LNG 연료 추진선의 연료 품질기준에 관한 입법론적 연구

이태훈(Tae-Hoon Lee),이상일(Sang-Il Lee) 한국해사법학회 2022 해사법연구 Vol.34 No.3

오랫동안 화석 연료를 사용해온 해운업계는 국제해사기구(International Maritime Organization, 이하 ‘IMO’) 주도하에 선박으로부터 발생하는 대기오염물질을 줄이기 위해 다양한 노력을 해오고 있다. 2020년 1월부터 국제 항해에 종사하는 모든 선박은 황함유량 0.5% 이하인 연료유를 사용하여야 한다. 이 국제적인 규제의 준수를 위해 선박들은 황산화물 저감장치 설치, 또는 저유황유를 사용하거나 LNG 연료 추진선으로의 전환이 필요하며, 그중 LNG가 새로운 친환경 선박 연료로 주목받고 있다. LNG 연료는 황산화물뿐만 아니라 질소산화물 및 온실가스 배출를 감축시킬 수 있어 현재 강화된 대기환경규제를 충족할 수 있는 가장 상용화된 선박 연료로 평가받고 있다. 이러한 친환경 LNG 연료의 공급 시장을 활성화하기 위해서는 선박의 운항항로를 고려한 벙커링 인프라 구축이 무엇보다 중요 하나 이에 못지않게 공급되는 연료의 품질 또한 중요한 요소이다. 이 연구에서는 현행의 선박 연료유 품질관리에 대한 국제표준, 국제해사협약 및 국내법 등을 살펴보고, 이러한 규정들이 경년변화로 대표되는 LNG 연료의 특성을 고려하여 품질을 적절하게 관리하고, 부적합한 품질의 LNG 연료 사용에 기인한 해양오염의 발생 방지를 위해 적합한가를 고찰한다. 이를 통해 LNG 연료 품질관리의 중요성을 인식하고, 메탄가에 대한 정보를 포함하고 있는 LNG 연료 공급서 및 연료 견본 관리, 물질안전보건자료 제공 등을 포함하는 LNG 연료 품질관리에 관한 입법론적 개선을 제안하고자 한다. The shipping industry, which has been using fossil fuels for a long time, has been making various efforts under the auspices of the International Maritime Organization to reduce air pollutants from ships. From January 2020, all ships engaged on international voyages must use fuel oil with a sulfur content of less than 0.5%. In order to comply with this international regulation, ships are required to install an Exhaust Gas Cleaning System, use Low-Sulfur Fuel Oil, or switch to Liquefied Natural Gas Fuelled ships. Among them, LNG, an eco-friendly fuel oil, is attracting attention as a new ship fuel. LNG fuel can reduce not only sulfur oxides but also nitrogen oxides and greenhouse gas emissions, so it is evaluated as the most commercialized marine fuel that can satisfy the currently reinforced air environment regulations. In order to revitalize the supply market for eco-friendly LNG fuel, it is most important to build a bunkering infrastructure in consideration of ship navigation routes, but the quality of the supplied fuel is also an important factor. In this study, the current international standards for ship fuel oil quality management, International Maritime Conventions, and domestic legal regulations are reviewed. Consider whether these regulations are appropriate to properly manage quality and prevent marine pollution caused by the use of LNG fuels of inappropriate quality in consideration of the characteristics of LNG fuels represented by aging effect. Through this, it recognizes the importance of LNG fuel quality management and proposes a legislative improvement proposal for LNG fuel quality management including LNG fuel delivery note containing information on methane number and fuel sample management, and providing material safety data sheet.

