연근해 어선 적용 가능한 배출가스 저감장치 개발

김현준(Hyunjun Kim),강정호(Jeong Ho Kang) 한국에너지기후변화학회 2021 한국에너지기후변화학회 학술대회 Vol.2021 No.11

미세먼지 및 온실가스에 기인한 환경문제가 대두됨에 따라 다양한 분야에서 배출가스 감축 요구가 증가하고 있다. 조선, 해양 분야의 경우 국제해사기구 (International maritime organization, IMO) 주도로 질소산화물, 온실가스 등을 저감하여 친환경 선박 체계로의 전환을 준비하고 있으며, 국내에서도 미세먼지 저감장치 부착, 친환경 선박 전환 등의 정책을 추진하고 있다. 하지만, 주로 차량용 배출가스 저감장치를 개발해 온 국내 엔진 및 후처리장치 제조사들이 선박 운항 환경에 즉각적으로 대응하는 것은 쉽지 않은 상황이다. 본 논문에서는 선박용 배출가스 저감장치 개발에 대한 이해를 돕기 위해 연근해 선박의 미세먼지 저감장치(diesel particulate filter, DPF)와 질소산화물 저감장치(selective catalytic reduction, SCR) 개발 사례를 소개 한다. 먼저, 600 마력급 연근해 어선의 미세먼지 저감장치 개발 사례를 소개한다. 선박 운항 특성에 적합한 DPF 개발을 위해 연근해 어선의 운항 속도, 배기가스 온도, 압력, 매연 농도 등의 데이터를 취득하여 체계적인 분석을 수행하였다. 이를 기반으로 HC 분사 방식의 강제 재생 DPF를 개발하고 실선에서 작동 특성을 검증하였다. 두 번째로, 400 마력급 선박 엔진 용 질소 산화물 저감장치 개발 사례를 소개한다. 비도로 엔진 배출가스 평가 표준인 ISO 8178의 선박 엔진 작동 기준(E3)에 따라 SCR을 개발하였다. SCR 사양 선정, 우레아 분사량 제어시스템 구성 등의 과정을 소개하며 500 시간의 내구 시험을 통해 개발한 배출가스 저감장치의 내구 성능을 검증한 사례를 소개함으로써 국내 엔진 및 후처리장치 제조사들의 배출가스 저감장치 개발에 참고할 수 있도록 하였다.

