가정용 수소 보일러 - gajeong-yong suso boilleo

日 린나이, 세계 최초 가정용 수소보일러 개발

2030년경 시장 투입

가정용 수소 보일러의 콘셉트 모델을 소개하는 나이토 히로야스 사장.

[가스신문 = 강동수 일본특파원] 일본 린나이는 지난달 세계 최초의 수소 전소 가정용 보일러 개발에 성공했다고 발표하고 린나이기술센터에서 컨셉 모델을 보도진에 공개했다.

수소의 이익 활용에서 선행하고 있는 호주, 뉴질랜드, 영국 등에서 2030년경의 시장 투입을 목표로 한다. 상품화를 향해 11월부터 호주에서 실증실험을 할 예정이다.

린나이는 호주의 가스공급회사 AGIG의 제안에 따라 2019년부터 개발을 진행해왔고 이미 호주의 가스검정기관이 컨셉 모델 평가시험을 하고 있다. 수소를 활용하는 모델하우스를 AGIG가 빅토리아주에 짓고 급탕용 2대, 난방용 2대를 설치한다. 2~3년 정도 실증을 한 후 장기사용에 의한 내구성 및 신뢰성을 검증해 양산화할 계획이다.

수소는 연소 시 CO₂를 배출하지 않으나 연소속도가 천연가스 보다 약 8배 빨라 일본에서 사용되는 급탕기의 분젠버너로 연소시키면 저부하에서는 버너 내부에 화염이 들어가는 역화현상이 발생하기 쉽다. 린나이는 이 역화를 억제하는 수소전용버너를 개발했다.

표면연소버너를 채택하고 소재로는 미세한 금속을 적층시켜 다진 소결금속을 활용하면 내열 금속섬유를 니트 형태로 짠 메탈 니트버너보다 더 미세한 눈(100분의 1밀리 정도)의 버너를 만들 수 있는지 확인했다. 이 소재에 판금 슬릿을 조합해 역화가 발생하지 않도록 했다. 소결 금속의 밀도나 선경, 두께, 슬릿 폭 등을 바꾸어 역화 억제 검증을 거듭하여 효과를 확실시 인정했다.

또 소결금속을 이용한 프레임 트랩도 개발했다. 수소·공기는 통과시키되 화염은 차단하도록 해 역화 발생 시 화염 전파를 억제하면서 버너에 공급하는 수소·공기의 압력 손실을 억제할 수 있도록 했다.

지금까지 쌓아온 급탕 제어 기술과 지식을 조합해 천연가스 사양과 동등한 급탕 성능이나 열효율을 실현했다. 수소 공급 인프라가 정비될 때까지는 천연가스 연료로 사용할 수 있다. 연료공급부 분량의 부품(오리피스) 교체와 마이컴 내 데이터 변경만으로 작업시간 30분 이내에 수소연료로 전환된다.

린나이는 지난해 11월, 2050년에 그룹의 사업 활동과 일상품 사용으로부터의 CO₂ 배출 실질 제로를 목표로 하는 CN 선언 ‘RIM 2050’을 발표했다. 2020년 시점에서 자사 제품에 사용되는 에너지는 메타네이션과 프로모션을 통한 탈탄소 가스, 재생에너지 전력, 수소가 될 것으로 예상하고 기술개발에 주력하고 있다.

탈탄소화에 대한 세계적인 움직임이 가속화하는 가운데 수소 연소기술 개발을 진행해 각국에서 탄소중립 실현을 위한 수소 활용 니즈가 높아졌을 때 즉각적으로 대응할 수 있도록 한다.

[월간수소경제 박상우 기자] 일본의 가스기기 전문업체인 린나이가 세계 최초로 가정용 수소보일러를 개발했다.

린나이는 최근 수소를 동력으로 하는 가정용 수소보일러를 세계 최초로 개발하는 데 성공했다고 밝혔다.

수소는 연소속도가 천연가스보다 8배 빠르고 저부하에서는 분출 속도가 느려 버너 내부에 화염이 들어가는 역화현상이 발생하기 쉽다.

일본에서 주로 사용되는 분젠연소방식의 버너는 변형되기 쉽고 역화에 약하며 판금의 이음새에서 수소가 누출되기 쉬워 수소보일러에 적합하지 않다. 또 전1차연소방식의 버너도 저부하에서 역화가 발생했다.

린나이는 미세한 금속을 적층시켜 다진 소결금속과 판금슬릿을 조합한 수소 전용 버너 개발에 착수했다.

역화내성, 화염보염성, 화염균일성, 버너온도, 통과저항에 있어서 수소에 최적인 버너조건을 설정해 소결금속의 밀도, 선경, 두께의 다양한 조합, 판금슬릿의 폭과 패턴의 다양한 조합을 시험해 저부하까지 연소할 수 있고 화염안정범위가 넓은 버너를 개발했다.