국내 차량 인증시험용 표준연료(경유) 도입 필요성 검토 연구

황인하,강형규,성상래,송호영,하종한,나병기 한국응용과학기술학회 2017 한국응용과학기술학회지 Vol.34 No.4

Although the number of registered cars in South Korea is about 22million but, there is no national standard for automobile reference fuel in South Korea. Reference fuel is the fuel used for certificating vehicle performance, emissions and fuel economy. Now, domestic market fuels are used as reference fuel. However, the quality of domestic market fuel is constantly changing by seasonal and fuel manufacturers. It may effect vehicle performance, emissions and fuel efficiency test result. On this study, market diesel fuel quality was monitored and reference fuel standard(draft) was set by reflecting market fuel monitoring result. Reference fuel standard(draft) was applied to CRDI engine. 2016년 기준 국내 자동차 등록대수는 약 2,200만대를 육박하고 있으나[1], 국내 자동차용 표준연료에 대한 기준은 부재한 상황이다. 자동차용 표준연료(Reference Fuel)는 차량의 연비와 배출가스를 인증하거나 새로운 자동차를 개발할 때 차량의 성능 등을 평가하기 위해 사용하는 연료를 의미한다. 현재 국내에는 차량의 배출가스, 성능, 연비시험 등을 위해 유통연료를 사용하고 있으며, 유통연료는 석유 및 석유대체연료사업법과 대기환경보전법 상의 품질기준을 만족하지만 각 제조사의 원료와 공정 등에 따라 연료의 물성 차이가 있어 차량 시험 시 편차가 발생할 수 있다. 본 연구에서는 국내 유통되는 자동차용 경유 품질모니터링 분석결과를 바탕으로 자동차용 경유의 시험용 표준연료 기준(안)을 설정하고, CRDI 방식의 차량에 적용하여 표준연료 기준(안)을 평가하였다.

고형연료 에너지 시설의 대기오염물질 관리 개선방안 연구

김유미 ( Yumi Kim ),조지혜 ( Ji Hye Jo ),안준영,최현진,문난경,이영수,이영준,김민아 한국환경정책평가연구원 2018 기본연구보고서 Vol.2018 No.-

