수소 버너
산업 공정의탄소 저감을 위한
수소 기반 열원
산업 어플리케이션
수소는 산업 전반의 에너지 전환을 이끄는 핵심 동력으로 자리잡고 있습니다. 사업 현장에서 기존에 사용되던 화석 연료를 대체하며 탄소배출량에 크게 기여합니다.
Industrial Applications
높은 에너지 밀도를 지닌 수소는 대용량·장기 저장이 가능하며, 열과 전력 등 필요한 형태로 언제든 변환될 수 있습니다. 제조, 제철, 항만, 발전에 이르기까지 다양한 산업에서 화석연료를 대체하며 내일의 에너지 전환을 앞당깁니다.
산업 공정의 탄소 저감을 위한 수소 기반 열원
수소 버너는 수소와 산소의 연소반응으로 열을 발생시키는 저탄소 산업용 열원입니다.
자동차 공정에서
기존 LNG 버너를 대체하여 이산화탄소 배출을 저감시키며, 희박 연소 방식을 적용해 질소산화물(NOx) 배출을
최소화했습니다.
현대자동차는 10만 kcal/h 급 수소 버너의 개발과 성능 검증을 완료했으며, 현대로템과 함께 100만 kcal/h급 수소 버너를 공동 개발하여 적용을 앞두고 있습니다.
Step 01
수소와 공기가 희박 연소 조건에 맞춘 최적 비율로 제어되며, 버너 노즐을 통해 연소실로 분사됩니다.
Step 02
점화된 수소-공기 혼합물이 화염을 형성하며, 이산화탄소 배출 없이 열에너지를 생성합니다.
Step 03
화염의 열에너지에 의해 가열된 순환 공기는 덕트를 통해 도장 오븐 내부로 공급됩니다.
Step 04
고온 공기가 차체 표면의 도막을 균일하게 경화시켜 도장 품질을 확보합니다.
Step 05
사용된 고온 공기의 일부를 회수해 재가열 후 다시 공급함으로써 에너지 효율을 높입니다.
01 05 5단계 중 1단계
수소 버너는 자동차 도장 오븐에 우선 적용되었으며, 이를 시작으로 고온 열원이 필요한 자동차 제조 공정 전반으로 적용 범위를 확대해 나갈 계획입니다.
수소 버너는 공기를 목표 온도까지 직·간접적으로 가열해 자동차 도장막을 균일하고 신속하게 건조하고 경화시킵니다.
수소 버너를 통해 생성된 열은 RTO 공정에서 배기가스를 800~850℃까지 가열하는 데 활용되며, 유해물질(VOCs)을 완전 연소시키고 사업장의 열에너지 효율 향상에 기여합니다.
공조기는 실내 온도와 습도를 조절하는 공기 처리 장치로, 수소 버너 적용 시 외기를 신속하게 가열해 실내로 공급할 수 있습니다.
수소 버너에서 발생한 고온 배기가스가 수관의 물을 가열하며, 이때 생성된 증기나 온수가 사업장 곳곳에 공급됩니다.
항만의 화석연료 의존도를 낮춘 저탄소 물류
디젤 연료로 움직이는 항만 장비들의 장시간 운행으로, 대기 오염이 심한 항만 구역에 수소에너지 기반 솔루션을 제공합니다. 연안과 터미널, 배후지 운송까지 아우르는 수소 기반 애플리케이션을 도입하여, 화물 운송의 연속성은 유지하면서도 항만의 탄소 배출은 효과적으로 줄여나가고 있습니다.
현대로템과 현대자동차는 항만 자동화 부두에서 운행되는 무인이송장비(AGV)의 동력원을 수소연료전지로 전환해, 스마트 물류를 넘어 저탄소 물류 경쟁력을 확보하고자 합니다.
이를 위해 기존 고전압 배터리 기반 AGV 시스템에 수소연료전지와 수소저장탱크를 통합한 파워팩을 적용해 실증을 진행하고 있습니다.
수소연료전지 항만 AGV는 배터리 대비 약 1.6톤의 중량을 경감하여 에너지 효율을 높이고 야드 포장 부담을 줄입니다.
또한, 하이브리드 운영 알고리즘을 개발해 연료전지를 주 동력원으로, 배터리를 보조 동력원으로 제어할 수도 있도록 하고 있습니다.
