선박배출 배기냉각과 흡수식이 결합된 하이브리드 시스템을 통한 물 회수 및 미세먼지 저감을 위한 기초실험연구

김영민,신동길,류영현 해양환경안전학회 2022 해양환경안전학회지 Vol.28 No.7

The exhaust gas from the marine engines include a quantity of water vapor and particulate matter. The total particulate matter includes filterable particulate matter (FPM) and condensable particulate matter (CPM) that condense after releasing into the atmosphere. The portion of CPM is higher than that of FPM that is removable through the filter before discharging. An experimental setup for waste heat and water recovery and removal of CPM in the exhaust gas was tested using an industrial gas boiler in the laboratory. The water and CPM in the exhaust gas were removed through the first stage of cooling method and further removed through the second stage of absorption method. The efficiencies of water recovery were 73% after the first stage of cooling method and 90% after the second stage of absorption method. At the same time, the CPM was removed by 80–90% through the processes. The waste heat recovered could be used to process heat, and the water recovered could be used to process water in the ship. Furthermore, the CPM, which is a major source of the particulate matter but not subject to administrative regulation, could be removed effectively. 선박용 엔진에서 배출되는 배기가스에는 다량의 수분과 미세먼지를 포함하고 있다. 미세먼지에는 여과성 미세먼지와 배기 배출 후 액상으로 변화하는 응축성 미세먼지가 포함되어 있으며 배출 전에 걸러지는 고체상 미세먼지보다 응축성 미세먼지가 더 많은 것으로 보고되고 있다. 본 연구에서는 배기가스의 배기열과 수분을 회수하고 응축성 미세먼지를 제거하기 위한 실험장치를 실험실 내의 가스보일러 배기가스를 이용하여 테스트 하였다. 배기가스는 1차적으로 냉각방식으로 수분과 응축성 미세먼지가 제거되고 2차적으로 흡수제 방식에 의해 추가적으로 수분이 제거되었다. 상대습도 측정에 의한 배기가스 수분 제거율을 계산하면 1단계 배기냉각 방식으로 73%, 2단계 흡수제 방식으로 90% 제거되는 것으로 측정되었다. 이 과정에서 응축성 미세먼지는 80~90% 제거되는 것으로 측정되었다. 개발 시스템에 의해 회수된 열은 공정열로 활용할 수 있으며, 회수된 물은 수처리 과정을 통해 공정수로 활용할 수 있다. 또한 현재 관리 규제가 되고 있지 않지만 미세먼지의 주요 원인인 응축성 미세먼지를 효과적으로 제거할 수 있을 것으로 기대된다.

선박 입출항 데이터 기반 항계 내 선박 배기가스 배출량 산정

김화영(Hwayoung Kim),부이 하이 당(Bui Hai Dang) 한국지능시스템학회 2020 한국지능시스템학회논문지 Vol.30 No.6

해상운송 중 선박에서 나오는 미세먼지 배출 규제가 지속적으로 강화되고 있다. 국제해사기구(IMO)에서는 2020년 1월부터 국제항해에 종사하는 일정 선박에 대하여 황함유량 0.5% m/m이하의 선박연료유 사용을 의무화 하였다. 그리고 이미 2019년 1월부터 선박의 온실가스 배출량 모니터링을 위해 총톤수 5천톤 이상 선박은 연료유 사용량을 의무적으로 보고하도록 하고 있다. 이와 함께 유럽, 북미, 아시아 지역을 중심으로 선박이 빈번히 입출항하는 항만구역을 포함한 배출통제해역(ECA, Emission Control Area)이 확대되고 있다. 화물 하역을 위해 항만에 입출항하는 선박은 다양한 데이터를 생성한다. 본 논문에서는 선박 입출항 정보를 분석하여 항계 내에서 선박으로부터 배출되는 배기가스 배출량을 산정하는 것이 연구의 목적이다. 선박 배기가스 산출 대상 항만은 광양항으로 하였고, 대상선박은 컨테이너선으로 하여 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx), 탄화수소(HC), 미세먼지(PM10)를 산정하였다. Regulations on the emission of fine dust from ships are constantly being strengthened. From January 2020, the International Maritime Organization (IMO) mandated the use of fuel oil with a sulfur content of 0.5% m/m or less for certain ships engaged in international voyage. Also, since January 2019, it is mandatory for ships with a gross tonnage of 5,000 tons or more to report fuel oil consumption to monitor ships’ greenhouse gas emissions. Along with this, the Emission Control Area (ECA) is expanding, including port areas where ships frequently enter and depart, mainly in Europe, North America, and Asia. Ships entering and departing ports for cargo handling generate various data. In this paper, the purpose of the study is to analyze the ship entry and departure information and calculate the exhaust emission from the ship in the port area. The target port for the calculation of ships’ emission is Gwangyang port, and the target ship is limited to container ships. The emissions of nitrogen oxides (NOx), sulfur oxides (SOx), hydrocarbons (HC), and particulate matter of 10 microns in diameter (PM10) among pollutants discharged from ships were calculated.

