국내 최초로 DAFC형태 SOFC의 시험운전이 성공했다.

수소연료전지 전문기업 에이치앤파워(대표 강인용)는 지난 11월25일 별도의 외부개질설비 없이 암모니아를 직접 연료로 사용하는 직접암모니아 연료전지(DAFC: Direct Ammonia Fuel Cell) 형태의 고체산화물 연료전지(SOFC) 시험운전에 성공했다고 밝혔다.

이번 성과는 기존 LNG기반 SOFC 시스템에 암모니아(NH₃)를 직접 투입해 시스템 단위에서 안정적인 전력생산을 입증한 국내 첫 사례로 시스템플랫폼의 연료유연성과 고도화된 운전제어기술을 입증했다.

에이치앤파워 연구소는 대전소재 외부 시험시설에서 진행된 실증테스트에서 기존 시스템의 연료공급라인과 제어로직을 암모니아의 물성에 맞춘 최적설계를 적용했다. 실험결과 암모니아 투입 후 출력 저하 없이 평균 3.1kW 수준의 정격출력을 안정적으로 유지하는 데 성공했다.

연구진들은 기존 SOFC 구조로 암모니아 운전이 가능한지를 확인해 향후 직접 암모니아(DAFC) SOFC 효율을 단기간에 극대화할 수 있는 기반을 마련했다. 일반적으로 암모니아는 분해 온도가 높고 부식성이 강해 기존 시스템에 직접 투입할 경우 촉매 손상이나 운영중단(Shut-down)이 발생한다.

에이치앤파워는 이런 문제를 방지하기 위해 △안정적인 시스템 플랫폼 △시스템 내부 열관리 최적화 △독자적 연료주입제어기술 등을 기반으로 기술적 난제를 해결하며 시스템 하드웨어적 내구성을 입증했다.

특히 시험기간 동안 정격운전 시 암모니아가 완전 분해돼 질소산화물(NOx)과 일산화탄소(CO) 등 유해가스 배출 역시 ‘제로(0)' 수준을 기록해 친환경성을 확인했다. 또한 수소운송의 핵심 수단으로 꼽히는 액상암모니아는 다시 수소로 변환하기 위해 고가의 크래킹(Cracking)설비를 거쳐야 했다.

반면 에이치앤파워 DAFC기술적용 시 크래킹 단계 없이 바로 전력을 생산할 수 있어 에너지변환손실을 줄이며 전체 발전효율을 획기적으로 높일 수 있다. 이에 따라 육상발전뿐만 아니라 공간효율이 중요한 선박용 전원 시장에서도 강력한 경쟁력이 될 전망이다.

강인용 에이치앤파워 대표는 “이번 성과는 단순한 연료교체가 아니라 자사 SOFC 기술이 암모니아를 포함한 다양한 청정연료를 수용할 수 있는 탄탄한 구조적 토대를 갖췄음을 증명한 것”이라며 “오직 고온운전이 가능한 SOFC만이 구현할 수 있는 직접 암모니아기술을 통해 육상 청정수소 발전은 물론 해상선박용시장까지 아우르는 차세대 에너지솔루션을 제시하겠다”고 강조했다.

한편 에이치앤파워는 향후 액체연료 프로세서 기술을 DAFC 시스템과 연계해 하이브리드형 연료 공급 솔루션을 개발할 계획이며 기존 가스기반 플랫폼을 암모니아 연료특성에 맞춰 재설계 및 최적화함으로써 열적손실을 최소화하며 시스템 발전효율을 극한으로 끌어올리는 고효율화 작업에 박차를 가할 예정이다.