고형연료 사용량은 2014년 115만 톤에서 2017년 361만 톤으로 3배가량 증가하였다. 하지만 신규 고형연료 사용시설 설치에 대한 전국적인 민원이 발생함에 따라 고형연료 사용시설에 대한 대기오염물질 관리방안을 면밀히 마련하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 고형연료 사용시설과 관련된 기존 대기 정책과 환경영향평가의 현황을 살펴보고 문제점을 도출하며 개선사항에 대하여 논하였다.먼저 대기오염물질 배출허용기준의 경우 2020년 강화방안 내 고형연료 사용시설에 대한 사항이 포함되어 있으나 먼지, SOx, NOx에 대한 표준산소농도가 고체연료를 사용하는 시설의 표준산소농도보다 완화되어 있으므로 동일한 표준산소농도 기준을 마련하여 대기오염물질 과다 배출을 제어할 필요가 있다. 고형연료의 원료 폐기물 대상이 이전보다 넓어졌으므로 SOx를 굴뚝 자동측정기기(TMS: Tele-Monitoring System) 측정항목으로 추가하여 관리하는 것이 바람직하다. 또한 고형연료를 30% 미만으로 혼소하여 사용하는 시설은 고형연료제품 사용시설의 특정대기유해물질 배출허용기준을 적용받지 않는 대형 석탄 화력발전시설들에 대하여 연료 혼소에 따른 배출특성 파악과 별도의 배출허용기준 마련이 필요하다.「자원의 절약과 재활용촉진에 관한 법률」상의 다이옥신 규제를 받는 고형연료 사용시설은 「잔류성유기오염물질 관리법」에 의해 규제를 받는 시설에 비하여 측정주기 및 행정조치사항에 대하여 완화된 규정이 적용되고 있으므로 「잔류성유기오염물질 관리법」 내 고형연료 사용시설을 통합하여 관리해야 한다. 이는 향후 『잔류성유기오염물질관리기본계획』 수립 시와 다이옥신 외 스톡홀름 협약 대상물질들에 대한 관리 확대 시에도 필요한 부분이다.주요한 대기 정책으로 1980년부터 시행된 저황유 사용의무제도, 고체연료 사용금지제도, 청정연료 사용의무제도를 들 수 있으며 이로 인하여 SO₂ 및 CO 농도가 눈에 띄게 개선되었다. 하지만 현재 고형연료는 고체연료에 속하지 않아 사용지역에 대한 제한이 없는 상황이다. 이는 고형연료 사용처 확산에는 용이할 수 있지만 대규모 주거지역에 특정대기유해물질을 포함한 대기오염물질의 노출을 최소화하기 위해서는 고형연료를 고체연료에 포함하여 관리하는 것이 바람직할 것이다. 또한 고형연료 품질등급제 도입 시 각 품질별 사용처와 필수적인 대기오염물질 방지시설 운영안이 함께 마련되어야 할 것이다.고형연료 사용시설의 시설수로는 산업용 보일러가 큰 비중을 차지하지만 발전시설에 대하여만 환경영향평가 대상으로 한정되어 있다. 발전시설 중에도 10㎿ 이상의 시설 기준이 적용되어 소규모 발전시설이 대다수인 폐기물에너지 발전시설에 대한 포용성이 떨어지므로 발전시설 대상항목 내 폐기물에너지 발전시설을 별도로 신설하는 방법을 제안한다.고형연료 발전시설 환경영향평가 시 배출되는 물질에 대한 검토를 수행한 결과 환경영향평가 및 건강영향평가 대상물질로 추가 검토하여야 하는 물질들과 방법론을 제시하였고, 특히 1급 발암물질에 해당하는 벤젠, 다이옥신, 벤조(a)피렌의 고려가 필요하다. 고형연료에 대한 대기오염물질 배출계수 연구는 매우 미흡한 것으로 조사되었고, 그중 환경영향평가에 적용가능한 배출계수를 선정하여 제시하였다. 하지만 고형연료 사용으로 인한 불확실성을 보완하기 위해서는 사후환경영향조사 시 예측한 배출농도와 실측한 배출농도를 상호 비교하여 저감시설의 적정성을 평가할 수 있는 계획이 반드시 필요하다. The amount of solid refuse fuels used per year increased about three times, from 1,150 thousand tons in 2014 to 3,610 thousand tons in 2017. However, with the nationwide civil appeals for installation of facilities used solid refuse fuels, it became important to thoroughly prepare the plan for air pollution control for the facilities. This study examined the present condition of the existing air pollution control policies and environmental impact assessment, drew the problems from them and discussed reform measures for them.As for the permissible emission levels for air pollutants, the enhanced measure in 2020 includes the item for solid refuse fuels facilities. However, because the standard oxygen concentration of dust, SOx and NOx for solid refuse fuels has relaxed, compared with that for solid fuels, it is necessary to prepare the criteria for the same standard oxygen concentration and to control excessive emission of air pollutant. It is desirable to add SOx as a measurable item of the TMS(Tele-monitoring system) to control, since the list of waste as raw material of solid refuse fuels increased. It is also necessary to make a mixed firing of lower than 30% of solid fuels to examine the characteristics of emission caused by mixed firing from the great coal-fired electric power plants that are exempt from the permissible emission levels for the specified hazardous air pollutants, and to prepare the permissible emission levels.As for measurement cycle and administrative action, the relaxed regulation is applied to the facilities for solid refuse fuels, required for dioxin control by the 「Act of the Promotion of Saving and Recycling of Resources」, compared with those controlled by the 「Persistent Organic Pollutants Control Act」, into which, it is necessary, control of the facilities for solid refuse fuels should be incorporated. It is also necessary, from now on when establishing the 『Basic Plan for Control of Persistent Organic Pollutants』 and expanding control of the materials under the Stockholm Convention on Persistent Organic Pollutants, besides dioxin, As for important air pollution policies, the System of Mandatory Use of Low Sulphur Fuel Oil, the System of Prohibition from Use of Solid Fuels and the System of Mandatory Use of Clean Fuel were established to decrease concentration of SO2 and CO. However, at present because the solid refuse fuels do not belong to solid fuels, the area of their use is not regulated. Even though it is easy to expand the area of their use, it is desirable to incorporate the solid refuse fuels into solid fuels to control, minimizing exposure of air pollutants, containing the specific air pollutants, to the large-scale residential area. In addition, when introducing the system of quality class for solid refuse fuels, it is necessary to prepare the plan for designation of the use area by class and for operation of the facilities for required prevention of air pollutants.The industrial boilers occupy the greater amount of the facilities for solid refuse fuels, however, only the power plant facilities are subject to the Environmental Impact Assessment. As for the power production facilities, because the standard for the facilities of more than 10㎿ is applied to them and the capacity for the waste-energy power production facilities majority, of which are small-scale, is lower, it is suggested that the separate waste-energy power production facilities should be established in the lists of power production facilities.The examination of air pollutants emitted from power production facilities using solid refuse fuels resulted in suggestion of materials and methods necessary for additional examination as the materials in environmental impact assessment and health impact assessment. In particular, it is necessary to consider first-class carcinogen such as benzene, dioxin and benzo[a]pyrene. The result shows that insufficient studies on emission factors for air pollutants are going on, and the emission factors that can be applicable to environmental impact assessment were selected and suggested. However, to complement the uncertainty caused by the use of solid refuse fuels, it is essential to compare the predicted and the actual emission concentrations in post-environmental impact assesment to evaluate the relevance of reduction facilities.