선박용 디젤엔진의 미세먼지저감 장치에 다공판과 믹서의 장착이 미치는 영향에 대한 수치해석적 연구

윤병규,조상현,류영현 해양환경안전학회 2019 해양환경안전학회지 Vol.25 No.7

본 논문에서는 선박용 디젤엔진의 미세먼지저감 장치에 장착된 다공판 및 믹서의 형상과 배치에 따른 압력강하와 유동균일도 특성에 대한 연구를 진행하였다. 미세먼지저감 장치에 장착된 다공판 및 믹서는 미세먼지저감 장치 내의 배출가스 및 산화/환원제의 유동균일도를 높여 배출가스 저감 성능을 높이는 긍정적인 효과와 함께 시스템의 배압을 상승시키는 부정적인 효과도 동시에 지니고 있다. 본 연구에서는 5개의 다공판, 1개의 믹서를 Case 별로 조합하여 6개의 사양에 대해서 유동해석을 통해 각각 유동균일도 및 압력 강하를 계산하였으며, 최적의 다공판 및 믹서의 형상과 배치를 선정하였다. This study presents the characteristics of a pressure drop and uniformity index for a particulate matter reduction device with a perforated plate and mixer for marine diesel engines. The perforated plate and mixer equipped on the particulate matter reduction device induce an increase of exhaust gas reduction performance by increasing the uniformity index. Whereas, the perforated plate induces pressure drop increases in the particulate matter reduction device. Therefore to calculate the effect of the uniformity index and pressure drop of the perforated plates and mixer, this study combines several cases using five types of perforated plates and one type of mixer. Consequently, these results were analyzed to determine the optimized type and position of the perforated plate and mixer.

선박 대기오염물질 배출 현황 및 저감을 위한 국가 관리 대책 연구: 해양경찰 업무를 중심으로

이승환,강병용,정봉훈,구자영 해양환경안전학회 2020 해양환경안전학회지 Vol.26 No.2

Particulate matter levels are rapidly increasing daily, and this can affect human health. Therefore, air pollutant emissions from sea vessels require management. This study evaluates the status of air pollutants, focusing on air pollutant emissions from the vessels of the Korea Coast Guard (KCG), and proposes national management measures to reduce emissions. According to a report recently released (2018) by the National Institute of Environmental Research (NIER), emissions from vessels constituted 6.4% of the total domestic emissions, including 13.1% NOx, 10.9% SOx, and 9.6% particulate matter (PM10/PM2.5). Among the rates of pollutant emission from vessels, the emission rates of domestic and overseas cargo vessels were the highest (50.6%); the ratio of fishing boats was 42.6%. With respect to jurisdictional sea area, 44.1% of the emissions are from the south sea, including the Busan and Ulsan ports, and 24.8% of the emissions are from the west sea, including the Gwangyang and Yeosu ports. The KCG inspects boarding lines to manage emission conditions and regulate air pollutant emissions, but it takes time and effort to operate various discharge devices and measure fuel oil standards. In addition, owing to busy ship schedules, inspection documents are limited in terms of management. Therefore, to reduce the air pollutant emissions of such vessels, regulations will be strengthened to check for air pollutants, and a monitoring system based on actual field data using KCG patrol ships will be established, for each sea area, to manage the emissions of such vessels. Furthermore, there is a need for technological development and institutional support for the introduction of environmentally friendly vessels. 미세먼지 등 대기오염이 일상화되고 국민 건강을 위협하면서 육상뿐만 아니라 해상 선박에서 발생하는 대기오염물질에 대한 관리 필요성이 대두되고 있다. 이에 본 연구는 선박 배출량 현황을 바탕으로 해양경찰 업무 중심의 선박 대기오염물질 점검 실태를 진단하고 배출 저감을 위한 국가 관리 대책을 제안한다. 최근 국립환경과학원(NIER, 2018)에 따르면 선박에서 배출된 총량(CO, NOx, SOx, TSP, PM10, PM2.5, VOCs, NH3, BC)은 국내 전체 발생량의 6.4%로 나타났고, 이 중 NOx는 13.1%, SOx는 10.9%, 미세먼지(PM10/PM2.5)는 9.6%를 차지하고 있다. 선박 발생량 중에서는 국내외 입출항 화물선이 50.6%로 가장 많은 배출을 보였고, 어선의 배출 비율도 42.6%로 적지 않음을 알 수 있었다. 지역적으로 해양경찰 관할 5개 권역을 기준으로는 부산항, 울산항을 포함한 남해권 44.1%와 광양항, 여수항을 포함한 서해권 24.8% 순으로 배출이 많았다. 해양경찰은 대기오염물질 관리를 위해 승선 점검을 통한 선박 배출 상황을 관리하고 있지만, 각종 배출 장치의 가동이나 연료유 기준 등의 실측에는 많은 시간과 노력이 필요하고, 또한 선박의 바쁜 운항스케줄에 따른 제약으로 대부분 서류상의 점검으로 진행됨으로써 관리에 한계가 있다. 따라서 선박 대기오염물질 관리를 위해서는 대기오염물질 발생을 실측 점검으로 바꾸도록 규제를 강화하고 해경 함정 등을 활용한 해역별 모니터링 시스템을 구축하여 실질적 현장 데이터에 기초한 관리가 이뤄지도록 하는 한편, 장단기적으로 환경친화적 선박 도입을 위한 기술 개발과 법·제도적 지원이 필요하다.