효율적인 저탄소 전력 생산
건물이나 대규모 산업시설에 필요한 전기를 생산·공급하는 수소 발전은 차세대 분산전원으로 주목받고 있습니다.
전력 소비가 많은 지역에 안정적으로 전력을 공급하는 것은 물론, 재생에너지 발전 비중이 높은 지역에서 발생하는 잉여전력을 활용하는 방안으로도 활용 가치가 높습니다.
모듈을 직·병렬로 통합해 전력 규모를 유연하게 조절할 수 있는 시스템. 계통 연계, 중대형 건물 및 소규모 분산 발전 등에 활용 가능합니다.
100kW/70kW
50 %
이상
217 가구 규모
92% 가동 기준
| 일반 사양 | 연료전지 타입 | PEMFC(수소 연료) |
|---|---|---|
| 최대 출력 | 100kW (효율 50% 이상) | |
| 정격 출력 | 70 kW | |
| 운전 방식 | 계통연계 | |
| 전기 효율 | 50%(LHV) 이상 | |
| 제원 | 크기 |
발전부 1,300 x 1,500 x 2,300mm (1,400kg) 전력변환부 1,000 x 1,500 x 2,340mm (1,400kg) |
| 전기사양 | AC 380V (3상 4선식, 60HZ) | |
| 통신지원 | 이더넷(TCP/IP) 및 시리얼(RS-485) | |
| 설치환경 | 연료 |
연료: 수소 (ISO 14687-2 / SAE J2719) 공급 압력: 7~9 bar 연료 공급: 파이프라인 기반 배관 연결 |
| 기타 |
실내·외 설치 가능, 강제배기식(PE) 부동액 또는 시수를 활용한 냉각 방식 (별도 설비 필요) |
|
| 인증 | 인증 | KGS AH371 |
| 활용 | 분야 | 건물용 자가 발전 소규모 분산 발전 |
※ 명시된 Net 출력은 연료전지 스택 및 시스템의 초기 상태(BOL)에서 측정된 성능 기준값입니다.
※ 발전 어플리케이션에서는 장시간 연속운전이 요구되며, 연료소모량이나 기기수명 등의 경제성을 높이기 위해 최대출력이 아닌, 고효율 및 고내구에 최적화된 적절한 포인트에서 운전되도록 설계되었습니다.
현대자동차에서 개발한 100kW 수소연료전지 발전기는 수소전기차에 적용된 수소연료전지의 빠른 시동성과 민첩한 출력 조절 기능을 활용하여, 전력 수요 변화에 신속하고 유연하게 대응할 수 있는 솔루션입니다.
수소연료전지 발전기는 뛰어난 공간 효율성을 갖추어, 도심지나 건축물 내에 직접 설치해 전력을 공급할 수 있어 송전망의 제약을 받지 않습니다.
또한 빠른 발전량 조절이 가능해 가상발전소(VPP, Virtual Power Plant) 환경에서 태양광 등 재생에너지의 변동성을 보완할 수 있는 미래 분산 발전 솔루션입니다.
가상발전(VPP, Virtual Power Plant): IT 기술을 활용하여 물리적으로 떨어져 있는 여러 소규모 발전소들을 하나의 큰 발전소처럼 제어 및 운영하는 시스템
수소연료전지 발전기는 정전 시 디젤 발전기를 대체해 비상 상황에서 전력을 신속하게 공급합니다.
배터리 대비 장시간 운전이 가능하며, 저소음·저배출 특성으로 실내외 다양한 환경에서 비상 전원용 발전 솔루션으로 활용될 수 있습니다.
H-ESS는 태양광이나 풍력처럼 날씨에 따라 출력이 달라지는 재생에너지를 수소로 변환해 저장했다가, 에너지가 필요할 때 수소 발전기를 통해 전기로 전환해 사용하는 대용량 에너지 저장 시스템입니다.
기존 배터리 ESS 대비 뛰어난 장기 저장 능력을 바탕으로 재생에너지의 간헐성을 보완하고 전체 에너지 시스템의 안정성을 극대화합니다.
수소환원제철을 통한 철강 생산
현대제철은 장기적으로 철광석을 환원할 때 석탄 대신 수소를 활용하는 수소환원제철 기술개발을 통해, 기존 고로제품 대비 약 90%의 탄소 배출이 저감된 철강제품 생산을 목표로 하고 있습니다.
