The fuel oil used for ships has the viscosity higher than the fuel used for general vehicles and contain impurities, so it’s exhaust gas results in the environment pollution. There have been studies actively conducted to examine alternative fuels for improving the quality of the marine fuel oil. It is, however, necessary to test the quality of fuel for mega ships, by conducting the simulation test using reduced-size models, before the demonstration step, because it takes too much cost and time to directly perform the demonstration of alternative fuels. This study, therefore, developed a 30-liter small-size boiler similar to the ship system and performed an initial fuel test by applying MGO to it. The findings show that the amount of nitrogen oxide to which 4% of the standard oxide level was applied was about 24.69ppm, when the oxide level was 10.02%, with the CO2 of 8.02%, the exhaust gas temperature of 291.15℃ and the combustion efficiency of about 74.53%, indicating that it will be necessary to conduct various studies through the ratio control in the future.

Recently, air pollution from fossil fuels is at a serious level, and the IMO proposes to reduce greenhouse gas emissions by about 70% by 2050, and controls greenhouse gas emissions by applying the energy efficiency disign index(EEDI) to each ship type. In this study, the marine fuel oil viscosity of MGO, MDO, HFO and CGO according to the temperature change was compared and measured and the difference was analyzed. As a result, the viscosity of CGO was 3.32mPa·s, which was almost similar to MGO(3.40mPa·s) and MDO(3.51mPa·s) so it was judged that it could be used as a marine fuel, and it was found that there was a significant difference with HFO at P<0.01 there was.

최근 선박용 연료유에 대한 황 함유량 규제를 준수하기 위해 저유황유의 수요가 증가하고 있다. 그러나 저유황유를 공급하는 시기, 지역, 회사 별로 그 품질이 상이함에 따라 선내 연료유 저장탱크에서는 과도한 슬러지가 발생하는 등 혼합 안정성에 대한 문제가 제기되고 있다. 따라서 본 연구는 초음파의 캐비테이션 현상을 이용하여 저유황유의 품질 향상을 하고자 하였다. 선내 저장 탱크에서 이종의 연료유가 혼합되는 상황을 모사하기 위해 두 가지 종류의 저유황유(황 함유량 0.5 % 이하 MGO, MDO)를 혼합하여 시료유로 사용하였다. 원료유와 50 wt.% 씩 혼합한 시료유를 120분 동안 초음파 처리하였으며, 40분 주기로 채취된 샘플은 GC/MS 분석을 수행하여 초음파 조사 시간에 따른 시료유의 조성 변화를 분석하였다. 연구결과, 초음파의 캐비테이션 효과로 인하여 화학결합이 깨지면서 MGO 내 존재하는 고분자량 화합물의 감소와 저분자량의 화합물 증가가 관찰되었다. MDO와 혼합유의 경우, 초음파 조사 후 저분자 화합물에 대한 상대 존재 비의 부분적 증가가 관찰되었지만 시간과 상대 존재비 사이의 상관관계는 관찰되지 않았다.

국제해사기구(IMO)의 황함유량 규제에 따르는 저유황연료유는 생산 공정에 따라 다양한 물리화학적 특성을 가지게 된다. 본 연구는 저유황연료유 및 저유황-고유황 혼합연료유의 물리화학적 특성연구 결과를 해양오염 방제대응의 기초자료로 활용하고자 한다. 연구에 사용된 혼합연료유는 황함유량이 0.46 mass%인 저유황연료유와 0.36 mass%인 저유황연료유에 고유황연료유를 25, 50, 75 mass% 혼합하여 제조하였다. 이 혼합연료유에 대해 동점도, 유동점 및 Saturates, Aromatics, Resins, Asphaltenes(SARA)분포 등 물리화학적 특성에 대해 실험실 연구를 하였다. 동점도가 높고 유동점이 낮은 특징의 고유황연료유가 75 mass% 혼합함에 따라, 혼합연료유의 동점도는 350.2 %까지 증가 하였으며, 유동점이 23℃와 -11℃의 저유황연료유는 각각 -3℃ 및 -6℃까지 유동점이 내려가거나 올라갔다. Asphaltenes 분포가 적은 저유황연료유에 고유황연료유를 혼합함에 따라, Saturates분포는 68.8 %까지 감소하고, Asphaltenes분포는 1,417 %까지 크게 증가하였다.

In this study, four types of water-heavy fuel oil hybrid emulsion oil were manufactured depending on the moisture content ratio in order to reduce exhaust emissions of heavy fuel oil(Bunder-C), which is necessarily used in vessels, power plants and boilers. The components of the manufactured emulsion oil were analyzed using the ISO standard testing method. The analysis result showed that in the EM25 fuel with a maximum moisture content ratio of 25.0%, the moisture content was 25.0%, the sulphur content was 0.20%, the kinematic viscosity was 144.8mm2/s, the specific gravity was 0.9382, and the flash point was 100 Celsius degrees or above.

Recently air pollution is becoming a global environment issue. Especially, the smoke from engines and boiler systems, which burn fossil fuels directly, is an extremely serious issue. For this reason, IMO is tightening regulations for the control of NOx and SOx. Therefore, in this study, the NOx reduction effect of emulsified oil mixed with 10% of water was tested after applying the emulsified oil to an industrial boiler burner using Bunker-C oil. The study showed that the exhaust gas oxygen concentration of emulsified oil was nearly 1.3% high and this was identified by the effect of dissolved oxygen contained in water. Also, based on the standard oxygen concentration(4%), the average and maximum NOx reduction rates were 28.53% and 30.23% respectively, which means the reduction efficiency was very high.

