[가스기술사 2022] 126회 2교시 - 3. 최근 정부에서는 2050 장기저탄소발전전략(LEDS)의 일환으로 도시가스 배관망에 수소의혼입을 추진하고 있다. 수소 혼입에 따라 연소기와 가스기기 관점에서 고려되어야 할 영향요소 및 검토 필요사항에 대해 설명하시오.

문제 3. 최근 정부에서는 2050 장기저탄소발전전략(LEDS)의 일환으로 도시가스 배관망에 수소의혼입을 추진하고 있다. 수소 혼입에 따라 연소기와 가스기기 관점에서 고려되어야 할 영향요소 및 검토 필요사항에 대해 설명하시오.

 

• 2050 장기저탄소발전전략은 LEDS(Long-term low greenhouse gas Emission Development Strategies)라고도 부르며, 2050년까지 탄소중립을 달성하기 위한 장기 비전과 국가 전략을 담고 있다.
• 2050 탄소중립 이행을 위한 LEDS(장기저탄소발전전략) 및 제2차 수소경제 활성화 로드맵에 따라, 정부는 도시가스망에 수소를 일정 비율 혼입하여 온실가스 배출을 감축하고, 기존 인프라를 활용한 수소 경제 이행 기반을 마련하고자 한다. 이에 따라, 연소기 및 가스기기 측면에서 수소 혼입이 미치는 영향과 안전성 확보를 위한 기술적 검토가 필수적으로 요구된다.

 

1. 수소 혼입 시 연소기 및 가스기기에 미치는 영향요소

1) 연소특성 변화

• 저열량 특성 : 수소는 메탄 대비 단위 부피당 발열량이 약 30% 낮아 동일 에너지 공급을 위해서는 연료 유량 조절 및 노즐 설계 변경 필요
• 연소속도 증가 및 플래시백 위험 : 수소는 연소속도가 매우 빠르고 확산성이 높아, 연료 혼합기에 화염이 역류하는 플래시백(flashback) 위험이 커지며, 이에 따라 버너 구조 및 혼합기의 설계 개선이 필요

2) 안전성 및 재질 영향

• 누설 증가 가능성 : 수소 분자는 메탄보다 작아 기존 밸브, 조인트, 고무패킹 등에서 누설 가능성 증가
• 금속취성(Hydrogen Embrittlement) : 수소가 금속 재질의 결정입계로 침투해 장기간 사용 시 균열 가능성
• 인화/폭발 위험 확대 : 수소는 공기 중 최소 점화에너지가 낮고, 가연범위(4~75%)가 넓어 화재/폭발 가능성 증가
• 감지 어려움 : 수소는 무색무취로 누설 시 감지 어려움 → H₂ 전용 감지센서 필요

 

2. 주요 검토 및 대응사항

1) 연소기/가스기기 구조 개선

• 연소기 노즐 직경, 공기비 조정, 혼합기 설계 보완
• 플래시백 방지용 버너 설계 (multi-slit, pre-mix burner 등)
• 연소성능에 따른 실증시험 및 정량적 평가 필요

2) 기기별 내수소성 평가

• 가정용 보일러, 가스레인지, 상업용 기기의 혼입농도별 대응력 평가
• 실증기반으로 5%, 10%, 20% 순차적 적용 검토 (영국 HyDeploy 기준)
• 주요 부품 재질의 수소취성 시험(금속 피로시험, 가스투과시험 등)

3) 배관망 및 부속설비 검토

• 배관, 밸브, 조인트 등 기존 도시가스망의 수소 호환성 평가
• 누설 방지를 위한 이음부 밀폐성 강화
• 수소용 정압기, 안전밸브, 계량기 개발 필요

4) 운영 및 유지관리 시스템 개선

• 수소 감지기 및 농도센서 설치 (화염센서, 수소센서 등)
• 정기적인 누설 점검 및 유지보수 주기 재설계
• 수소에 적합한 탈기(purging), 정전기 방지, 환기구조 개선
• 방폭등급 상승에 따른 설비 인증 및 교육 강화

 

 

 

* 환경부 온실가스종합정보센터 -  [환경정책] 2050 장기저탄소발전전략(LEDS)

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