목차
요약문 3
1. 연구개발과제의 개요 6
1-1. 연구개발 목적 6
1-2. 연구개발의 필요성 11
1-3. 연구개발 범위 18
1-4. 국내외 기술 개발 현황 19
2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 34
2-1. 1차년도 34
2-2. 2차년도 57
2-3. 3차년도 91
2-4. 4차년도 136
3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 197
3-1. 연구개발과제의 대표적 연구 실적 197
3-2. 연구수행 결과 198
4. 목표 미달 시 원인분석(해당 시 작성합니다) 212
4-1. 목표 미달 원인(사유) 자체분석 내용 212
4-2. 자체 보완활동 212
4-3. 연구개발 과정의 성실성 212
5. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 213
5-1. 목표 달성도 213
5-2. 관련 분야 기여도 216
6. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 217
6-1. 연구개발성과의 관리계획 217
6-2. 연구개발성과의 활용 계획 218
7. 기타사항 219
7-1. 연구시설ㆍ장비종합정보시스템 등록한 연구시설 장비 현황 219
7-2. 연구시설ㆍ장비종합정보시스템 등록한 연구시설 장비 현황 219
[별첨자료] 219
참고문헌 220
표 1. 미세먼지 관련 주요 회의 및 협의회 9
표 2/표 3. 선박에서 배출된 대기오염물질의 비중 10
표 3. 국적선 기준, 어선 및 상선의 기관출력별 척수현황 15
표 4. 수도권 대기환경관리 기본계획의 분야별 투자계획 16
표 5. 노후 선박엔진 저공해화 조치계획 16
표 6. Marine Engine Categories 20
표 7. Tier 3 Standards for Marine Diesel Category 1 Commercial Standard Power Density (≤ 35kW/dm³) Engines 20
표 8. Standards for Marine Diesel Category 1 Commercial High Power Density (〉 35kW/dm³) Engines And All Diesel Recreational Engines 21
표 9. Tier 3 Standards for Marine Diesel Category 2 Engines 21
표 10. Tier 4 Standards for Marine Diesel Category 1/2 Engines 21
표 11. "Blue Sky Series" Voluntary Emission Standards 22
표 12. Stage III A standards for inland waterway vessels in Europe 23
표 13. China I marine engine emission standards 24
표 14. ChinaⅡ marine engine emission standards 24
표 15. 선박의 배출허용기준(제124조 관련) 25
표 16. 선박엔진 제원 28
표 17. CDPF 성능시험결과 28
표 18. DPF 조성에 따른 물성 비교 34
표 19. 엔진 비교를 통한 필터 부피선정 38
표 20. 배기가스의 조건 41
표 21. DOC, DPF의 평균유속과 압력분포 42
표 22. DOC, DPF의 유동 균일도 42
표 23. 엔진시험에 사용한 엔진 사양 43
표 24. 한국선급 그린쉽 기자재 시험, 인증 센터 시험결과 44
표 25/표 24. 실선 배기가스 계측 45
표 26/표 25. 인천시 씨트린호 사양 50
표 27/표 26. 경계조건(Boundary Condition) 58
표 28/표 27. DOC Porous medium 조건 58
표 29/표 28. DPF Porous medium 조건 58
표 30/표 29. 대상 선박 사양 72
표 31/표 30. 205 삼성호 제원 85
표 32/표 31. 알루미나, 실리카 출발원료 특성표 92
표 33/표 32. 알루미나 변경시험 조합표 93
표 34/표 33. 알루미나 변경시험 물성 측정 결과 93
표 35/표 34. 구성요소의 역할 및 특성 95
표 36/표 35. 담지량에 따른 배압 97
표 37/표 36. 실선 탐재 대상선박 일반사양 98