또 버너바디의 역화에 대한 안정성을 확보하기 위해 공기를 팬으로 보낸 후 수소를 혼합하는 방식으로 하고 가연가스 용적을 줄여 버너 내부에 화염이 전파되어도 폭발에너지를 작게 억제할 수 있게 했다.

이를 통해 기존 가스보일러와 동등한 급탕성능을 달성했을 뿐 아니라 수소버너, 버너바디, 가스컨트롤, 팬 등 모든 요소가 천연가스, 수소를 가리지 않고 사용할 수 있어 시장이 가스사양에서 수소사양으로 바뀌는 과도기에도 전환이 쉽다.

린나이는 수소보일러 상품화를 위해 지난 5월 AGA(호주가스협회)에 평가를 의뢰했으며 11월부터는 호주 가스인프라그룹인 AGIG가 호주 빅토리아주에서 추진 중인 수소하우스에 프로토타입 2대를 설치해 2~3년간 실증을 진행한다.

린나이는 실증을 통해 장기사용에 따른 내구성과 신뢰성을 검증하고, 양산화를 추진해 오는 2030년 일본, 호주, 뉴질랜드, 영국 등에 출시한다는 계획이다.

2019 년 네덜란드 로젠부르크에서 세계 최초의 수소 가스 (가정용) 보일러가 가동되었습니다.

이 보일러는 제조업체인 BDR Thermea Group과 북미 회사 ECR International의 모회사가 개발했습니다.

BDR의 임무는 이산화탄소 (CO2) 배출이 거의 없는 난방 및 온수 솔루션을 개발하고 생산하는 것입니다.

획기적인 보일러는 이산화탄소를 방출하지 않고 풍력이나 태양 에너지로 생성된 순수한 수소를 연소시킵니다.

지속 가능성에 전념(Firmly committed to sustainability)

BDR Thermea Group의 CEO 인 Bertrand Schmitt는 “수소 보일러의 개발은 탈 탄소 가열을 위한 BDR Thermea Group 솔루션의 일부입니다. 우리는 현재 고효율 가스 보일러, 히트 펌프 및 열 네트워크와 같은 다양한 기술을 제공하고 있으며 현재 수소 보일러 및 연료 전지도 제공합니다. 지속 가능하게 생산된 수소는 미래에 중요하고 잠재적으로 매우 흥미로운 에너지 운반체라고 말합니다"

"풍력과 태양 에너지가 겨울과 같이 가장 필요한 시기에 항상 즉시 이용 가능한 것은 아니기 때문에 지속 가능한 생성 에너지를 더 오랜 기간에 걸쳐 저장하려는 경우, P2P (Power to Gas)는 피할 수 없고 필요한 기술입니다 . 새로운 수소 보일러와 연료 전지 장치를 통해 우리는 건축 환경을보다 지속 가능하게 만들기 위해 최선을 다하고 있습니다.”

Exploring more pilots

BDR 테르 메아 그룹의 CTO 인 피터 스넬 (Peter Snel)은“수소 보일러의 작동 원리는 천연 가스로 작동하는 보일러와 동일하다"

앞으로, 천연 가스 파이프 라인을 통해 수소 공급이 가능하다면 기존 가스 보일러를 수소 보일러와 같은 방식으로 교환 할 수 있을 것입니다.

그렇기 때문에 네트워크 사업자와의 협력이 BDR Thermea Group에 매우 중요합니다.

로젠 부르크의 파일럿 외에도 영국에서 대규모 시범 프로젝트에 참여할 것입니다. 향후 2 년 동안 400 개 이상의 수소 보일러가 설치 될 것입니다.

북미 시장

“최초 100 % 수소 동력 보일러를 개발하는 것은 모회사의 놀라운 성과이지만, 그 여행은 수소와 천연 가스의 하이브리드 연료 혼합물로 작업함으로써 시작되었습니다. 여기 북미에서는 다양한 비율의 천연 및 수소 연료의 혼합 연료에 중점을두고 있습니다.”

Utica 및 Dunkirk 보일러 브랜드의 ECR International 제조업체 인 Ron Passafaro CEO는 말했습니다.

우리는 이산화탄소 배출량을 크게 줄이는 수단으로 천연 가스에 관심이있는 많은 북미 이해 관계자들과 협력하고 있습니다. 핵심은 현재 및 레거시 어플라이언스가 이러한 연료 혼합물을 안정적으로 연소 할 수 있음을 입증하는 것입니다.

파사 파로는“우리는 모든 이해 관계자와 협력하여 환경에 긍정적 인 영향을 미치면서 북미의 풍부하고 신뢰할 수 있으며 비용 효율적인 천연 가스 자원을 현명하게 활용하기를 기대한다”고 말했다.