국내 표준연료(휘발유) 도입 필요성 검토 연구

강형규(Hyungkyu Kang),성상래(Sangrae Seong),송호영(Hoyoung Song),황인하(Inha Hwang),하종한(Jonghan Ha),나병기(Byungki Na) 한국유화학회 2016 한국응용과학기술학회지 Vol.33 No.4

Although the number of registered cars in South Korea is above 21million and one family has about 1.07 cars, there is no national standard for automobile reference fuel in South Korea. Reference fuel is the fuel used for certificating vehicle performance, emissions and fuel economy. Now, domestic market fuels are used as reference fuel. However, the quality of domestic market fuel is constantly changing by seasonal and fuel manufacturers. It may effect vehicle performance, emissions and fuel efficiency test result. On this study, market fuel quality was monitored and reference fuel standard(draft) was set by reflecting market fuel monitoring result. Reference fuel standard(draft) was applied to GDI and MPI engine. As a result, the difference of fuel economy between fuels meeting the reference fuel standards(draft) was reduced to 1.1% while the difference of fuel economy between market fuels was 3.8%. 2015년 기준 자동차 등록대수는 약 2,100만대를 넘어 1가구당 1.07대를 보유하고 있는 실정이나[1], 국내 자동차용 표준연료에 대한 기준은 부재한 상황이다. 자동차용 표준연료(reference fuel)는 차량의 연비와 배출가스를 인증하거나 새로운 자동차를 개발할 때 차량의 성능 등을 평가하기 위해 사용하는 연료를 의미한다. 현재 국내에는 차량의 배출가스, 성능, 연비시험 등을 위해 유통연료를 사용하고있으며, 유통연료는 석유 및 석유대체연료사업법과 대기환경보전법 상의 품질기준을 만족하지만 각 제조사의 원료와 공정 등에 따라 연료의 물성차이가 있어 차량 시험 시 편차가 발생할 수 있다. 본 연구에서는 국내 유통되는 휘발유 품질모니터링 분석결과를 바탕으로 표준연료 기준(안)을 설정하고, GDI와 MPI연료 분사 방식의 차량에 적용하여 비교 평가한 결과, 실제 유통연료를 사용했을 때 최대 3.8%까지 발생하는 연비차이가 1.1%까지 감소함을 확인할 수 있었다.

자동차용 경유의 윤활성(HFRR)이 커먼레일 고압펌프에 미치는 영향에 관한 연구

김정환(Jeonghwan Kim),박종배(Jongbae Park),송호영(Hoyoung Song),김재권(Jaigeoun Kim),김동길(Dongkil Kim) 한국자동차공학회 2009 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2009 No.4

Recently, Common rail diesel fuel injection systems are becoming widely used by vehicle manufacturers due to their microprocessor control, enabling a more flexible approach to how much and when fuel is injected into the engine cylinder. In order to avoid any contamination of the fuel, the high pressure pump is lubricated solely by the fuel. This means that it is vulnerable to variations in the quality of the fuel and, in particular, the lubricity performance of the fuel. Common rail fuel supply pump(high pressure) wear tests and injector wear tests were conducted on two fuels which have a different lubricity property using a 1000-hour test method developed for this study. After each fuel system component durability test, fuel supply pumps and common rail injectors were disassembled to check wears which arose from a lack of lubricity.