표 38/표 37. 선박 사양에 따른 필터 적용량 비교 99
표 39/표 38. 경계조건(Boundary Condition) 103
표 40. 삼성2호 제원 125
표 41. 저감장치 저감효율 및 구분 130
표 42. DPF 성능 평가 절차 130
표 43. 단일 여지 측정 방법에 따른 최소 측정 무게 131
표 44. SCR 성능평가 절차 132
표 45. 알루미나, 실리카 출발원료 특성표 160
표 46. 알루미나 변경시험 조합표 160
표 47. 알루미나 변경시험 물성 측정 결과 161
표 48. 구성요소의 역할 및 특성 162
표 49. 담지량에 따른 배압 164
표 50. DOC전단PM측정 결과 176
표 51. AOCgn단PM측정 결과 176
표 52. FSN기준 PM저감율 176
표 53. DOC전단 배출가스 시험결과 177
표 54/표 53. SDPF후단 배출가스 시험결과 177
표 55/표 54. 배출가스 저감효율 177
표 56/표 55. NOx 저감율에 따른 Tier3 기준 178
표 57/표 56. 선박 복원성 기준 181
표 58/표 57. 실선에서의 성능평가 절차 185
표 59/표 58. 예비 실선 측정 요약 186
표 60/표 59. DPF 설치 선박 측정 요약 189
표 61/표 60. S-DPF 설치 대상급 선박 예비 측정 요약 189
표 62/표 61. 열분해 모사 PM의 합성조건 190
그림 1. 초미세먼지 인체 침투에 따른 장기내 순환/침착 및 위해성 6
그림 2. 미세먼지 구성 성분 7
그림 3. 입자별 미세먼지 종류 7
그림 4. 선박기인 항만 미세먼지의 심각성 8
그림 5. 내륙지역과 해안지역의 심폐질환 사망자 수 비교 8
그림 6. 미세먼지 관련 언론보도 추이 9
그림 7. 국내 미세먼지 주요 발생원, 10
그림 8. DPF 내 미세먼지 포집 원리 16
그림 9. SCR의 질소산화물 환원 원리 17
그림 10. dePM 및 de NOx에 대한 선박 엔진 탑재 사례(525hp) 17
그림 11. Smoke Density Chart 23
그림 12. 전기 집기기 구성도 26
그림 13. Wall flow & flow through 방식의 DPF 26
그림 14. CDPF 개략도 27
그림 15. 연료의 황 함유량에 따라 상이한 백금촉매 CDPF 내 PM 변환율 28
그림 16. Hug engineering사 nauticlean 개념도 29
그림 17. Marine particulate removal process 30
그림 18. Summary of filter soot removal efficiencies as a function of engine power given as percentage of an engine maximum of 8.6 MW achieved... 30
그림 19. DCL사의 DPF 장착 사진 31
그림 20. DCL 사의 DPF 내부 구조 31
그림 21. Nett technologies사의 wall-flow monolith 32
그림 22. DPF 차압 테스트 결과(원문불량) 34
그림 23. PM 로딩량 한계 분석 결과 35
그림 24. Sample1 촉매 성능결과 36
그림 25. Sample2 촉매 성능결과 37
그림 26. 사각 DPF캐닝 사진 37
그림 27. 선박용 미세먼지 저감장치 제작 37
그림 28. 미세먼지 저감장치용 필터 제작공정 38
그림 29. 기관실 출입구 및 연돌 구조도(인천시 SEA CLEAN) 39
그림 30/그림 9. 인천시 SEA CLEAN연돌(funnel) 치수 39
그림 31/그림 30. 선박용 미세먼지 저감장치 설계 이미지 40
그림 32/그림 31. 선박용 미세먼지 저감장치 도면 40
그림 33/그림 32. 배기가스 저감장치의 압력분포 41
그림 34/그림 33. DOC의 유속분포 41
그림 35/그림 34. DPF의 유속분포 42
그림 36/그림 35. 배기가스 저감장치 내부의 유동 흐름 43
그림 37/그림 36. 미세먼지 저감장치 엔진 시험(한국선급(KR TCC)) 43
그림 38/그림 37. 엔진 시험을 통한 온도분포 및 압력 확인 44
그림 39/그림 38. 선박용 도면 검토 결과 46
그림 40/그림 39. 바이페스 설치 설계 46
그림 41/그림 40. 도면 검토 및 승인 절차(안) 49
