초록 ▼

□ 연구개요
수소나 암모니아 연료는 연소 시 이산화탄소를 배출하지 않는 대표적인 무탄소 친환경 연료이다. 그러나 수소 연료는 일반 탄화수소 대비 10배 빠른 화염전파 속도를 가지고 있어 역화(flashback) 현상이 일어날 수 있으며, 암모니아 연료는 매우 낮은 반응성과 질소산화물 배출에 대한 문제점이 있다. 따라서 각각의 무탄소 연료, 그리고 최근 각광받고 있는 무탄소 연료와 혼소된 연료의 연소 특성에 대한 파악이 필수적이다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구는 기존 사용되고 있는 탄화수소 계열의 연료와

□ 연구개요
수소나 암모니아 연료는 연소 시 이산화탄소를 배출하지 않는 대표적인 무탄소 친환경 연료이다. 그러나 수소 연료는 일반 탄화수소 대비 10배 빠른 화염전파 속도를 가지고 있어 역화(flashback) 현상이 일어날 수 있으며, 암모니아 연료는 매우 낮은 반응성과 질소산화물 배출에 대한 문제점이 있다. 따라서 각각의 무탄소 연료, 그리고 최근 각광받고 있는 무탄소 연료와 혼소된 연료의 연소 특성에 대한 파악이 필수적이다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구는 기존 사용되고 있는 탄화수소 계열의 연료와 무탄소 연료의 혼소, 또는 상이한 무탄소 연료의 혼소로 인해 나타나게 되는 복잡한 연소 특성을 파악하는 것을 목표로 두고 있다. 이를 위해 단일 연료의 연소 특성에 대한 이해가 필수적이다. 본 연구에서는 해석을 통해 메탄과 수소 연료를 사용하여 대항류와 제트화염 형태를 통해 해당 연료의 특성을 파악하였다. 또한 실험을 통해 화염 안정화가 어려운 암모니아 화염에 저온플라즈마를 인가하여 화염 안정성을 크게 향상시킬 수 있음을 확인하였다. 이를 바탕으로 혼소된 연료(메탄-수소, 암모니아-수소)의 연소특성을 조사하였다. 메탄-수소 연료에서 확산계수의 차이로 인해 제트속도가 증가함에 따라 화염 높이가 감소하는 현상을 해석적으로 분석할 수 있었다. 암모니아-수소 연료에서 난류 강도 및 온도 섭동이 점화 지연시간에 미치는 영향을 고압 환경에서 해석적으로 조사하였으며, 난류 강도가 강해질수록 점화 지연시간을 앞당기는 것을 확인하였다. 또한 암모니아-메탄, 암모니아-수소 예혼합 화염에 저온플라즈마를 인가할 경우 질소산화물이 크게 저감되는 것을 해석적으로 확인하였다. 암모니아는 화학반응 관점에서 희박하게 연소시킬 경우 질소산화물이 대량 발생한다는 문제점을 가지고 있다. 이를 해결하기 위해 2단 연소 시스템을 적용하여 과농한 화염을 생성하고, 이를 통해 질소산화물뿐만 아니라 일산화탄소 등 유해배출물질들을 저감할 수 있음을 확인하였다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
최근 들어 탄화수소 연료를 대체할 친환경 연료로서 암모니아와 수소가 주목을 받고 있는 만큼, 해당 연료들의 연소특성에 대해 다양한 연구가 필요한 상황이다. 그러나 화학반응 메커니즘 개발과 같은 특정 분야에 대해 연구가 집중되어 있다. 본 연구에서는 난류 강도가 자발화 환경에서 점화지연시간에 미치는 영향, 제트 속도에 따른 화염 높이 변화 특성 등을 조사하였다. 이는 연소기 설계에 중요한 기초 특성이기에 무탄소 연료를 기반으로 한 연소기 제작에 큰 기여를 할 수 있을 것이라 기대된다. 실제 산업에서 무탄소 연료를 사용하는데 어려움을 겪는 부분이 바로 화염의 불안정성 및 질소산화물 배출이다. 본 연구에서는 플라즈마 인가를 통해 해당 문제에 대한 해결책을 제시한다. 저온 플라즈마를 인가하였을 때 플라즈마 강도에 따라 암모니아 화염이 안정됨을 실험적으로 확인하였으며, 질소산화물 또한 저감되는 것을 확인할 수 있었다. 2단 연소 시스템은 과농한 화염 생성을 통해 암모니아-메탄 예혼합 화염에서 질소산화물뿐만 아니라 일산화탄소 또한 저감되는 것을 확인하였다. 이와 같은 연소 시스템들은 무탄소 연료를 사용하는 차세대 연소 시스템을 설계하는데 중요한 참고자료가 될 것이라 기대된다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 8
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 8
• 3) 목표 달성 수준 ... 17
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 17
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 17
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 17
• 6. 자체점검표 ... 18
• 7. 참고문헌 ... 18
• 끝페이지 ... 26