미국 정부, 에너지 사업에도 3D프린팅 기술 적용

美에너지부, 가스발전용 첨단 터빈 개발 사업 발주

미국이 에너지산업에도 3D 프린팅 기술을 적극 활용하고 있다.

미국 에너지부는 가스발전용 첨단 터빈 기술을 개발하는 총 700만 달러(약 75억원) 규모 프로젝트를 발표했으며 제네럴 일렉트릭(GE)과 지멘스가 절반을 수주했다. 양사는 프로젝트를 통해 가스발전 효율은 높이면서 내구성은 뛰어난 부품과 소재를 개발할 예정이다.

3일 미국 에너지부와 쓰리디프린팅인더스트리에 따르면 미국 에너지부는 지난 1일 석탄에서 추출한 합성 가스와 수소 및 천연 가스발전에 사용하는 첨단 고효율 터빈 기술 개발을 위해 총 700만 달러 규모의 프로젝트 14개를 선정했다. 이번 프로젝트에는 적층 제조(additive manufacturing), 즉 3D프린팅 기술이 포함됐다.

제네럴 일렉트릭(GE)과 지멘스는 이번 프로젝트에 참여해 복합발전에 쓰일 첨단 연소 터빈 기술 개발에 대한 자금 지원을 받게 된다. 제네럴 일렉트릭은 14개 프로젝트 중 4개, 지멘스는 3개 프로젝트를 수행한다.

지멘스가 3D프린터로 제작한 니켈 합금 터빈 블레이드.(사진=지멘스)

미국 에너지부로부터 받는 총 자금 규모는 GE가 199만9천88달러(약 21억5천700만원), 지멘스는 148만6520달러(약 16억300만원)다.

GE가 받은 4개 프로젝트 중 49만9천690달러(약 5억3천800만원) 규모 프로젝트는 효율을 65% 높인 고온 적층 구조물을 연구하는 것이 목적이다. 적층제조 기술을 활용해 고효율 첨단 터빈 기술을 개발해야 한다.

터빈 설계 핵심은 고온 가스 통로 입구에 들어가는 부품이다. 프로젝트는 내구성을 유지하면서 냉각수를 절약할 수 있는 새롭고 혁신적인 에이포일(airfoil), 엔드웰(end-wall) 부품을 구현하는 것이 관건이다.

지멘스 에너지사업부가 수행하는 3개 프로젝트 중 49만4천394달러(약 5억3300만원) 규모 프로젝트는 효율성을 65% 높인 복합발전 가스 터빈 부품을 위한 금속 적층 제조 설계와 소재를 개발하는 것이 목표다.

특히 3D 산화물-산화물 세라믹 메트릭스 복합체(3D Ox-Ox CMC)가 프로젝트 연구 핵심이다. 복합체 개발에 성공하면 적층 제조와 세라믹 소재는 필름 냉각의 필요성을 없애면서 냉각 요건을 낮출 수 있다.

미 에너지부는 고온 터빈 부분에 해당 복합체로 제작한 부품이 적용되면 냉각 및 누출 흐름을 최소 50%까지 줄일 수 있다고 보고 있다. 이에 따라 복합발전 효율도 1.5% 증가할 수 있다는 설명이다.