암모니아 연료 배출 가스 처리 기술의 종류 (2)

암모니아 연료 배출 가스 처리 기술의 종류에 대해 궁금하신 분은 이전 글 참고 부탁 드립니다.

 

2023.10.03 - [친환경연료/암모니아] - 암모니아 연료 배출 가스 처리 기술의 종류, 뭐가 있을까?

암모니아 연료 선박의 배출 가스 처리 기술의 종류 (1)

다섯번째, Exhaust gas recirculation (EGR)

EGR은 배기 가스의 일부를 다시 엔진으로 재순환시킵니다. EGR은 암모니아 슬립 및 NOx를 포함한 2행정 엔진의 배기 가스를 처리할 수 있습니다.

EGR 시스템은 엔진 배기가스의 약 30~40%를 EGR 리시버로 유입시키고, 이를 프리-스프레이(pre-spray)에 통과시켜 온도를 낮춘 후 쿨러 스프레이(cooler spray)를 통과시킵니다.

워터 미스트 캐처를 통과한 가스는 블로워를 통해 압력을 증가시켜 컴프레서와 엔진으로 다시 공급됩니다.

이 프로세스는 챔버 내부의 가스-공기 혼합물을 개선하여 암모니아 슬립을 유발하는 연소 불안정을 감소시킴으로써 전체적인 연소 안정성을 향상시킵니다.

또한 EGR은 NOx 배출을 감소시켜 Tier III 배출 제한을 준수하도록 설계되었습니다.

여섯번째, Catalysts 

엔진의 암모니아 슬립, N2O, NOx 배출을 감소시킬 수 있는 촉매 배출 처리 기술은 널리 알려져 있고 상용화되어 있습니다.

SCR 시스템은 운항 시 일반적이며 주로 NH3 또는 요소를 환원제로 사용하여 NOx 배출을 감소시킵니다.

오늘날 대부분의 선박은 요소를 환원제로 사용하지만 암모니아는 이미 엔진 배기가스에 암모니아 슬립이 발생하기 때문에 암모니아를 연료로 사용하는 선박이 선호됩니다.

2행정 엔진의 경우 엔진 설계에 통합된 고압 SCR을 사용하면 터보차저 이전의 온도가 높아지기 때문에 기존 화석 연료에 비해 잠재적으로 증가된 NOx 배출 수준을 보다 효율적으로 줄일 수 있습니다.

SCR의 필요성을 초과하는 암모니아 슬립은 암모니아 슬립 촉매(ASC, ammonia slip catalyst )를 통해 제거할 수 있습니다.

ASC 기술은 자동차 용도에서 알려져 있지만 암모니아를 제거할 때 NOx 및/또는 N2O를 형성할 수 있습니다.

ASC의 부산물로서 잠재적 NOx 및 N2O 배출은 적절한 촉매 및 공정 조건을 선택함으로써 제어될 수 있습니다.

 

촉매 N2O 방출 감소는 상업적으로 알려져 있고 사용되지만, 다양한 상이한 촉매가 사용됩니다.

N2O 촉매는 환원제를 사용하거나 사용하지 않는 다양한 온도 및 가스 조건에서 사용됩니다.

 

NH3를 환원제로 사용하여 NOx와 N2O 배출 저감이 동시에 이루어지는 촉매 용액도 존재합니다.

이는 NH3 도징 시스템이 NOx 및 배기 내 암모니아 슬립 수준이 충분하지 않을 경우 N2O 감소를 위한 충분한 암모니아를 보장하는 간단하고 콤팩트한 솔루션을 제공할 수 있습니다.

암모니아 슬립 수준이 환원제로서 필요한 양을 초과할 경우 ASC가 하류에 포함될 수 있습니다.

이러한 촉매 시스템은 NOx, N2O, NH3의 배출물을 N2와 물로 변환시켜 안전하게 배출할 수 있도록 할 것입니다.

 

배기 가스는 동적이며 엔진 부하 및 작동 조건에 따라 달라집니다.

엔진 배기 가스에서 암모니아 슬립이 적절한 촉매 효율에 충분할 때도 있고, 그렇지 않은 경우도 있습니다.

 

해양 응용 분야에서 촉매 N2O 제거를 위한 과제 중에는 특정 작동 조건에서 잠재적으로 낮은 배기 온도가 있으며, 파일럿 연료 및 윤활 오일에서 나오는 황 및 기타 잠재적 오염 물질이 촉매 성능에 영향을 미칩니다.

일곱번째, Plasma reduction system (PRS)

플라즈마 저감 시스템(PRS)은 현재 메탄 슬립 배출 저감을 위해 개발되고 있으며, 암모니아 슬립 저감을 위해 잠재적으로 사용될 수 있습니다.

PRS 시스템은 높은 에너지로 높은 밀도의 전자를 포함하는 비열 플라즈마를 생산하는 것을 목표로 하는 촉매와 흡수제 없는 후처리 기술로 구성됩니다.

비열 플라즈마는 유전체 물질 층에 의해 분리된 전극들의 배열 사이에 고전압을 인가함으로써 생성되는 유전체 장벽 방전에 의해 얻어집니다.

플라즈마에 의한 배기가스의 처리는 일련의 복잡한 화학적 운동 반응을 통해 무해한 분자 내의 오염물질의 전환을 초래합니다.

PRS는 아직 개발 초기 단계이며, 전력 소모량과 감소율을 추정하기에는 너무 이릅니다.

현재 개발 계획은 2024년에 기술을 완성하는 것을 목표로 하고 있으며, PRS는 개발 중 성능에 따라 이코노마이저 이전 또는 이후에 터보차저의 저압 측에 장착될 것으로 예상됩니다.