운전할 경우 안정적으로 연소로 온도가 유지되면서 배기가스 내 이산화탄소는 10%가 감축되는 것을 알아냈다.
암모니아가 연료 역할뿐 아니라 연소로 내에서 환원제 역할을 수행해 미세먼지 전구체인 질소산화물을 감소시키는 것도 확인했다.
고체연료 연소에서 배출되는 질소산화물 120.5 ppm 대비, 암모니아 혼소율 10.2%와 17.5% 운전에서 질소산화물이 각각 44.7%, 78.6% 감소했다.
연구팀은 “발전 공기업의 순환유동층 보일러 뿐 아니라 순환유동층 열병합 발전소들에서도 온실가스 감축을 위한 연료전환 기술이 필요하고 암모니아 혼소가 대안이 될 수 있다”며 “순환유동층 암모니아 혼소 기술에 대한 기본설계 및 운영기술들을 순수 국산 기술로 확보함으로써 온실가스, 질소산화물의 동시 감축이 가능한 무탄소 암모니아 발전의 원천기술을 확보하는데 기여할 계획”이라고 밝혔다. 

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