그림 42/그림 41. 선박용 인증시험 평가 절차(안) 50
그림 43/그림 42. 인천 씨클린호 선내 도면, 기관배치도 51
그림 44/그림 43. Ceracomb에서 제작한 선박용 매연저감장치 모형 57
그림 45/그림 44. DOC 및 DPF 배치 57
그림 46/그림 45. 배기관 연결 이미지 59
그림 47/그림 46. 파이프입구 / 장치입구 / 장치 출구 속도 분포 59
그림 48/그림 47. Y-Z 단면 속도 분포도 60
그림 49/그림 48. Y-Z 단면 속도 분포도 60
그림 50/그림 49. X-Z DOC/DPF 중심단면 속도 분포도 61
그림 51/그림 50. 속도 분포; Z-Y, X-Z, X-Z 아래필터 61
그림 52/그림 51. DOC No.1~8 X-유속, 上 입구, 下 출구 62
그림 53/그림 52. DOC No.9~16 X-유속, 上 입구, 下 출구 62
그림 54/그림 53. DPF No.1~8 X-유속, 上 입구, 下 출구 63
그림 55/그림 54. DPF No.9~16 X-유속, 上 입구, 下 출구 63
그림 56/그림 55. DOC/DPF입구 평균 유속(X축방향) 64
그림 57/그림 56. 압력분포 Y-Z, X-Z, X-Z 필터센터 64
그림 58/그림 57. 압력, X-Z 필터중심부 65
그림 59/그림 58. 압력, X-Z 65
그림 60/그림 59. 압력 : DOC입구, DPF 입구, No.1-8 66
그림 61/그림 60. 압력 : DOC입구, DPF 입구, No.9-16 66
그림 62/그림 61. DPF위치별 압력 손실(1) 67
그림 63/그림 62. DPF위치별 압력 손실(2) 68
그림 64/그림 63. 관제 시스템 모형 70
그림 65/그림 64. 관제 회로도 및 작동사진 71
그림 66/그림 65. 제205삼선호 일반 배치도 73
그림 67/그림 66. 제205삼성호 일반배치도 DPF추가 74
그림 68/그림 67. 제205삼성호 및 바지선 77
그림 69/그림 68. 제205삼성호 해상실증 사진 77
그림 70/그림 69. 열분해 모사 PM의 TEM 사진 80
그림 71/그림 70. 합성조건에 따른 모사 PM의 크기와 유기성분 함량 80
그림 72/그림 71. 모사 PM의 열중량 분석 결과 81
그림 73/그림 72. PM 입자크기와 성분을 동시에 고려한 산화온도 근사 81
그림 74/그림 73. 제205삼성호 전경 85
그림 75/그림 74. 제205 삼성호 일반배치도 85
그림 76/그림 75. 세라믹 PM 정화 필터의 구조 92
그림 77/그림 76. 알루미나 크기에 따른 기공크기, 열팽창계수 변화 94
그림 78/그림 77. 온도가 일정할 때 배기 유량에 따른 압력손실 비교 95
그림 79/그림 78. 성능평가 설비 및 실험 조건 96
그림 80/그림 79. 촉매성능 비교시험 결과 97
그림 81/그림 80. S-DPF 코팅 단면 97
그림 82/그림 81. 촉매 종류에 따른 촉매 활성 98
그림 83/그림 82. DOC, S-DPF 제작사진 100
그림 84/그림 83. S-DPF시스템 설계 도면 101
그림 85/그림 84. DOC 캐닝 및 모듈조립 102
그림 86/그림 85. S-DPF압입 및 캔 제작 102
그림 87/그림 86. S-DPF시스템 제작 102
그림 88/그림 87. 선박용 S-DPF 3D 모델 103
그림 89/그림 88. 버너 타입별 설계 104
그림 90/그림 89. DPF 전단 온도분포(입력온도) 108
그림 91/그림 90. DPF 유속(Y) 및 유속 분포도 109
그림 92/그림 91. 유체 유속 3D 109
그림 93/그림 92. 압력분포 3D 110
그림 94/그림 93. 버너유입구 타입1, 타입2, 타입3의 유속분포 111
그림 95/그림 94. 유동분석에 따른 시스템 설계안 111
그림 96/그림 95. 입력 유량별(E3모드) 온도분포 112
그림 97/그림 96. 대상급 선박(삼성2호) 113
그림 98/그림 97. S-DPF시스템 육상시험(KR TCC) 118
그림 99/그림 98. S-DPF시스템 온도분포 119
그림 100/그림 99. 시스템 위치별 압력 데이터 119
그림 101/그림 100. HC분사를 통한 시스템 온도 확인 120
그림 102/그림 101. S-DPF시스템 육상시험 보고서(KTL 3자 입회시험) 121