BTL 디젤 생산을 위한 F-T 디젤의 연료적 특성 연구

김재곤,전철환,임의순,정충섭,이상봉,이윤제,강명진 한국유화학회 2012 한국응용과학기술학회지 Vol.29 No.3

최근 정부는 국가 온실가스를 효율적으로 감축시켜 국제적인 기후변화에 대응하기 위하여 여러 부문에서 기술개발을 진행 중에 있다. 이를 달성하기 위하여 정부는 화석연료를 대체하고 이산화탄소를 감축시키는 수단으로 바이오연료를 저탄소와 탄소중립자원으로 검토하고 있는 실정이다. 일반적으로, 목질계로부터 생산된 2세대 바이오연료는 수송부문에서 기존 화석연료를 대체하고 온실가스를 감축하는데 큰 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 이러한 이유로 정부는 목질계 기반 바이오매스 액화연료(biomass-to-liquid fuel)에 대해 파일럿 수준으로 기술개발 중에 있다. 따라서 본 연구에서는 바이오매스액화연료 생산을 위한 동일공정으로 합성된 F-T(Fischer-Tropsch) 디젤의 연료적 특성을 연구하였다. 합성 F-T 디젤은 자동차용 경유에 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있는 장점으로 인해 자동차용 경유엔진에 사용될 수 있다. 그 이유는 합성 F-T 디젤이 자동차용 경유와 비슷한 물리적 특성을 가지기 때문이다. 본 연구에 사용된 F-T 디젤은 Fischer-Tropsch (F-T) 공정을 이용하여 저온(240℃)에서 철 촉매를 가지고 합성되었다. 합성 F-T 디젤은 n-파라핀과 iso-파라핀을 함유하고, 등유와 경유 성분을 가진 C12~C23+ 분포로 이루어졌다. 합성 F-T 디젤은 합성 F-T 연료부터 증류를 통해 분리된 합성 F-T 디젤은 자동차용 경유에 비해 세탄가가 높으며, 방향족화합물은 매우 낮고, 황함량는 초저황(sulfur free) 수준으로 평가되었다. 또한 합성 F-T 디젤은 자동차용 경유와 비교하여 황과 방향족 화합물의 함량이 낮기 때문에 윤활성이 열악함을 보였다. In order to reduce the effects of greenhouse gas (GHG) emissions, the South Korean government has announced a special platform of technologies as part of an effort to minimize global climate change. To further this effort, the Korean government has pledged to increase low-carbon and carbon neutral resources for biofuel derived from biomass to replace fossil and to decrease levels of carbon dioxide. In general, second generation biofuel produced form woody biomass is expected to be an effective avenue for reducing fossil fuel consumption and greenhouse gas (GHG) emissions in road transport. It is important that under the new Korean initiative, pilot scale studies evolve practices to produce biomass-to-liquid (BTL) fuel. This study reports the quality characteristics of F-T(Fischer-Tropsch) diesel for production of BTL fuel. Synthetic F-Tdiesel fuel can be used in automotive diesel engines, pure or blended with automotive diesel, due to its similar physical properties to diesel. F-T diesel fuel was synthesized by Fischer-Tropsch (F-T) process with syngas(H2/CO), Fe basedcatalyst in low temperature condition(240℃). Synthetic F-T diesel with diesel compositions after distillation process is consisted of C12~C23+ mixture as a kerosine, diesel compositions of n-paraffin and iso-paraffin compounds. Synthetic F-T diesel investigated a very high cetane number, low aromatic composition and sulfur free level compared to automotive diesel. Synthetic F-T diesel also show The wear scar of synthetic F-T diesel show poor lubricity due to low content of sulfur and aromatic compounds compared to automotive diesel.

선박용 연료의 열량환산계수 산정 및 품질의 표준 현황

도진우(Jin-woo Doe),주다정(Da-jung Ju),김상문(Sang-moon Kim),신성하(Sung-ha Shin),김재곤(Jae-kon Kim) 한국신재생에너지학회 2021 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.7