화석연료로부터 기인한 환경오염에 대한 대응과 더불어 신재생에너지 공급의무화제도의 시행은 재생연료유 등 신재생에너지의 활용도를 증대시켰다. 부생연료유(2호)와 정제연료유(감압)는 국내 법령으로 엄격히 규제되고 있으며, 부생연료유(2호)를 혼합한 정제연료유(감압)의 물성변화를 시험하였다. 부생연료유(2호)를 1 : 1로 혼합한 정제연료유(감압)의 물성분석 결과, 국내 폐기물관리법에서 규정하고 있는 품질기준을 만족하였다. 다만, 연료와 관련한 추가항목 시험결과에서 높은 방향족 함량을 나타내었다. 연료내 높은 방향족 함량은 사용기기의 고무류 파손이나 연소 시 그을음, 매연 등이 발생할 가능성이 높을 것으로 보인다.

본 연구에서는 선박용 엔진을 활용하여 E2, E3 사이클 시험 결과로부터 연료 내 황 함유량 변화에 따른 대기오염물질 배출 특성을 조사하였다. 테스트를 위해 사용된 엔진은 360 PS의 엔진(Doosan L126TIH engine)을 활용하였고, 동력계로는 Horiba-Schenck사의 400㎾급 동력계인 W400을 사용하였다. 엔진에서 발생되는 대기오염물질 계측을 위해서는 오스트리아 AVL사의 FTIR과 SPC 장비를 배기라인 후단에 장착해서 사용하였다. 실험 결과로는 E2, E3 사이클 모두에서 연료 내 황 함유량이 증가할수록 THC와 CO의 단위 출력 당 배출량은 감소하고 입자상물질은 증가하였다. 연료의 황 함유량이 증가할수록 동점도가 증가되어 엔진의 연료소모율이 좋아지는 것을 확인하였다. 이는 본 연구에 사용된 엔진의 경우 연료 분사압력이 일정한 상태에서 동점도 증가에 따른 분무입자의 평균입경이 커짐에 따른 연소 상태가 개선되었기 때문이라 생각되어진다. 질소산화물의 경우 이번 연구에서는 황함유량의 변화에도 배출량에서는 큰 변화를 보이지 않았다.

선박용 연료유가 연소하는 과정에서 배출되는 오염물질은 대기오염을 유발하고 인체에 유해한 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 그에 따라, IMO에서는 선박에서 배출되는 오염물질을 규제하고 있다. 하지만 입자상물질(Particulate matter: PM)에 대한 규제는 아직 논의단계에 있으므로 선제적인 대응이 필요하다. 그러기 위해서는 입자상물질에 대한 기초적인 연구가 필수적이다. 이번 연구에서는 해상용 연료유에서 발생하는 입자상물질의 기초 데이터 구축을 위해 선박 디젤 엔진에 사용되는 연료유의 무차원 광소멸계수(Ke)를 계측하여 분석하였다. 특성 비교를 위해 육상 디젤 엔진에 사용되는 연료유를 같은 방법으로 측정하였다. 두 연료유는 황함유량과 밀도에서 차이가 난다. 무차원 광소멸계수(Ke)는 633 nm의 레이저를 이용하여 광학적인 방법으로 측정하고 중력식 필터법에 의해 채집된 입자상물질의 체적분율을 이용하여 결정하였다. 선박용 연료유에서 배출되는 입자상물질의 무차원 광소멸계수(Ke)는 8.28이고, 육상용 연료유는 8.44 이다. 두 연료유의 무차원 광소멸계수(Ke)는 측정 불확도 범위내에서 거의 유사하였다. 하지만 Rayleigh limit 해법에서 구한 값과의 비교를 통해 광산란 비중이 클 수 있는 부분과 광투과율과 채집질량과의 관계를 통해 광소멸 특성이 상이할 수 있음을 확인하였다.

선박엔진은 잔사유를 에너지원으로 활용하여 운항할 수 있으며, 이를 활용한 선박에서 환경 규제와 경제성을 모두 만족시키는 다양한 방안들이 모색되고 있다. 그 중에 한 방안으로 연료 첨가제를 활용하는 기술이 있을 수 있다. 분산제와 연소촉진제는 잔사유활용 시 엔진의 연소특성 촉진에 기여할 것이라는 기대를 받고 있다. 따라서, 본 연구에서는 연소성 분석 장비(FIA/FCA)와 열 중량 분석 장비(TGA)를 활용하여 잔사유 연료첨가제가 혼합된 잔사유의 연소성을 분석하였다. 연소성 분석 장비(FIA/FCA)의 결과로는 연소에 의한 일의 총량을 분석하도록 분석법이 개발되었으며, 이 때문에 본 연구를 통하여 동일 장비를 활용하면서도 연소 효율을 간단하게 평가할 수 있는 방안을 제시하였다. 연소성 분석 결과인 ROHR 곡선으로부터, 단순한 삼각함수를 활용하여 연소특성을 예측할 수 있는 방안을 제시하였으며, 이 기법을 활용하여 기존의 압력 곡선과 유사한 결론을 도출할 수 있었다. 열 중량 분석(TGA)의 경우 연료유의 증발 특성에 민감하게 반응함을 확인하였고, 첨가제가 연료유 증발에 효과적으로 작용함을 확인하였다.