본 연구에서는 온실가스 배출을 감축하기 위해 메탄올을 추진 연료로 사용하는 선박에 수소 연료전지 시스템이 추가된 하 이브리드 시스템 공정을 설계하였다. Case1에서는 메탄올 연료 엔진 시스템을 설계하여, 엔진에 가솔린 대신 메탄올을 연료로 공급했 을 때의 배기가스 배출량을 알아보았다. Case2에서는 Case1에 메탄올 개질 시스템을 추가해, 수소연료전지 시스템을 설계하였다. 이 하 이브리드 시스템에서는 그레이 수소를 생산하며, 엔진과 연료전지의 출력을 조합하여 선박을 구동한다. 하지만 그레이 수소는 수소를 생산하는 과정에서 탄소를 배출한다는 단점이 있다. 이 점을 보안하기 위해 Case3에서는 CCU시스템을 추가하였다. Case2에서 배출한 Flue gas의 이산화탄소를 포집한 후, 그레이 수소와 합성해 블루 메탄올을 생산하였다. 본 연구에서는 Case study를 통해 개질 온도22 0℃, 개질 압력500kPa, SCR은 1.0, flow ratio가 0.7일 때 최적의 운전조건임을 알 수 있었다. Case3의 시스템은 Case1에 비해 탄소 배출량 을 42% 감소시켰다. 결과적으로, Case3의 하이브리드 시스템을 통해 선박의 이산화탄소 배출을 유의미하게 저감할 수 있을 것으로 예 상한다.

본 논문에서는 LNG 추진선박에서 발생하는 BOG(boil-off gas)를 이용하여 수소를 생산하고 수소 연료전지 시스템을 보조엔진으로 적용한 개질공정의 특성에 대한 연구를 수행했다. 연구를 위해 BOG 수증기 개질공정을 UniSim R410 프로그램을 이용해 공정설계하고, 개질기의 출구온도와 압력, SCR(steam carbon ratio)에 따른 생성물의 분율과 반응물의 소모량을 산출하였다. 연구 결과 개질온도가 890℃일 때 메탄의 반응률이 100 %였으며, 최대 수소 생산량을 보였다. 또한 개질압력이 낮을수록 반응 활성도가 높았다. 하지만 그 이상의 온도가 되면 역반응의 우세로 인해 수소의 생산량은 감소하게 되고, 물과 이산화탄소의 양은 증가했다. 또한 SCR이 증가할수록 수소 생산량도 증가했으나 요구되는 에너지 소비량도 비례하여 증가했다. SCR이 1.8일 때 수소분율이 가장 높았으나 코킹방지를 위해 SCR이 3에서 운전하는 것이 최적 운전범위임을 확인했다. 그리고 개질압력이 낮을수록 발생되는 이산화탄소의 양은 증가했으며, 냉각 및 액화를 위해서는 이산화탄소 발생량을 기준으로 42.5 %의 LNG 냉열이 요구됨을 알 수 있었다.

본 연구에서는 선박 전원용 연료전지 시스템 모델을 개발하여 순수한 산소를 공급하여 진행한 실험 결과의 비교를 통하여 연료전지 시스템 모델을 검증하였다. 검증된 모델을 활용하여 공기 압축기를 사용하여 공기를 공급할 경우에 대하여 산소를 공급한 경우와의 연료전지 출력 특성을 비교 검토하였다. 또한, 연료전지 시스템의 열물성치 변화가 스택의 출력에 어떠한 영향을 미치는지에 관하여 검토하였다. 그 결과 본 연구의 실험 범위에서 캐소드 공급 가스로 순수한 산소를 공급한 경우의 모델링을 통한 계산 결과와 실험 결과는 전 부하 영역에서 거의 동일한 전압 및 출력을 얻을 수 있었다. 560 A의 일정한 부하에서 캐소드 공급용 산소를 대신하여 공기를 공급한 경우 각각의 스택 전압은 약 14 V, 스택 출력은 약 8 kW, 스택 효율은 약 3 % 및 전체 시스템 효율은 8 % 정도 낮아짐을 알 수 있었다. 본 연구에서 검토한 열물성치 중에서 스택에 대한 냉각수의 열전달 계수가 스택의 출력에 가장 큰 영향을 미침을 알 수 있었다.

미래 친환경 선박 기술 중의 하나로 주목 받고 있는 연료전지 시스템의 선박 적용을 위해서 기술의 개발과 함께 필요한 것이 제도의 정비이다. 본 연구에서는 선박용 연료전지 개발동향, 연료전지시스템을 선박에 탑재하기위한 관련 국제기준으로 SOLAS와 IACS의 UR 및 UI을 검토하였고, IMO MEPC, IMO BLG 및 주요 선급 규정 등 연료전지 기준의 표준화 동향, 선박용 연료전지 기술기준의 개발시 고려되어야 할 사항 및 관련 제도의 국내도입을 위한 시사점까지 검토하였다. 현재 IMO에서 개발중인 IGF Code에는 연료전지 관련 부분이 포함되어, 본 규정 개발에 정부 및 국내 관련 기업체의 적극적인 참여가 필요하며 향후 IMO에서의 관련 규정개발 동향을 면밀하게 분석하고 적극적으로 대응할 필요가 있다.