KITECH 생산기술 전문지

현재 미세먼지 및 온실가스로 인한 대기 환경오염 및 이에 따른 기후변화 문제가 크게 대두되고 있으며 유해가스(NOx, CO2)를 효과적으로 저감하기 위한 다양한 연구들이 진행되고 있다. 특히 다양한 산업 분야에서 주로 사용하고 있는 화석 연료를 대신하여 무탄소 연료로 전환하는 연구들이 활발히 이루어지고 있다. 무탄소 연료는 연료 조성 내 탄소 계열 성분의 부재로 인해 연소 반응 시 연료 함량 증가에 따라 발생하는 이산화탄소가 감소 또는 발생되지 않으며 단순이 수분만 발생하게 된다. 화석연료 및 무탄소 연료 연소 반응 이론방정식은 다음과 같다. 향후 화석 연료에 대한 의존도는 대폭 감소할 것으로 예상되나 여전히 전력 및 열원 생산을 위한 주요 에너지원으로 화석 연료가(천연가스 및 석탄) 큰 비중을 차지하고 있다. 화석 연료 연소 시 배출되는 가스 및 입자 등 유해물질로 인해 대기환경 오염이 심화됨에 따라 이에 대응하기 위해 대기환경보전법 내 배출허용 기준을 강화하고 배출 부과금 제도가 시행되고 있다. 무탄소 연료 역시 구체적 환경 규제 및 법규는 미비하나 현재 화석 연료 배출허용 기준에 준하여 기술 개발을 진행중에 있다. 하지만 화석 연료 대비 무탄소 연료 사용에 따라 이산화탄소가 감소하는 반면에 무탄소 연료, 특히 수소 연료 특성에 의해 연소 시 NOx 배출량이 증가하는 단점을 가지고 있다. 화석 연료와 수소 혼소 시 수소 혼소율 70% 이상부터 급격히 증가하며, 수소 전소 시 화석 연료 대비 약 3배 이상 증가한다. 따라서 증가하는 NOx 감축 기술 개발이 필요하며 이 외 수소 연료 연소에 따른 역화, 과열, 화염 온도 및 전파속도 등 고려해야 될 특성들이 존재한다. 본 전문지에서는 수소 연소기술 개발을 위해 필요한 과정 중 하나인 수소 연료 특성에 대해 검토하고자 한다.

키워드 수소, 연소, 전소, 질소산화물, 이산화탄소