Ammonia fuel pathways_ 암모니아 연료 경로
두 가지 주요 low-emission 암모니아 경로 : Blue Ammonia , Electro-Ammonia
암모니아는 수소로부터 만들어집니다.
Blue Ammonia : 기존의 메탄 개질 + 이산화탄소(CO2) 포집 및 저장을 이용하여 수소가 생성
Electro Ammonia : 재생 가능한 공급원에 의해 구동되는 물의 전기 분해를 이용하여 수소 생성
Gray Ammonia : 이산화탄소 포집 및 저장 없이 기존의 메탄 개질을 사용하여 수소 생성
(낮은 황 연료유(LSFO)보다 가격 및 배출량이 높기 때문에 대체 연료 경로로 고려되지 않습니다.)
암모니아는 탄소(C)를 포함하지 않으므로 연소 시 이산화탄소(CO2)를 배출하지 않습니다.
그러나 연소 특성이 좋지 않기 때문에 2차 또는 파일럿 연료가 필요합니다.
(2 stroke 엔진의 경우 5-15%, 4 stroke 엔진의 경우 최대 30%가 예상됨)
암모니아 DF ICE의 배출 프로파일은 파일럿 연료의 종류와 사용량에 따라 달라집니다.
그러나 암모니아를 LSFO와 같은 화석 기반 파일럿과 함께 사용하면 LSFO Tier II 레벨(파일럿 연료량에 따라 다름)만 사용하는 것에 비해 탱크 투 웨이크(TTW) CO2 배출량을 85% 이상 줄일 수 있습니다.
SOx와 PM 배출량은 중유(HFO) Tier II 레벨에 비해 90-100%까지 감소할 수 있습니다.
암모니아 DF ICE에서 발생하는 TTW 배출량에 초점을 맞추고 있으며 연료 생산 및 운송과 관련된 WTT 배출량에 대해서는 다루지 않습니다.
예를 들어, 메탄 배출은 일반적으로 upstream부분의 탈주 배출로, 천연 가스 공급망 전체에서 발생합니다.
이러한 메탄 배출 관리는 해당 경로에 대한 총 WTW(Well-to-Wake) 배출을 최소화하기 위한 블루 암모니아 생산의 일부로 다루어져야 합니다.
Ammonia combustion emission risks_ 암모니아 연소 배출 위험
암모니아 연소에 대한 기본적인 연구는 1950년대부터 가연성(Flammability), 점화 지연(Ignition delay), 화염 전파 및 사양(Flame propagation, and Speciation)과 같은 특성을 이해하기 위해 수행되었습니다.
엔진에서 나오는 에너지 출력을 최적화할 때는 처음 세 가지가 중요하지만, 사양은 배출 최적화의 중심입니다.
암모니아 연소는 안전(safety), 건강(health)및 기후(climate)와 관련된 세 가지 특정한 배출 위험이 존재한다.
; Ammonia slip, NOx, N2O
암모니아 슬립(Ammonia slip)은 선박에 탑승한 선원들, 지역사회, 암모니아 연료를 사용하는 선박이 운항되는 곳, port call을 가지는 곳의 환경에 대한 안전상(safety)의 위험이며, NOx는 선박이 운항하는 지역사회에 건강상(health)의 위험, N2O는 지구 기후(climate)에 영향을 미치는 온실가스입니다.
이 다차원 배출 위험은 암모니아 DF 엔진 및 후처리 배출 관리 기술 개발의 일환으로 다루어질 필요가 있습니다.
a. Ammonia slip (암모니아 슬립)
암모니아 슬립은 연소 중 엔진 배기 가스를 통해 배출되는 연소되지 않은 암모니아가 대기 중으로 빠져나가는 것입니다.
암모니아는 유독 가스이기 때문에 낮은 수준에서도 사람에게 급성으로 노출되면 심각한 부상이나 사망에 이를 수 있습니다.
다양한 노출 한도 및 가이드라인(ppm당 한계값 및 노출 시간 기준)이 정의되어있지만, 이 지침은 14~110ppm으로 다양하며, 노출 시간 제한은 15분에서 24시간입니다.
해양 분야의 연료로서 암모니아에 대한 광범위한 노출 제한과 지식 부족을 고려할 때, 추가적인 안전장치로서 지침을 정의할 때는 보수적일 필요가 있습니다.