국제해사기구(IMO)에서는 2020년 1월부터 해양대기오염물질의 배출에 관한 규제로 선박용 연료의 황함량을 0.5 질량% 이하로 낮추었으며, 2050년까지 50% 온실가스 감축 목표를 설정하고 있다. 선박용 연료는 연근해 및 원양 선박에서 사용되는 연료로 구분할 수 있으며, 본 연구에서는 국내외 선박용 연료의 품질기준 및 표준 현황을 조사하고 선박용 연료의 종류별 열량환산계수를 실측하였다. 현재 국내에서는 석유 및 석유대체연료 사업법에서 선박용 연료의 품질기준에 대해 규정하고 있으며, 원양 선박의 경우, 국제표준인 ISO 8217의 국내 부합화 표준인 KS M ISO 8217에서 연료의 품질기준 및 시험방법 표준을 설정하고 있다. 선박용 연료의 열량환산계수 산정을 위해 국내 정유사의 생산 현환 및 선박의 소비 유형을 조사, 분석하여 총 9종의 시료에 대해 국내 4개 정유사에서 분기별 1회씩 총 3회에 걸쳐 시료채취를 실시하였으며, 주요 물성인 황함량, 발령량, 밀도, 원소분석(탄소 및 수소함량), 질소함량, 동점도 등을 실측하였다. 국내 선박용 연료의 열량환산계수와 IPCC G/L과의 비료 분석에서, 순발열량은 전체적으로 유사한 결과값을 나타내었고, 국내 에너지열량 환산기준과의 비교에서도 비슷한 결과값을 보였다.

수소충전소 내 연료전지용 수소연료 품질 관리 및 표준화 동향

김동겸,임정식,이정순 한국수소및신에너지학회 2022 한국수소 및 신에너지학회논문집 Vol.33 No.4

Hydrogen is promising a candidate for energy supporting the carbon neutrality policy for greenhouse gas reduction, which is being promoted in several countries, including Korea. Although challenging efforts—such as lowering the costs of green hydrogen production and fuel cells—remain, hydrogen fuel cell electric vehicles (FCEVs) are expected to play a significant role in the energy transition from fossil fuels to renewable energy. In line with this objective, the hydrogen FCEV working group in the International Organization for Standardization (ISO) compiled and revised international standards related to hydrogen refueling stations as of 2019. A well-established hydrogen quality management system based on the standard documents will increase the reliability of hydrogen charging stations and accelerate the use of FCEVs. In this study, among the published ISO standards and other references, the main requirements for managing charging stations and developing related techniques were summarized and explained. To respond preemptively to the growing FCEV market, a continuous hydrogen quality monitoring method suitable for use at hydrogen charging stations was proposed.

급속 열분해 바이오 오일의 활용 및 품질기준

박조용,도진우 한국수소및신에너지학회 2020 한국수소 및 신에너지학회논문집 Vol.31 No.2

Fast pyrolysis is one of the most promising technologies for converting biomass to liquid fuels. Pyrolysis bio-oil can replace petroleum-based fuels used in various thermal conversion devices. However, pyrolysis bio-oil is completely different from petroleum fuels. Therefore, in order to successfully use pyrolysis bio-oil, it is necessary to understand the fuel characteristics of pyrolysis bio-oil. This paper focuses on fuel characteristics and upgrading methods of pyrolysis bio-oil and discusses how these fuel characteristics can be applied to the use of pyrolysis bio-oils. In addition, the fuel quality standards of fast pyrolysis bio-oil were examined.

유사 경유가 연료공급시스템의 내구성에 미치는 영향에 관한 연구

김정환(Jeonghwan Kim),박종배(Jongbae Park),김성우(Seongwoo Kim),김재권(Jaigeoun Kim),김동길(Dongkil Kim) 한국트라이볼로지학회 2008 한국트라이볼로지학회 학술대회 Vol.2008 No.11

Recently, due to the high price of diesel fuel the usage of illegal diesel fuel is increasing steadily. Illegal diesel fuel does not satisfy the standard quality measurements such as lubricity ,density, sulfur contents and so on. Common rail diesel fuel injection systems are becoming widely used by vehicle manufacturers due to their microprocessor control, enabling a more flexible approach to how much and when fuel is injected into the engine cylinder. In order to avoid any contamination of the fuel, the high pressure pump is lubricated solely by the fuel. This means that it is vulnerable to variations in the quality of the fuel and, in particular, the lubricity performance of the fuel. Common rail fuel supply pump(high pressure) wear tests and injector wear tests were conducted on a legal diesel fuel and an illegal-diesel fuel using a 1000-hour test method developed for this study. After each fuel system component durability test, fuel supply pumps and common rail injectors were disassembled to check wears which arose from a lack of lubricity.