친환경 전기추진 선박의 암모니아 개질기 성능에 대한 육상 실증 및 해상시운전 비교 연구 = A comparative study of onshore demonstration and sea trials on the performance of an ammonia reformer in electric propulsion vessel.

국문 초록 (Abstract)

국내외적으로 환경친화적 선박에 대한 사회적 요구가 증대되고 해상 교통량이 지속적으로 증가함에 따라, 친환경 선박 연료의 중요성이 더욱 부각되고 있다. 이에 따라 국내에서도 친환경 연료를 적용한 선박 기술 개발에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 부산광역시는 중소기업벤처사업부의 지원을 받아 제6차 규제자유특구사업의 일환으로, 친환경 에너지원인 암모니아를 활용한 연료전지 기반 친환경 선박 개발 연구를 수행하고 있다. 본 연구에서는 수소 연료전지의 연료인 수소의 저장 및 운송 과정에서 발생할 수 있는 안전성 문제를 해결하기 위해, 선박 내 암모니아 개질기를 통해 암모니아로부터 수소를 추출하고, 이를 수소 연료전지에 공급하여 전력을 생산한 후 선박의 주 추진 에너지원으로 활용하는 시스템을 적용하였다. 기존 암모니아 개질기는 육상 환경을 기준으로 설계되었으나, 본 연구에서는 해상 운항 환경에 적합한 암모니아 개질기를 개발하였다. 해상 운용 가능성을 검증하기 위해, 해상 조건을 부분적으로 모사한 육상 환경에서 개질기의 성능을 측정하였으며, 이를 기반으로 실제 해상 시험을 수행하였다. 본 연구는 육상 시험과 해상 시험에서 측정된 암모니아 개질기 성능을 비교·분석함으로써, 암모니아 개질기를 활용한 수소 생산 기반 친환경 선박의 적용 가능성 및 경제성 평가에 기여하는 것을 목적으로 한다

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

With growing social demand for environmental friendliness both domestically and internationally, and the increasing volume of maritime traffic, eco-friendly fuels for ships have become more important than ever. Consequently, research on ships using eco-friendly fuels has been steadily conducted in Korea. In particular, Busan Metropolitan City, with the support of the Small and Medium Business Venture Business Division, is conducting a research project under the 6th Regulatory-Free Special Zone Project to develop a fuel cell-powered eco-friendly ship based on ammonia, an eco-friendly energy source. To address the storage and transportation safety issues associated with hydrogen, the primary fuel for hydrogen fuel cells, a ship was developed that extracts hydrogen from ammonia through an ammonia reformer onboard the ship, generates electricity through the hydrogen fuel cell, and uses this hydrogen as the main propulsion source. While previous ammonia reformers have been designed for use on land, this research project developed an ammonia reformer suitable for use under marine operating conditions. To determine whether a ship can be used at sea, the performance of the ammonia reformer was measured under a land-based environment that simulates some marine operating conditions. Based on this data, a marine test run was conducted. This study aims to contribute to the economic viability of eco-friendly vessels that extract hydrogen from ammonia using an ammonia reformer by comparing the performance measured under randomly created conditions on land with that measured through actual sea trials.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 1
• 1.1 연구배경 4
• 1.2 연구동향 6
• 1.3 연구목적 7
• 1.4 연구내용 7
• Ⅱ. 선박의 전기추진 시스템 및 선박에 사용하는 수소연료전지의 수소공급을 위한 암모니아 개질 시스템 10
• 2.1 서언 10
• 2.2 수소 연료전지를 기반으로 하는 전기추진 시스템 11
• 2.3 수소연료전지용 수소저장용기에 대한 이해 13
• 2.4 운항중인 선박에서 수소의 개질을 위한 암모니아 개질 시스템 14
• 2.5 결언 17
• Ⅲ. 친환경 전기추진 선박의 암모니아 개질기 성능에 대한 육상 실증 및 해상 시운전 비교 18
• 3.1 서언 18
• 3.2 실험 장치 및 방법 19
• 3.2.1 실험장치 19
• 3.2.2 실험방법 21
• 3.3 실험 결과 및 고찰 25
• 3.3.1 육상에서의 암모니아 개질기의 성능 25
• 3.3.1.1 수소생산량 25
• 3.3.1.2 수소순도 및 잔류암모니아 26
• 3.3.1.3 수소 회수율 27
• 3.3.1.4 경사시험 28
• 3.3.2 해상시운전시 암모니아 개질기의 성능 29
• 3.3.3 특성 비교 30
• 3.4 결언 31
• Ⅳ. 결론 33