▲ 한국기계연구원에서 암모니아 연료로 100시간 연속 운전을 마친 에이치앤파워(주)의 3kW급 SOFC 시스템

수소연료전지 전문기업 에이치앤파워(주)가 암모니아를 연료로 고체산화물 연료전지(SOFC)를 장시간 가동하는 실증에 성공해 무탄소 분산전원 시장 공략에 적극 나선다는 계획이다.

에이치앤파워(대표이사 강인용)는 한국기계연구원과 공동 수행 중인 산업계지원형 기본사업(ACE과제)를 통해 자사 3kW급 고체산화물 연료전지(SOFC) 시스템에 암모니아를 직접 공급해 100시간 이상 연속 운전하는 데 성공했다고 29일 밝혔다.

직접암모니아 연료전지(DAFC)는 별도의 외부 수소 추출 설비 없이 SOFC 내부의 열로 암모니아를 분해하며 발전한다. 에너지 전환 단계가 줄어서 시스템 고효율 달성에 유리하고 이산화탄소(CO2)를 배출하지 않는 무탄소 발전 기술이다.

양 기관은 지난해 1차 협력을 통해 암모니아 직접 투입 시험 운전으로 DAFC의 구현 가능성을 확인했고, 올해 2차 협력에서는 연료 공급부터 시동, 정격 운전, 내구성까지 실제 운전 전 과정을 검증했다. 에이치앤파워는 부품 최적화와 제어·시스템 통합을, 한국기계연구원은 시동장치와 운전조건 최적화, 인공지능(AI) 건전성 기술을 맡았다.

암모니아는 불이 잘 붙지 않아 연소가 불안정하고, 분해되지 않은 채 연소되면 질소산화물(NOx)이 많이 발생한다. 부품 질화에 따른 수명 저하도 난제로 꼽힌다. 이에 양 기관은 전기 가열식 암모니아 분해장치를 적용해 시동과정에서 암모니아를 연소했으며, 역화 없이 암모니아만으로 정격 출력에 도달했다. 또 스택에서 반응하고 남은 가스만으로 열을 공급하는 운전 조건을 찾아, 버너 연료 없이 3.1kW 출력을 확인했다.

7월 내구 시험에서는 평균 3.18kW 출력으로 100시간 이상 연속 운전하는 동안 출력 저하가 거의 나타나지 않았다. 기계연구원이 개발한 전기가열식 암모니아 분해장치는 약 19분 만에 전환율 85%에 도달하고 최대 99% 이상의 전환율을 달성했으며, AI 기반 이상 감지 알고리

즘 검증도 시작됐다.

에이치앤파워는 ‘NG-암모니아 하이브리드 SOFC’ 기술에 대한 특허를 출원했다. 암모니아 공급 인프라가 갖춰지기 전에는 도시가스로, 공급이 가능해지면 암모니아로 연료를 전환할 수 있어, 기존 천연가스 SOFC 플랫폼을 유지한 채 단계적으로 무탄소 발전에 진입할 수 있다.

최종 목표는 점화까지 암모니아에서 얻은 수소로 대체해, 암모니아 하나로 시동부터 발전까지 수행하는 ‘원퓨얼(One-fuel)’ 시스템이다. 에이치앤파워는 이를 위한 ‘저압 암모니아 연료 공급 SOFC’ 특허를 이미 확보했으며, 본 과제를 통해 ‘암모니아 연료 기반 시동을 위한 열분해장치’ 관련 원천특허도 추가로 확보할 계획이다.

현재 버너와 열분해장치 일체화를 통한 시동 전력 최소화, 장기 내구성 검증이 남은 과제로, 양 기관은 올해 말 과제 종료 시점에 종합적인 성과를 공개할 예정이다.

강인용 에이치앤파워 대표는 “하이브리드 기술로 시장 진입 문턱을 낮추고 DAFC를 완성하여 선박, 암모니아 인프라 시설 등 무탄소 분산전원 시장을 선도하겠다”고 밝혔다.