따라서 연료로서의 암모니아에 대한 업계의 관심에 따라 IMO 의무화 조치에 앞서 개발되고 있는 Class 가이드라인에는 일반적으로 낮은 제한이 포함되어 있습니다.
기존 Class지침에 규정된 운전용 암모니아 한계치(limits)는 Class별로 상이합니다.
일부는 가스 검출 수준에 특정적이고, 다른 일부는 배기 또는 벤트마스트의 limit를 지정하며, 다른 일부는 방출과 관련된 limit를 지정합니다.
특히 독성과 부식성이 모두 있는 새로운 유형의 연료를 다룰 때 안전한 암모니아의 level과 관련하여 Class 간 차이가 발생할 것으로 예상되며, IMO는 아직 의무 규정을 개발하지 않았습니다.
이러한 차이는 업계별 학습 과정의 일부이며, 그럼에도 불구하고 경험이 증가함에 따라 Class 지침의 암모니아 limits는 수렴될 것으로 예상됩니다.
b. Nitrous oxide (아산화질소, N2O)
N2O는 암모니아 연소 및 후처리 기술의 잠재적 부산물입니다.
소량의 N2O도 높은 온실가스 배출량을 초래할 수 있으며, 이는 암모니아를 low-emission 대체 연료로 사용하기 위한 잠재적인 쇼스토퍼입니다.
설정 된 N2O 배출 수준 목표치에 따르면, N2O 배출 수준은 최대 0.06g/kWh(NH3-1) 정도가 될 것으로 예상됩니다.
더 높은 N2O 배출 수준(NH3-2, NH3-3, NH3-4)은 암모니아 ICE 설계에서 허용되지 않습니다.
c. Nitrogen oxides (질소산화물, NOx)
NOx 배출은 대부분의 대체 연료가 규제를 만족하는 동시에 연료 소비를 최소화하기 위한 핵심 설계 변수로 남아 있습니다.
암모니아 DF 엔진은 NOx limit를 넘지않기 위해 후처리 기술이 필요합니다. 선택적 촉매 환원(SCR) 및 배기 가스 재순환(EGR)을 포함한 화석 연료와 함께 사용되는 기존의 알려진 NOx 환원 기술은 암모니아 DF 엔진에도 사용될 수 있습니다.
암모니아 연료 선박은 SCR의 환원제로 요소를 사용하는 대신 선상에서 직접 암모니아를 사용하는 것이 가능합니다.
Ammonia emission sources _ 암모니아 배출원
암모니아 슬립이 암모니아 연료 선박의 암모니아 배출의 주요 공급원이지만, 다른 잠재적인 암모니아 배출원은 엔진 또는 연소와 직접적인 관련이 없습니다.
메탄 기반의 DF 엔진을 탑재한 선박과 마찬가지로, 이러한 엔진과 무관한 배출물은 도주 배출물(Fugitive emissions), 운항 배출물(Operational releases), 비상 배출물(Emergency releases)의 세 가지 주요 배출 유형으로 분류될 수 있습니다.
이러한 암모니아 발생원은 비록 낮은 수준일지라도 허용 가능한 안전 수준으로 배출을 제한하기 위해 관리될 필요가 있습니다.
암모니아 배출은 공급원에 따라 액체와 가스가 모두 존재할 수 있습니다.
가스 암모니아 배출은 일반적으로 consumers s (i.e., energy converters), 벤트 마스트(vent mast), 벙커 스테이션(bunker station), 밀폐 공간 또는 이중 벽 배관의 환기(ventilation of enclosed spaces or doublewalled piping)로 부터 발생합니다.
액체 암모니아의 배출은 일반적으로 엔진과 같은 consumer를 위한 deck water spray, water curtains, spill tanks, and ammonia detox systems과 같은 safety system을 사용함으로써 발생합니다.
선박 설계 단계에서 잠재적 위험이 적절하게 완화되도록 하기 위해 모든 관련 암모니아 배출원과 유형을 식별해야 합니다.
암모니아 배출원과 종류가 여러 개일 경우, 허용 가능한 안전 수준을 달성하기 위해 여러 기술과 솔루션을 사용해야 합니다.
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