하수처리장 전력 사용량의 50∼65%를 사용하는 송풍기 사용 동력 절감은 Scope 2 탄소발생을 감소시킨다. 일반적으로 국내 하수처리장은 설계기준인 일 최대 유입하수량과 유입 수질 유입 시 방류수 배출기준을 만족하도록 설계된 운전 방법으로 상시 가동하는데, 일반적인 특성을 가진 하수를 처리하는 경우 이에 맞춘 운전을 하면 송풍 동력을 절감할 수 있다. 본 연구에서는, 시뮬레이션을 통해 일반적인 하수를 처리하는 경우 4개로 구분된 호기조 중 3개만 폭기하고, 말단 호기조의 용존산소 농도와 암모니아성 질소 농도를 기준으로 전체 호기조 공급 송풍량을 조절하면 폭기 에너지를 절약할 수 있는 것으로 파악되었다. 말단 호기조 용존산소 농도를 1.5 ㎎/L로 상시 유지하고, 시간 최대 암모니아성 질소 농도를 상시 4.0 ㎎/L 이하로 유지시키는 다단 제어시스템을 도입하면 전체적으로 설계운전에 비해 16.2%의 송풍량이 절감이 될 수 있는 것으로 시뮬레이션을 통해 파악되었다. 또한 16.2% 의 송풍량 절감은 0.00599 kg CO2.eq./m3, 연간 102.7 ton의 Scope 2 탄소 발생을 절감하는 것으로 나타나, 다단제어를 포함한 Digital Twin을 실 처리장에 적용하면 송풍량 최적화를 통한 탄소발생 저감이 수행될 수 있는 것으로 나타났다.

해운 산업은 탄소 배출 저감을 위한 다양한 기술적 해결책을 모색하고 있으며, 그중 암모니아(NH3)는 차세대 무탄소 연료로 각 광받고 있다. 암모니아는 이산화탄소(CO2)를 배출하지 않으며, 기존 인프라를 활용해 대규모 운송 및 저장이 가능하다는 장점이 있다. 본 연구는 암모니아를 수소(H2)로 개질하여 연료전지에 공급하고, 이를 통해 전력을 생산하는 하이브리드 전기 추진 시스템의 성능을 평가하 였다. 암모니아-수소 개질기, 수소 연료전지, 배터리로 구성된 이 시스템은 친환경적인 추진 방식이다. 경사 시험(Heel test)은 선박이 실제 항해 중에 겪을 수 있는 10도 경사 상황에서 시스템이 안정적으로 작동하는 평가하기 위해 수행되었다. 시험 결과, 암모니아 개질기는 경사 조건에서도 안정적으로 수소를 생산하였다. 연료전지와 배터리가 결합된 하이브리드 시스템은 부하 변동 상황에서도 효율적으로 전력을 관리하고 안정적인 전력 공급을 유지했다. 특히 경사 상태에서도 시스템 성능 저하 없이 연료전지와 배터리 전력, 전류, 전압의 상호작용이 원활하게 이루어졌음을 확인할 수 있다. 본 연구는 향후 친환경 선박의 핵심 기술로 자리 잡을 수 있는 암모니아 기반 추진 시스템의 안정 성과 성능을 실험적으로 검증하였다는 점에서 그 의미가 있으며, 따라서 본 연구 결과는 해운 산업에서 암모니아 기반 추진 시스템의 사용 화 가능성을 높이는 중요한 기초 자료를 제공할 것으로 기대된다.

One of the harmful substances produced by livestock manure is ammonia (NH3), which is emitted at a high rate. Additionally, NH3 reacts with sulfur oxides (SOx) and nitrogen oxides (NOx) in the atmosphere to produce fine particulate matter (PM2.5). However, the management and countermeasures for NH3 in livestock facilities were found to be inadequate. To establish effective measures, an NH3 emission factor that complies with certified methodologies is required. This study calculates the emission factor by monitoring NH3 concentration and ventilation between September 2022 and May 2023 in a mechanically-ventilated enclosed facility. The data measurement was performed in accordance with the VERA test protocol from Europe, and NH3 concentrations were monitored in real-time using photoacoustic spectroscopy measurement equipment. The average NH3 concentrations for Rooms 1, 2, and 3 during the entire period were measured at 0.96 ± 0.39 ppm, 1.20 ± 0.57 ppm, and 1.34 ± 0.71 ppm, respectively, with an overall average of approximately 1.17 ± 0.49 ppm. The average ventilation was recorded at 2,782.0 ± 1,510.4 m³/h, with an average internal temperature of 26.0 ± 1.5 °C and a relative humidity of 63.9 ± 5.2%. The average emission factor per room was calculated as 0.14 ± 0.03 g/day/pig for Room 1, 0.19 ± 0.07 g/day/pig for Room 2, and 0.15 ± 0.05 g/day/pig for Room 3. Ultimately, this study determined the average NH3 emission factor for the weaned pig facility to be 0.16 g/day/ pig.

암모니아는 지구 온난화의 주범인 이산화탄소 배출이 없는 선박용 친환경 연료이다. 그러나 암모니아는 독성가스이면서 동시에 폭발성 및 부식성 가스로서, 선박용으로 사용되려면 누출에 대비한 안전성이 충분히 확보되어야 한다. 본 연구에서는 선박 연 료 준비실에서 암모니아 누출이 발생한 경우, 급․배기구의 위치 변화에 따른 누출 특성에 대하여 해석을 수행하고 환기 거동을 분석 하였다. 누출량은 0.1kg/s로 하고 통풍량은 30 ACH로 하였다. 급기구가 Aft-Top-Stbd, 배기구가 Fwd-Top-Stbd 에 위치 할 경우(Case 1) 가 100 초뒤 평균 암모니아 농도가 가장 높았고 급기구가 Aft-Bottom-Stbd, 배기구가 Fwd-Bottom-Port에 위치하는 경우(Case 14)가 가 장 낮았다. 50초 이후 Case 1은 약 1500ppm 이상의 암모니아 가스가 Aft 쪽으로, Case 14는 Fwd 벽면으로 정체부가 일정하게 나타났 다. 급·배기구 위치와 장비의 배치와 크기에 따라 높이별 암모니아 농도 및 속도가 다르게 분포되고 속도가 상대적으로 느린 부분에 서 정체부가 발생되고 암모니아 농도가 높아졌다. 소량의 암모니아가 10초 동안 0.1kg/s로 누출할 경우 폭발가스의 범위가 높이 1m 정도로 누출 지점 근처에서 형성되어 소량의 암모니아 누출 시 폭발성은 매우 낮았다. 본 연구에서 최적의 급·배기구 위치 조합을 통 해 암모니아 농도를 효과적으로 제어할 수 있음을 확인하였다. 이는 암모니아를 선박 연료로 사용할 때 안전성을 확보하기 위한 설계 기준 마련에 기여할 것으로 기대된다.