내연기관 연소효율 향상을 위한 완전연소 유도장치: 탄소발자국 및 미세먼지발자국 저감산정

김준범,전승준,배정한,홍금표 대한환경공학회 2023 대한환경공학회지 Vol.45 No.3

Objective: The purpose of this study is to introduce an exhaust induction device (EID) for the improvement of combustion efficiency of internal combustion engines and to analyze fuel consumption savings with the installation of EID. To show the effectiveness of EID, The carbon footprint (CF) and particulate matter footprint (PMF) were calculated and compared before and after the EID installation and utilization. Methods: Firstly, the EIDs were installed in 39 Taxi vehicles that use LPG fuel. The monthly fuel consumption data were collected before installation and compared with three months after the EID installation. With the fuel consumption data, carbon footprint and particulate matter footprint were calculated and compared. Results and Discussion: There were a few differences between EID installation Taxi vehicles. The results show that CF was 2.12E+00 kgCO2 eqv., and PMF was 4.54E-03 kgPM2.5 eqv. per 1km vehicle driving before EID installation. After EID installation, the three-month CF and PMF were reduced to 7%, 4%, and 8%, respectively. The CF and PMF result in each Taxi vehicle reduced from 1% to 27%. The overall results show that the EID installation can improve the combustion efficiency of internal combustion engines and reduce CF and PMF. Conclusions: The carbon and particulate matter footprint should be studied and reduced continuously in the transportation sector. In this study, a new EID for the improvement of the combustion efficiency of internal combustion engines was introduced. Also, CF and PMF were calculated using LPG fuel consumption before and after the EID installation. The results show that the EID installation can reduce fuel consumption, CF and PMF. The EID can significantly reduce fuel consumption, CF, and PMF in gasoline and diesel vehicles, fishing boats etc., producing more emissions. Further studies are needed to consider parameters related to drivers’ driving patterns, weather conditions, etc. 목적: 본 연구의 목적은 내연기관 연소효율 향상을 위한 내연기관 완전연소 유도장치(EID)를 소개하고 내연기관에 제품을 장착을 통해서 장치를 장착하기전에 에너지 소비로 인해서 배출되는 탄소 및 미세먼지 배출량을 산정하고 장착 후 자료와 비교분석을 하였으며, 내연기관 완전연소 유도장치의 유효성을 보여주고자 하였다. 방법: 2021년 국내 한 택시회사의 차량 39대에 내연기관 완전연소 유도장치(EID) 장치를 설치하여 설치 전의 운행 및 LPG연비자료와 설치 후 3개월치의 운행 및 LPG연비 자료를 활용하여 탄소발자국 및 미세먼지 발자국 분석 및 저감량을 산정하였다. 연구결과 및 토론: 탄소발자국 및 미세먼지발자국 산정 결과는 택시 차량별로 조금씩 차이는 보였으나, EID 완전연소 유도장치 장착 이전에는 1km 차량 운전 시 평균적으로 2.12E+00 kgCO2 eqv.의 탄소발자국을 그리고 4.54E-03 kgPM2.5 eqv.의 미세먼지발자국값을 가지는 것으로 나타났다. EID 완전연소 유도장치 장착 이후에는 월 평균 탄소발자국 및 미세먼지발자국이 약 7%, 8% 및 4% 각각 감축이 되었다. 각 차량별로 살펴보면 크게 연비감소를 가져오질 못한 차량도 있지만 대부분은 1%에서 크게는 27%의 연비감소를 가져왔으며, 이로 인한 탄소발자국 및 미세먼지발자국 저감효과가 있는 것으로 나타났다. 결론: 온실가스 및 미세먼지 배출에 많은 부분을 차지하고 있는 교통분야에서도 지속적인 감축 노력이 필요하며 관련해서 많은 연구들이 필요한 상황이다. 이에 본 연구에서는 새롭게 개발된 내연기관 EID 완전연소 유도장치를 소개하고 이를 직접 LPG연료사용 차량에 장착 및 운행하여 수집된 데이터를 바탕으로 탄소발자국 및 미세먼지발자국 산정하였으며, 비교결과 장착 후 월평균 4%에서 8% 감소 효과를 가져오는 것으로 나타났다. 향후 더 많은 대기오염물질을 배출하는 휘발유 및 경유차량 또는 어선 등을 대상으로 설치하고 운전자들의 습관, 계절적인 요인 등 더 많은 자료들을 바탕으로 후속 연구들이 지속적으로 이루어져야 할 것이다. 교통분야에서의 탄소배출 및 미세먼지 배출을 감소시키기 위해 중요한 부분으로 역할을 할 수 있을 것으로 사료된다.

선박용 디젤엔진의 미세먼지저감 장치에 다공판과 믹서의 장착이 미치는 영향에 대한 수치해석적 연구

윤병규,조상현,류영현 해양환경안전학회 2019 해양환경안전학회지 Vol.25 No.7

본 논문에서는 선박용 디젤엔진의 미세먼지저감 장치에 장착된 다공판 및 믹서의 형상과 배치에 따른 압력강하와 유동균일도 특성에 대한 연구를 진행하였다. 미세먼지저감 장치에 장착된 다공판 및 믹서는 미세먼지저감 장치 내의 배출가스 및 산화/환원제의 유동균일도를 높여 배출가스 저감 성능을 높이는 긍정적인 효과와 함께 시스템의 배압을 상승시키는 부정적인 효과도 동시에 지니고 있다. 본 연구에서는 5개의 다공판, 1개의 믹서를 Case 별로 조합하여 6개의 사양에 대해서 유동해석을 통해 각각 유동균일도 및 압력 강하를 계산하였으며, 최적의 다공판 및 믹서의 형상과 배치를 선정하였다. This study presents the characteristics of a pressure drop and uniformity index for a particulate matter reduction device with a perforated plate and mixer for marine diesel engines. The perforated plate and mixer equipped on the particulate matter reduction device induce an increase of exhaust gas reduction performance by increasing the uniformity index. Whereas, the perforated plate induces pressure drop increases in the particulate matter reduction device. Therefore to calculate the effect of the uniformity index and pressure drop of the perforated plates and mixer, this study combines several cases using five types of perforated plates and one type of mixer. Consequently, these results were analyzed to determine the optimized type and position of the perforated plate and mixer.

연근해 어선용 매연저감장치의 재생 제어 맵 개발

김현준(Hyunjun Kim),진철민(Chul Min Jin),배희경(Huigyoung Bae),장재환(Jaehwan Jang),노희환(Heehwan Roh),조재득(Jae Deuk JO),강정호(Jeong Ho Kang) 한국자동차공학회 2021 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2021 No.6

