수소는 기존 화석연료의 한계와 오염문제를 극복할 수 있는 새로운 에너지원 중 하나로 평가받고 있다. 비록 수소는 CO₂를 배출하지 않을지라도 기존 가스연료 시스템에서 수소를 사용하기 위해서는 NOx 배출 및 화염 안정성에 주의가 필요하다. 가정⋅상업용 난방 분야의 탈탄소 전략으로 전기망(electric grid)은 비현실적이며, 기존 시스템과의 호환성, 경제성, 접근성 측면에서 도시가스망(city gas grid)을 활용한 수소 이용이 합당한 방안이라 제안되고 있다. 본 연구에서는 연소용 공기에 증기를 가습하는 가습 NG-H₂ 보일러를 대상으로 H₂ 혼소율 및 증기 가습률에 따른 보일러의 열효율 및 NOx 성능을 검토하였다. H₂(20%)인 혼소 연료는 효율, 화염 온도 및 공해 성능 측면에서 NG와 거의 유사하여 기존 NG(Natural Gas) 시스템에 바로 호환 가능할 것으로 예상된다. H₂ 전소 보일러는 가습률 15~20% 정도에서 배기 온도를 60℃ 근방까지 낮춘다면 NOx 배출농도를 5~10ppm 정도로 억제하면서 효율은 1등급에 해당하는 정격 부하 87%를 달성할 수 있음을 알 수 있다.
현재 개발 중인 물 분사 폐열회수 보일러(Heat Recovery Boilers with Water Spray : HR-B/WS)를 이용하여 이에 대한 효용성 및 타당성 검증을 동시에 진행하였다. HR-B/WS는 폐열회수 과정에서 발생하는 고온 응축수를 유입 공기에 재순환 분사하는 보일러로 폐열회수량을 증가시키고 동시에 공기비에 무관하게 화염 온도를 낮추어 NOx 생성을 억제시키고자 고안된 것이다. 실험에 사용된 연료는 NG이며, 실험 결과를 통해 보일러 제품 상용화를 위한 최적화 검토도 진행하였다. 본 HR-B/WS는 동일 환수온도 조건의 난방용 보일러에 비해 NOx, CO 농도를 약 50% 저감시키나, 효율증가는 2~3%로 예상보다 크지 않음을 확인하였다. 그 원인을 HR-B/WS의 열·물질 분석을 통해 상세히 파악하고 효율 개선을 위한 폐열회수 시스템의 설계방안을 검토하였다.