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.

F-76 선박용 디젤유와 JP-8 항공유의 연소과정에서 발생되는 입자상물질(PM)의 무차원 광소멸계수를 Transmission Cell를 이용하여 측정하였다. 무차원 광소멸계수의 측정방식은 각각 광원의 파장길이가 633 nm와 853 nm인 대역에서 중력식 필터법에 의해 채집된 PM의 농도와 광학적 방법에 의해 측정된 PM의 농도를 비교하는 방법을 통해 이루어졌다. 광원의 파장길이, 633 nm 대역에서 측정된 무차원 광소멸계수는 F-76의 연료에서 발생된 PM의 경우 8.8인 반면 JP-8 연로부터 생성된 PM의 경우 9.8이였다. 한편 광원 파장길이가 853 nm로 증가함에 따라 두 연료 모두에서 발생된 PM의 무차원 광소멸계수는 각각 8.2 (F-76)와 8.8 (JP-8)로 감소하는 경향을 나타내었다.

이 연구에서는 친환경 선박용 재료로 각광받는 탄소나노물질에 대하여 실험적 연구를 수행하였다. 탄소나노물질의 합성을 위한 열원으로서는 대향류 메탄 화염을 이용하였다. 탄소나노물질 합성을 위한 촉매로서는 페로센을 사용하였다. 합성 특성을 파악하기 위한 주요 파라메타로는 대향류 메탄 화염에 수소의 혼합 비율과 샘플링 위치를 변화시켰다. 탄소나노물질의 성향은 SEM과 TEM 이미지를 이용하여 결정되었다. 실험 결과로서는 수소의 혼합 비율이 증가할수록 탄소나노물질의 생성이 잘 이루어졌다. 또한 대향류 메탄 확산화염 내 탄소나노튜브의 생성을 위한 적정 온도로는 1500 K 정도가 적당하다는 것을 알 수 있었다.

각종 가연물의 화재 시 연기밀도의 정확한 측정은 화재안전설계를 위해 매우 기초적이며 중요한 정보를 제공한다. 특히 고난이도의 피난대책이 요구되는 초고층 및 아파트 건물화재, 선박화재 그리고 다양한 유형의 화재위험지구에서는 개선된 제연설비의 설계를 위하여, 정확한 연기발생량 및 광학밀도에 대한 평가가 선행되어야 한다. 그러나 연기밀도의 측정에 주로 사용되고 있는 광소멸법(Light Extinction Method)의 적용은 고가의 광학장비가 요구되고 있으며, 주로 기초적이고 제한적인 연기밀도 측정에만 적용되는 실정이다. 이러한 배경 하에 본 연구에서는 광소멸법에 주로 사용되는 He-Ne 레이저, 광검출기(Photo detector) 및 다양한 광학 구성품 대신에 비용 측면에서 약 1/400(약 1만원 이내)에 해당되는 레이저모듈과 포토셀(Photocell)로 구성된 저가형 연기농도 측정 장치를 제안하고자 한다. 다양한 연기농도의 생성이 가능한 연기발생장치를 통해 위의 2가지 측정법의 결과가 비교·검토되었으며, 실제 폴리에틸렌 화염을 대상으로 저가형 연기 농도 측정장치의 성능이 평가되었다. 주요 결과로서, 새로운 저가형 광학 연기밀도 측정장치는 기존 고가의 장치에 비해 출력 전압신호가 정성적 및 정량적으로 매우 유사한 경향을 보이고 있다. 낮은 광학연기밀도의 범위에서 저가 장치는 약 ±15% 내에서 고가 장치의 측정값을 예측하고 있다. 그러나 수광부 센서의 최소 감지성능의 제약으로 인하여 연기밀도가 매우 높은 조건에서는 최대 +60%의 과대예측 결과를 보이고 있다. 이러한 원인은 광원과 수광부 센서의 성능검토를 통해 충분히 규명될 것으로 판단된다.