2SE-4 초미세먼지 저감 대응을 위한 촉매 반응 기술

채호정 한국공업화학회 2017 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2017 No.1

최근 국내 미세먼지 관련 이슈가 크게 대두되고 있는 상황으로 특히 다양한 발생원에서 유발되는 NOx, SOx, VOC 등은 2차 미세먼지 원인물질로 이를 저감하기 위한 다양한 기술등에 관심이 높아지고 있다. 따라서 본 발표에서는 발전소, 자동차, 선박 등에서 발생하는 다양한 미세먼지 원인물질들의 촉매 저감 기술들의 개요와 특히 최근 관심이 높아지고 있는 선박 관련 미세먼지 저감 기술에 대해서 소개하고자 한다.

태양광 발전시스템이 연계된 배터리 전기추진선박의 국내 유람선 적용에 관한 연구

황준영,전철환,전현민,김종수 해양환경안전학회 2019 해양환경안전학회지 Vol.25 No.7

The International Maritime Organization (IMO) adopted the International Convention on the Control of Ships' Air Pollutants and Discharge as it became interested in environmental issues such as global warming and air pollution. In addition, a special bill on the improvement of air quality, including in port areas, has recently been enacted in Korea to reduce the amount of fine dust generated. As part of such fine dust reduction measures, feasibility studies have been underway on converting diesel engines into battery electric propulsion systems that do not cause fine dust and emissions. Since the battery electric propulsion system can easily utilize renewable energy sources, and does not generate exhaust gas due to combustion of fuel, small coastal ferries with battery electric propulsion systems that use renewable energy have been operating in Europe and the U.S. for several years. However, they have not been introduced in Korea. Therefore, in this study, we selected small coastal ferries in Korea as target ferries, and performed simulations to study the applicability of electric propulsion with batteries linked to solar power systems. Based on the results, we want to confirm the applicability of battery electric propulsion. 지구온난화 및 대기오염 등 환경문제에 대한 관심이 대두되면서 국제해사기구의 선박 대기오염물질 배출 규제 및 협약이 채택되었으며, 최근 국내에서는 항만지역 등 대기질의 개선에 관한 특별법안이 제정되어 미세먼지 발생량을 줄이고자 다방면으로 노력하고 있다. 이러한 미세먼지 저감대책의 일환으로 노후화된 연안선박의 디젤엔진을 미세먼지 및 배출가스가 없는 배터리 전기추진시스템으로 전환하는 것에 대한 타당성 조사가 활발히 진행되고 있다. 배터리 전기추진시스템은 연료의 연소로 인한 배기가스의 발생이 없으며, 신재생에너지원의 적용이 용이하므로 유럽이나 미국과 같은 선진국에서는 수년전부터 신재생에너지를 적용한 배터리 전기추진시스템이 적용된 소형연안여객선이 운항 중이나 국내에서는 전무하다. 따라서 본 연구에서는 국내 소형연안여객선을 대상선박으로 선정하여 태양광 발전시스템이 연계된 배터리 전기추진선박의 적용 여부에 대해 시뮬레이션을 하였으며, 그에 따른 결과를 바탕으로 배터리 전기추진선박의 적용가능성을 확인하고자 한다.