미세먼지 저감을 위해 도로 이동원 뿐만 아니라 비 도로 이동 오염원에 대한 배출 가스 규제가 강화, 신설되는 추세이다. 이에 대응하여 연근해 선박에도 매연저감장치(diesel particulate filter, DPF)를 적용하여 미세먼지(특히, PM)를 저감하기 위한 연구, 개발이 활발히 이루어지고 있다. 하지만 선박 경우 자동차 대비 엔진 크기, 작동 환경, 매연 배출량 등이 상이하여 기존 자동차용 DPF 재생 제어 시스템을 바로 적용할 경우 최적화된 성능을 보장할 수 없는 한계가 있다. 따라서 선박 엔진의 배기 유량, 배기가스 온도, 매연 배출량 등을 고려한 재생 제어기 및 맵을 구성할 필요가 있다. 본 연구에서는 600마력급 디젤 엔진을 사용하는 29톤 안강망 어선을 대상으로 설계된 DPF의 재생 제어를 위해 배기가스 온도, 선박 운항 특성, 매연 농도 특성 등을 반영하여 재생 제어 맵을 구성한다. 엔진 배기가스 온도 및 배기 유령에 따라 DPF 재생 가능한 영역을 파악하고, DPF 재생을 위해 필요한 HC 분사량 맵 개발 결과를 소개한다.

스마트건설에서 미세먼지 저감을 위한 감시드론 및 Water Fog 분사 드론을 활용하기 위한 사전 요건 분석

김영현 ( Kim Young Hyun ),한재구 ( Han Jaegoo ) 한국건축시공학회 2021 한국건축시공학회 학술발표대회 논문집 Vol.21 No.1

The use of smart equipment such as drones is increasing in construction sites. In particular, there are frequent cases where two or more drones must be used at the same time. This leads to different considerations than when operating a single unit. This study aims to analyze the requirements to be considered in the case of the operation of drones that monitor fine dust and drones that reduce fine dust in order to reduce fine dust generated in construction sites.

미세먼지 저감장치 세척수 처리에 관한 연구

박찬규 한국공업화학회 2019 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2019 No.1

기포의 부력은 기포에 포함 된 공기의 양에 비례한다. 거품이 작을수록 부력이 작아진다. 따라서 마이크로 / 나노 버블은 최소 부력을 가지며 더 큰 버블보다 수 중에서 더 오래 생존 할 수 있다. 1 평방 밀리미터의 물에 마이크로 버블 (직경 1μm)이 채워지면 물과 기포의 접촉 면적은 일반 기포 (직경 1mm)로 채워진 물의 1000 배 이다. 접촉 면적의 증가는 액체 내의 호기성 세균 활성 및 공급 된 기체와 액체 성분 간의 화학 반응의 효율을 극적으로 향상시킨다. 이렇게 부상된 입자 및 오염물질을 제거 분리되고 세정수는 정화가 되고 정화된 세정수를 다시 습식분무 스크러버에서 오염물질을 제거하게 된다.

비상발전기용 PM/NOx 동시 저감 후처리장치 내구 특성 평가

김현준(Hyunjun Kim),한대아(Han Dae A),진철민(Jin, chul min),최정황(Jung Hwang Choi),김명중(Myung Joong Kim),김용태(Yong Tae Kim),이호연(Lee Ho Yeon),박장원(Jangwon Park),이성욱(Seang Wock Lee),방효원(Hyowon Bang),강정호(Jeong Ho Kang 한국자동차공학회 2022 한국자동차공학회 학술대회 및 전시회 Vol.2022 No.11

노후 건설기계용 PM/NOx 동시저감장치 내구 특성 평가

이정우(Jungwoo Lee),유순웅(Soonwoong Yoo),조재득(Jaedeuk Jo),김훈명(Hoonmyung Kim),강정호(Jeongho Kang),오세두(Sedoo Oh) 한국자동차공학회 2022 한국자동차공학회 학술대회 및 전시회 Vol.2022 No.11

군용 차량 PM-NOx 동시 저감 장치의 배기가스 열유동 특성 해석

이준용(Junyong Lee),허형석(Hyungseok Heo),오광철(Kwang Chul Oh),박현대(Hyeondae Park) 한국자동차공학회 2021 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2021 No.6

