본 연구는 친환경 선박의 연료 특성 분석, 사고 사례분석, FRAM(Functional Resonance Analysis Method) 분석을 통하여 사고의 원인과 선박 운항시 발생 가능한 다양한 변동성을 분석하였다. LNG, 메탄올, 암모니아, 액화수소 등 다양한 친환경 선박연료는 각각의 물리적, 화학적 특성으로 인해 누출, 화재, 폭발 등의 위험을 내포하고 있으며, 특히 벙커링 과정이 관련된 사고가 빈번하게 발생하였 다. 사고 사례분석과 FRAM 분석을 통해 인적, 기술적, 환경적 변동성이 친환경 선박의 사고원인으로 도출됨을 확인하였다. 사고를 예 방하고 줄이기 위해서는 변동성을 최소화하고, 인적/기술적 오류를 없애고 환경적 변화에 최적화된 대응이 필요하다. 연구내용을 기반 으로 친환경 선박 운항에서 다양한 오류와 변동성을 최소화 하기 위한 연구가 지속적으로 필요할 것으로 보이며, 이에 따른 체계적인 사고 대응 시스템이 구축되어야 할 것이다.

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.

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 연구에서는 공정 간소화, 균일한 나노 입자 형성, 백금 저감 및 활용도를 높이기 위하여 원자층 증착법 (Atomic Layer Deposition, ALD)을 통하여 양이온 교환막 연료전지용 촉매를 제조하고 증착 온도에 따른 백금 입자 형성 거동 을 확인하였다. 증착 온도는 250 °C, 300 °C, 350 °C로 조절하여 백금 촉매를 형성하였으며 각 각의 촉매의 증착 양 상을 확인하기 위하여 Thermogravimetric analysis, X-ray diffraction 및 Transmission electron microscopy를 도입하여 담지량, 백금 입자 분포, 크기 및 결정구조 등을 확인하였다. 합성된 백금 촉매를 연료전지에 적용하기 위해서 Cyclic Voltammetry 기법을 통해서 전기화학적 활성 표면적를 구하고, Membrane Electrode Assembly 셀을 제작하여 전지 특성을 확보하였다. 최종적으로, 백금 촉매 제조 시 ALD 증착 온도는 300 °C 이하에서 합성해야 됨을 밝혀냈으며, ALD으로 제작된 백금 촉매가 기존 습식 촉매보다 더 우수한 특성을 보임을 확인하였다. 해당 연구는 ALD을 통하여 다양한 접근법으로 촉매를 제조할 시, 기본적인 ALD 공정 정보 및 ALD 촉매 합성 방향성을 제공할 수 있다.

The characteristics of pollutant emission for non-premixed flames with LCG 8000 and LCG 6000 represented as low calorific gases were investigated by numerical simulation. Commercial software (ANSYS 16.2 - FLUENT) is used to predict 2-D pollutant emission with GRI 3.0 detailed reaction mechanism. In addition, the addition of hydrogen to LCG 6000 was also considered. As result, the flame length and temperature of LHVGs were decreased with decreasing calorific value at the same condition. In addition, NO concentration was decreased as temperature decreased. However, CO concentration for LCG 8000 predicted to be slightly higher than that for methane due to the high propane concentration. In the case of LCG 6000 with added hydrogen, the flame length was the shortest and NO concentration was the highest due to the highest flame temperature, but CO concentration decreased rapidly due to the addition of the carbon-free fuel.

Diesel engine has the advantages of strong power, low fuel consumption and good durability, so it has been widely used in transportation, automobile, ship and other fields. However, the nitrogen oxides(NOx) and particulate matter(PM) emitted by diesel engines have become one of the main causes of air pollution. Especially during idling, the engine temperature is low, and there are more residual exhaust gases in the combustion chamber, resulting in the formation of more harmful emissions. In this study, performance of a single cylinder, four-stroke, direct injection (DI) diesel engine fueled with diesel–biodiesel mixtures has been experimentally investigated.

지구온난화 완화를 위한 노력이 전 세계적으로 계속되고 있는 가운데 우리나라는 2030년 온실가스 배출량을 Business As Usual (BAU) 대비 37% 감축하는 목표를 설정하고 이산화탄소 순 배출 제로 달성을 목표로 하는 ‘2050탄소중립 시나리오’를 발표하였다. 이러한 상황에서 케나프 (Kenaf)는 높은 탄소흡수율과 빠른 성장으로 인해 대체 해결방안으로 제안된다. 시료선정에 대한 분석결과, 케나프 잎은 질소 함량이 높아 적합하지 않은 것으로 나타났고, 줄기와 잎-줄기 혼합 케나프는 Biomass-Solid Refuse Fuel (Bio-SRF) 등급을 충족했다. Bio-SRF 등급을 만족하였지만, Bio-SRF 등급으로 이용할 수 있는 활용처가 뚜렷하지 않다. 따라서 케나프의 연료품질을 반탄화 공정을 통해 개선하여 보다 효율적으로 활용하고자 한다. 반탄화 공정의 공시재료로 줄기만 사용하는 것보다 시료 이용률이 높은 잎-줄기 혼합 케나프를 선택하였다. 반탄화 공정은 여섯가지의 공정 온도 (200·210·220·230·240·250℃)와 다른 세 가지 공정 시간(20·30·40 min)에서 수행되었다. 반탄화 공정결과, 공정시간이 길수록 230℃, 240℃, 250℃ 온도에서 질량감소가 크기 때문에 에너지수율이 낮았다. 따라서 본 연구에서는 200℃·20 min, 200℃·30 min, 210℃·20 min, 220℃·20 min의 에너지 수율이 높고 질량감소가 작아 최적 반탄화 공정 조건으로 선정하였다.

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.

In this study, the effects of fuel injection pressure changed from 45 to 65 MPa on combustion and emission characteristics were investigated in a common rail direct injection (CRDI) diesel engine fueled with diesel and palm oil biodiesel blends. The engine speed and engine load were controlled at constant 1700rpm and 100Nm, respectively. The tested fuel were PBD20 (20 vol.% palm oil biodiesel blended with 80 vol.% diesel fuel). The main and pilot injection timing was fixed at 3.5°CA BTDC and 27°CA BTDC (before top dead center), respectively. The experimental results show that the combustion pressure and heat release rate increased. In addition, the indicated mean effective pressure (IMEP) and maximum combustion pressure increased with an increase of the fuel injection pressure. Hydrocarbon (HC), smoke opacity and carbon monoxide (CO) decreased, but oxides of nitrogen (NOx) emissions increased as fuel injection pressure increased.