이와 함께, 제철소 내 열설비, 발전소 등 다양한 공정에 수소를 도입하여, 탄소중립 철강 생산 체제로의 전환을 추진하고 있습니다.
Step 01
태양광·풍력 등의 재생에너지를 이용해 전기를 생산합니다.
Step 02
재생에너지로 생산한 전기를 사용해 물을 수소와 산소로 분해해, 탄소배출 없이 그린수소를 생산합니다.
Step 03
수소 등의 가스 환원제를 사용해 철광석 중 산소를 제거 후 직접환원철(DRI)을 생산합니다.
Step 04
전기로를 통해 스크랩과 환원철을 녹이고 불순물을 제거해 쇳물을 생산합니다.
Step 05
최종적으로 신재생에너지로부터 생산된 그린전기를 활용하여 생산된 쇳물을 이용해 강판을 생산합니다.
01 05 5단계 중 1단계
Business
FAQ
버너는 연료를 태워 열을 발생시키는 장치입니다. 기존 LNG 버너는 연소 시 이산화탄소(CO₂)와 수증기(H₂O)를 배출하지만, 수소 버너는 수증기만 배출하는 친환경 설비입니다.
수소 버너는 완성차 생산공장의 도장오븐, 보일러, 축열식 소각로, 공조기 등 다양한 설비에 활용될 수 있습니다. 현대자동차는 울산공장 내 도장오븐부터 수소 버너를 적용하기 시작하였으며, 국내 생산공장의 LNG 버너를 단계적으로 교체할 계획입니다.
수소의 이론 화염 온도는 약 2,100°C로 LNG(약 1,950°C)보다 높지만, 공기량 조절을 통해 LNG 버너와 동일하게 제어할 수 있습니다. 열효율 역시 버너 설계 최적화를 통해 LNG 버너와 동등한 수준으로 구현 가능합니다.
다만, 수소는 연소 속도가 빠르고 가연 범위가 넓어 전용 버너 설계와 제어 기술의 적용이 필요합니다.
수소전기 항만 AGV는 배터리 대비 약 1.6톤의 중량을 경감하여 에너지 효율을 높이고 야드 포장 부담을 줄입니다. 또한 짧은 충전 시간으로 전체 가동률을 크게 향상시킬 수 있습니다.
항만의 탄소중립 정책 전환 시 대규모 전력 인프라 증설 부담을 최소화할 수 있습니다. 튜브 트레일러와 병행하여 항만 내 이동형 수소충전설비를 통해 효율적으로 공급할 예정입니다.
연료전지발전기는 발전 모듈과 PCS 모듈이 세트로 구성됩니다. 구체적으로 발전 모듈 1개는 엔진형 연료전지 2개로 이루어지며, 이에 대응하는 PCS(Power Conditioning System) 모듈 1개와 함께 운영됩니다. PCS 모듈은 연료전지에서 생성된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 전력변환 장치입니다.
발전 용량을 증대하기 위해 발전 모듈을 추가하려면 PCS 모듈도 함께 추가해야 하며, 발전 모듈 2개에 PCS 모듈 1개만으로 운영하는 방식은 불가능합니다.
수소 직공급 방식으로 운영되며, 수소 배관 연결을 통해 수소를 직접 공급받거나, 수소 배관이 없는 경우 수소봄베(실린더)를 활용하여 배관 라인을 구성해 연결할 수 있습니다.
다만 수소봄베를 설치할 경우, 수소 배관 연결 방식 대비 운전 가능 시간이 제한적입니다. 100kW 출력 기준으로 발전기는 시간당 약 6kg의 수소를 소모합니다.
기존 고로 방식은 철 생산 과정에서 환원제로 석탄(코크스)을 사용함에 따라 다량의 이산화탄소를 배출합니다. 반면, 석탄(코크스) 대신 수소를 사용하는 수소환원제철 기술은 철 생산 과정에서 이산화탄소 대신 깨끗한 물만 배출하게 됩니다.
현대제철은 중장기적으로 재생 에너지와 친환경 수소를 활용한 수소환원제철 기술 개발을 통해 기존 고로 방식 대비 탄소 배출량을 90% 이상 감축하고, 궁극적으로 탄소중립 철강 생산 체제를 구축하는 것을 목표로 하고 있습니다.
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