그림 103/그림 102. 일반 배치도(GENERAL ARRANGEMENT) 122
그림 104/그림 103. S-DPF적용한 도면검토 자료 124
그림 105/그림 104. 삼성2호 도면 검토 공단 공문 125
그림 106/그림 105. 삼성2호 일반배치도(검토필) 126
그림 107/그림 106. 삼성2호 기관실전체장치도(검토필) 128
그림 108/그림 107. 삼성2호 개조사양서(검토필) 128
그림 109/그림 108. 삼성2호 초기복원성계산서(검토필) 129
그림 110/그림 109. 제출 의제 문서 및 제7차 해양오염방지대응 전문위원회(PPR) 회의 결과 134
그림 111/그림 110. 알루미나 크기에 따른 기공크기, 열팽창계수 변화 161
그림 112/그림 111. 온도가 일정할 때 배기 유량에 따른 압력손실 비교 162
그림 113/그림 112. 성능평가 설비 및 실험 조건 163
그림 114/그림 113. 촉매성능 비교시험 결과 164
그림 115/그림 114. S-DPF 코팅 단면 164
그림 116/그림 115. 촉매 종류에 따른 촉매 활성 165
그림 117/그림 116. SPFD시스템 정면도 165
그림 118/그림 117. SPFD시스템 단면도 165
그림 119/그림 118. HC injection pipe 166
그림 120/그림 119. DOC제작 사진 166
그림 121/그림 120. SPDF제작 사진 167
그림 122/그림 121. 설치 전 삼성2호 사진 168
그림 123/그림 122. 삼성2호 설치 구조 이미지 168
그림 124/그림 123. 3D작업(3D스캔 + 3D도면)을 통한 SDPF 설치 위치 확인 168
그림 125/그림 124. 3D작업(3D스캔 + 3D도면)을 통한 DOC 설치 위치 확인 169
그림 126/그림 125. 운항 데이터(HC분사) 174
그림 127/그림 125. 운항 데이터(우레아 분사) 174
그림 128/그림 126. 입회시험 운항 데이터 176
그림 129/그림 127. PM저감효율 177
그림 130/그림 129. 디젤엔진 출력 별 선박 수 179
그림 131/그림 130. 디젤엔진 선종 별 선박 수 179
그림 132/그림 131. 300kW급 선박 도면 예 180
그림 133/그림 132. 1,500kW급 선박 도면 예 180
그림 134/그림 133. 해양수산부 고시 제2021-246호 '해양오염 저감 및 선박에너지효율에 관한 기술기준' 제정 182
그림 135/그림 134. 해양수산부 고시 제2021-246호 '해양오염 저감 및 선박에너지효율에 관한 기술기준' 182
그림 136/그림 135. 환경부 고시 제2016-136호 '배출가스저감장치의 성능유지확인 검사기준 및 검사방법 등에 관한 규정' 183
그림 137/그림 136. DPF 성능평가 및 해상시험 지침서(안) 184
그림 138/그림 137. 전문가 서면자문 요청 공문 185
그림 139/그림 138. 전문가 자문의견서 186
그림 140/그림 139. 예비(1차) 실선 측정결과 분석보고서 187
그림 141/그림 140. 예비(2차) 실선 측정결과 분석보고서 187
그림 142/그림 141. 예비(3차) 실선 측정결과 분석보고서 188
그림 143/그림 142. DPF 설치 선박(4차) 측정결과 분석보고서 189
그림 144/그림 143. SCR-F 설치 대상급 선박(5차) 실선 측정결과 분석보고서 189
그림 145/그림 144. 열분해 모사 PM의 TEM 사진 190
그림 146/그림 145. 합성조건에 따른 모사 PM의 단일입자 크기와 유기성분 함량 191
그림 147/그림 146. 모사 PM의 열중량분석 결과 191
그림 148/그림 147. PM 단일입자 크기와 유기성분 함량을 동시에 고려한 산화온도 근사 192
그림 149/그림 148. 산화온도의 여러 정의들 192
그림 150/그림 149. PM 흑연 층상구조의 분리 거리 측정 193
그림 151/그림 150. PM 흑연 층상구조를 나타내는 파라미터들 193
그림 152/그림 151. PM의 산화온도 vs La, Ea vs 산화온도 193
그림 153/그림 152. ICCT 제5차 Marine BC Workshop 결과보고서, 발표자료 및 IMO PPR 의제문서 195
그림 154/그림 153. 니켈박막 고체산화물 연료전지극 구조 및 단위면적당 출력 196