현재 국방부에서 사용중인 군용 표준전술차량은 6~70년대의 설계를 바탕으로 생산, 운영함에 따라 과다한 배기가스의 발생으로 인해 대기 환경오염의 우려가 있으며, 국군 장병들의 폐기능에 심각한 영향을 줄 뿐만 아니라 부대 인근 민가까지 직접적인 피해를 끼치고 있는 상황이다. 이러한 군용 차량에 적용 가능한 PM-NOx 저감 기술을 개발하여 국가적 차원의 대기환경 개선 및 미세먼지 저감에 효과적으로 기여할 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구에서는 기존 군용차량 배기시스템에 부재한 배기가스 저감 장치를 장착하여 차량 출력에 영향을 줄 수 있는 배기가스 유동 저항(압력 손실) 과 같은 배압 특성과 저감 장치 성능에 영향을 주는 유동 균일도에 대해서 고찰하였다. 대상 차량은 K711 차량으로 배기 시스템은 Fig.1과 같이 배기가스 상류 측부터 버너, DOC, DPF, SCR 순으로 구성되어 있으며, 버너 전단에 배기가스 바이패스 밸브가 장착되어 있다. 장착 공간상 배기 시스템을 컴팩트화 하기 위하여 DOC, DPF모듈과 SCR을 나란히 배치하고 DPF 후단과 SCR 전단을 배기 파이프로 연결하였으며, 연결 배기 파이프 내부에는 배기가스 유동 균일도 향상을 위한 믹서(Mixer)를 장착하였다. 촉매 내부의 수많은 채널(channel)의 유동을 고려하여 계산하는 것은 하드웨어의 제한으로 쉽지 않기 때문에 필터를 압력 손실이 큰 다공성 물질로 가정하여 해석하는 것이 일반적이므로 CFD의 Porous Media 해석 기법을 이용하였다. 전체 시스템에서의 배기가스 배압 특성을 고찰하기 위하여 각 촉매의 배기 유량에 따른 유동 저항 실험 데이터와 이를 반영한 CFD 해석 결과를 비교하였다. DPF로 유입되는 유량을 제어하기 위한 바이패스 밸브는 완전 닫힘 상태가 되더라도 배기 플랩과 배기관 사이의 간극 0.45mm에서 누설이 발생하기 때문에 배기가스 유량에 따라 누설되는 유량을 검토하기 위한 해석을 진행하였다. 고유량으로 갈수록 누설되는 유량은 증가하나 압력 손실이 상대적으로 작은 쪽으로 흐르는 유체 특성으로 인해 배기 유량이 증가할수록 누설율은 감소하는 것으로 나타났다. 배기 시스템에서 버너와 각 촉매로 유입되는 전단의 배기가스 온도분포와 유동 균일도는 버너 위치 선정의 적정성, 촉매의 성능 등에 미치는 영향이 크기 때문에 CFD 열유동 해석을 통해 유동 균일도를 정량화, 가시화하여 비교분석 하였다. 배기가스 입구 유량 1225kg/h, 입구온도 540℃ 조건에서 버너전단의 배기가스 평균온도는 532℃에서 SCR 전단 491℃로 41℃ 감소하였다. 각 촉매 전단의 유동 균일도는 전부 0.97 이상으로 매우 균일하나 버너 전단에서는 배기 유로 구조상 유동이 다소 불균일하여 유동 균일도는 0.556 정도로 나타났다. 〈그림 본문 참조〉

경기도 5등급 경유자동차 저공해화 방안 연구

강철구,김동영,전소영,최민애 경기연구원 2020 정책연구 Vol.- No.-

As a result of promoting the low-pollution project of Gyeonggi-Do"s 5th grade diesel vehicles from 2011 to 2019, it was analyzed that the effect of reducing air pollutants such as PM10 and PM2.5 and economics was very excellent. However, the complexity of the operation restriction system, the limitation of social acceptance, and the lack of a subsidy budget are obstacles to the early low pollution of old diesel vehicles. For the effective promotion of the Gyeonggi-Do"s old diesel vehicle low-emission project, it is expected to spend a total of 536.3 billion won in Gyeonggi-Do"s 5<SUP>th</SUP> grade diesel vehicle low-emission project cost from 2020 to June 2022. In financing, the current matching structure should be maintained, and if necessary, a 20% increase in national expenditure should be suggested. The self-payment reduction, a continuous package support system for installation of a reduction device and early scrapping subsidy, and TV public service advertisement of old diesel vehicles low-emission project by the operation restriction system in order to increase the participation rate should be promoted. The emphasis on early scrapping and strengthening support for self-employed old trucks in order to significantly suppress old diesel vehicles should be promoted. For vehicles that cannot be equipped with a reduction device for 55,000 old diesel vehicles in Gyeonggi-Do, we need to actively induce early scrapping by establishing a corresponding subsidy budget for the smooth early scrapping of the 7th civilian elections. The operation restriction system will be promoted in the direction of simplifying, but the current three systems will be operated until 2022, and from 2023 it should be integrated into the LEZ or operated in parallel with LEZ+operation restriction during high concentration of PM10. The reduction of PM10 and the economics of the low-pollution of a 5<SUP>th</SUP> grade diesel vehicle were proven. Therefore, it is necessary to expand operation restrictions for 4<SUP>th</SUP> grade diesel vehicles from 2023 and 3<SUP>th</SUP> grade diesel vehicles from 2028 to achieve the PM10 reduction target in the Seoul metropolitan area. It is necessary to operate a system that primarily handles information, reception, and consultation complaints by establishing an integrated call center for low pollution projects.