전기집진기 예지보전 단계에서의 고장모드영향분석

한승훈,이정욱,이선엽,황종덕,강대곤 해양환경안전학회 2020 해양환경안전학회지 Vol.26 No.6

Currently, 90% of the world's population breathes air with a fine dust content exceeding the World Health Organization's annual average exposure limit (10㎍/㎥). Global efforts have been devoted toward reducing secondary pollutants and ultra-fine dust through regulations on nitrogen oxides released over land and sea. Domestic efforts have also aimed at creating clean marine environments by reducing sulfur emissions, which are the primary cause of dust accumulation in ships, through developing and distributing environment-friendly ships. Among the technologies for reducing harmful emissions from diesel engines, electrostatic precipitator offer several advantages such as a low pressure loss, high dust collection efficiency, and NOx removal and maintenance. This study aims to increase the durability of a ship by improving equipment quality through failure mode effects analysis for the preventive maintenance of an electrostatic precipitator that was developed for reducing fine dust particles emitted from the 2,427kW marine diesel engines in ships with a gross tonnage of 999 tons. With regard to risk priority, failure mode 241 (poor dust capture efficiency) was the highest, with an RPN of 180. It was necessary to determine the high-risk failure mode in the collecting electrode and manage it intensively. This was caused by clearance defects, owing to vibrations and consequent pin loosening. Given that pin loosening is mainly caused by vibrations generated in the hull or equipment, it is necessary to manage the position of pin loosening. 전 세계 90%의 인구가 WHO의 연평균 미세먼지 노출 기준(10㎍/㎥)을 초과한 공기를 흡입하고 있다. 전 세계적으로 육상뿐만 아니라 해양에서 발생하는 질소산화물에 대한 규제를 통해 2차 오염물질, 초미세먼지 저감에 대해 노력하고 있으며 국내에서는 선박에서 미세먼지 발생의 주요한 원인인 황 함유량 저감과 환경친화적 선박의 개발 및 보급 등을 통해 깨끗한 해양환경 조성을 위한 노력을 하고 있다. 디젤엔진 유해 배출가스 저감을 위한 기술 중 압력 손실이 적고 높은 집진 효율 및 NOx의 제거와 유지 관리의 장점이 많은 전기 집진기의 수요와 중요성이 증가하고 있다. 본 연구는 총톤수 999톤급 선박의 2,427kW 선박용 디젤엔진의 미세먼지 저감을 목적으로 개발된 전기 집진기를 예지보전단계에서 고장모드영향분석을 통해 장비 품질을 높여 선박 내에서의 내구연한을 높이고자 위험 우선순위 도출하였다. 위험 우선순위는 고장모드 241(poor dust capture efficiency)이 RPN 180으로 가장 높았다. Collecting electrode에서 가장 많은 고위험 고장모드를 검출하여 집중관리 부품으로 관리해야 할 필요가 있었으며 원인으로 진동과 핀 풀림으로 인한 유격 불량이 가장 많이 검출되었다. 핀 풀림 역시 근본적으로는 선체 또는 장비에서 발생하는 진동이 원인이 되어 발생할 수 있는 사항이기 때문에 핀 풀림이 발생하는 개소에 보완이 필요하겠다.

주요 분야별 미세먼지 정책동향과 전망

정태균(Tae Gyun Jung),채제훈(Jae Hoon Chae),이민선(Min Sun Lee) 한국에너지기후변화학회 2023 한국에너지기후변화학회 학술대회 Vol.2023 No.5

소형선박용 미세먼지 저감장치의 수치해석적 연구

류영현 해양환경안전학회 2020 해양환경안전학회 학술발표대회 논문집 Vol.2020 No.11

선박 배출 미세먼지 관리 국내외 정책 비교

김지윤(Jiyoon Kim),안용성(Yongsung Ahn) 한국해양환경·에너지학회 2017 한국해양환경공학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.10