[공학저널 김하늬 기자] 최근 에너지 비용과 효율이 산업계에서 중요한 이슈로 떠오르면서 에너지 절약 기술에 관한 관심이 더욱 높아지는 추세다. 특히 21세기에 들어서서는 환경문제 개선을 위해 저녹스 성능과 연소장치의 고효율까지 요구되는 새로운 연소기술이 주목받고 있다.
일반적으로 연료를 태울 때 높은 화염 온도 때문에 연소용 공기 중의 질소와 산소가 반응해 질소 산화물(NOx)을 배출하게 되는데 이는 초미세 먼지의 전구물질로, 환경을 위해서는 NOx가 적게 배출되는 산업용 버너가 요구된다.
이에 그동안 초저녹스 연소기술은 배기가스가 배출되는 연도와 버너 사이에 추가의 송풍기를 설치해 배기가스 일부를 흡입하는 ‘FGR(Flue Gas Recirculation)’ 특화 기술이 미국에서 개발돼 우리나라를 포함해 중국 등 초저녹스 성능이 요구되는 대부분의 국가에 전파됐다.
이 기술은 연소용 공기와 별도로 공급하거나 연소용 공기를 공급하는 송풍기 흡입 측에 배기가스 연도와 연결하는 별도의 배관을 설치하는 방식으로 배기가스를 연소용 공기와 혼합된 상태로 연소함으로써 화염온도를 낮춰 NOx 발생까지 줄이는 기술이다.
하지만 이러한 기술은 별도의 외부 배관이나 송풍기를 추가 설치해야 한다는 점에서 비용과 시간이 추가돼 효율적이지 못하다는 한계가 있었다.
이에 국내 산업용 버너 개발 기업인 ㈜수국은 별도의 송풍기나 배관 설치 없이 버너 내부에서 연소 가스가 연소용 공기에 혼합되는 ‘FIR’ 기술을 세계 최초로 상용화해 화제를 모았다.
이 기술은 기존 FGR 기술과 동등한 저녹스 성능이지만 에너지 효율은 더 높은 저녹스 연소기술로 국내 시장뿐만 아니라 2017년부터 시작된 중국의 저녹스 버너 시장에서도 선진국 기술보다 우수한 기술로 인정받고 있다.
이러한 기술을 개발한 수국은 지난 1982년 섬유사업으로 시작해 88서울올림픽 대비 대기질 개선을 위한 수도권 빌딩 난방용 연료를 벙커C유에서 천연가스로 대체하는 정부 정책에 발 빠르게 대응하며 1987년 강제혼합식 가스버너 제조 허가를 국내 최초로 획득함에 따라 산업용·대용량 보일러용 천연가스버너 시장을 주도하기 시작했다.
또한, 2006년부터 2020년까지 진행된 정부의 대기 환경 개선사업의 일환으로 기존 천연가스버너를 저녹스 천연가스버너로 교체하는 시장에서도 42% 점유율을 차지하며 실용적 측면에서 우수한 저녹스 연소기술을 보유한 기업으로 손꼽히고 있다.
수국 박재언 대표이사(사진)는 “그간 산업용 연료 사용 비율의 절반을 차지하는 산업용 보일러에 국한된 버너 생산 판매가 수국의 주요 사업 분야였다면, 향후 나머지 산업용 연료 사용 분야의 요로 설비용 버너까지 확장하기 위한 기술 개발을 수행할 예정”이라고 말했다.
특히 수국은 천연가스용 저녹스 버너와는 별개로 세계에서 가장 큰 부생 수소 연소용 버너 시장인 중국 시장에서 2002년부터 순도 99.8% 이상 수소를 안전하게 태우는 수소 버너를 10만 kcal/h부터 700만 kcal/h까지 모든 용량의 다양한 수소 전소 및 혼소 버너를 거의 독점적으로 공급해 왔다.
이는 총 누적 수량 140대가 넘는 실적으로, 수국은 축적된 수소 버너에 대한 경험과 기술을 바탕으로 탈 탄소 정책으로 다가오고 있는 수소 버너 시장에서도 활약할 예정이다.
이러한 수소 화염 분야는 천연가스 화염에 비해 화염온도가 높기 때문에 NOx 발생량이 3배가량 높게 나타난다. NOx배출 기준은 연료에 따라 다른 기준을 적용할 수 없어 결국 실용적인 수소버너는 현재의 천연가스 배출 기준을 만족하는 저녹스 성능을 발휘해야 한다는 것이 정설이다.
이에 수국은 기존에 세계에서 가장 많은 수량의 부생 수소버너를 공급한 경험과 세계 최고 수준의 천연가스 저녹스 버너 기술력을 바탕으로 수소 저녹스 버너 상업화 기술이 이미 완성된 상태이므로 하루빨리 수소공급이 본격적으로 시작되기를 기다리고 있다.
이외에도 수국은 최근 산업용 버너 분야뿐만 아니라 열풍기·온풍기 분야 기술 개발에도 앞장서고 있다. 한국에너지기술연구원과 직화식 열풍 발생 장치인 건조로나 열풍기 등 분야에서 세계 시장 점유율 1위를 차지하고 있는 미국 MAXON 사의 제품을 대체할 동등 성능의 제품을 개발해 섬유 텐타기 제조사인 동아기계의 제품에 적용·테스트하는 작업을 수행하고 있는 것이다.
박 대표는 “현재 수소 저녹스 버너 개발과 실증의 가장 큰 걸림돌은 미미한 수소 공급망이다. 산업용 버너의 용량은 가정용의 100배 1000배 이상의 용량인데 이러한 수소 생산 설비가 마련이 되어 있다 하더라도 공급망이 균형을 이룰 만큼 마련되지 않아 실증이 어려울 것으로 보인다”며 “수소 공급망 확충이 수소 생산 설비 확충과 균형을 이루면서 진행되는 정책이 필요하다. 이에 발맞춰 암모니아 저녹스 버너 개발, 피드포워드 방식의 자율 공연비 운전 버너 시스템 개발 등 관련 연구개발을 꾸준히 수행할 것”이라고 전했다.
