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수소-CNG 혼합연료 차량에서의 후처리장치용 촉매기술 동향
A Trend of Catalyst Technology for After treatment on H2-CNG Mixed Fuel Vehicles 원문보기

한국가스학회지 = Journal of the Korean institute of gas, v.15 no.2, 2011년, pp.21 - 26  

이웅재 ((주)이엔드디 기술연구소) ,  심경실 ((주)이엔드디 기술연구소) ,  정주용 ((주)이엔드디 기술연구소) ,  김태민 ((주)이엔드디 기술연구소)

초록
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대형경유차는 수량이 적음에도 불구하고 높은 운행 빈도로 인해 대기오염물질의 높은 비율을 차지하고 있다. 이에 대한 해결책으로 저공해 자동차인CNG(CompressedNatural Gas)버스가 대두되고 있다. CNG차량의 배출가스는 경유에 비해 PM이나 NOx가 크게 감소되는 경향을 보인다. 본 연구에서는 친환경 연료인 CNG에 수소를 혼합한 연료를 이용한 차량에서의 배기가스 후처리 기술에 대해 소개한다. CNG에 수소를 혼합함으로써, 엔진의 연소 효율은 올리고 배기가스를 감소시킬 수 있으나, CNG의 주성분인 메탄 역시 온실가스로서 이에 대한 저감도 필요한 실정이다. CNG엔진에서 배출되는 메탄에 대해 CNG산화촉매를 도입하여 저감 방향을 설정하였으며, 발생하는 NOx에 대해서는 urea-SCR 및HC(HydroCarbon)-SCR을 도입하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Emissoin of heavy duty vehicle have much positioned in air pollution although its limited number of vehicles. CNG vehicles are coming to the fore as one of the solution of diesel vehicles. CNG vehicles exhaust smaller emission than diesel vehicles on PM and NOx. In this study, aftertreatment technol...

주제어

#HCNG   #aftertreatment   #catalyst   #SCR  

AI 본문요약
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제안 방법

  • 일반적인 lab scale의 촉매 개발에는 실제 엔진의 배출가스 조성과 유사한 모사가스를 만들어 feeding 하는 방식의 반응기가 사용된다. CNG 차량의 일반적인 배출가스 유량은 N2 balance, CO 0.5%, O2 10%, CO2 10%, NOx 500ppm 정도인데, CNG-OC의 경우 CNG 2%, HCNG-SCR의 경우 환원제인 H2와 CNG의 비율을 3:7로 하여 C/N ratio 4 정도로 조절하여 투입한다. 또한, 공간속도는 50,000h-1 -100,000h-1 정도로 설정하고 있다.
  • 촉매의 지지체로는 Al2O3가 가장 통상적으로 사용되며, 담지금속으로 Pt와 Pd 등의 귀금속의 조성을 변화시키거나 조촉매로 Ce, La 등을 첨가하는 방식이 일반적이다. 제조는 cordierite 필터에 Al2O3를 washcoat한 후, 건조 및 소성하고, metal solution 및 조촉매를 담지하는 방법과 Al2O3에 귀금속 및 조촉매를 첨가하여 slurry 상태로 만들어 cordierite 필터에 코팅 후 건조 및 소성하는 두가지 방법을 사용한다. Fig.

대상 데이터

  • HCNG 엔진은 디젤 연료 차량에 비해 연소 구조상 PM의 배출량이 적으므로 추가적으로 배출되는 메탄과 NOx가 후처리 기술의 주 대상이다.
  • 또한, 대형 경유차에는 나노입자 수와 암모니아 기준도 신설된다. 기존 차량은 2015년 1월부터 해당된다. 또한, CNG버스는 2013년부터 EURO-6에 비해 13% 가량 강화된 기준이 적용되고 메탄과 암모니아 기준이 새롭게 마련된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
기본 고정원에 많이 사용되는 V2O5/W/TiO2가 CNG 엔진에 부적합한 이유는 무엇인가? 기존 고정원에 많이 이용되는 V2O5/W/TiO2의 경우 vanadium의 오염문제, 상대적으로 배기온도가 높은 CNG 엔진에서 열적 내구성 문제로 차량 적용의 어려움, CNG-OC와 같이 적용할 경우 고온에 의해 귀금속의 SCR 촉매로의 승화 문제 등 많은 문제점이 드러나고 있다.
환경적인 측면 이외에 천연가스 자동차의 장점은 무엇인가? 또한, 연료 중에 황성분이 없기 때문에 SOx가 배출되지 않으며, 전자제어엔진, 희박연소 등의 신기술로 NOx의 배출량을 최대한 억제할 수 있다. 특히, 소음·진동이 매우 적어 승차감이 좋고, 주행성능과 연비는 기존차와 비교해도 손색이 없으며, 옥탄가가 가솔린보다 높아(옥탄가 130정도)엔진 효율이 높아 현재 많이 보급되고 있다. Table 1에는 자동차 연료별 배출가스 발생현황을 나타내었다.
CNG(Compressed Natural Gas) 버스로 대체되는 배경은 무엇인가? 전체 등록차량의 3%에 불과한 대형경유차가 자동차 오염물질의 36% 이상을 차지하고 있어 운행 빈도가 높은 시내버스가 대부분 저공해 자동차인 CNG(Compressed Natural Gas) 버스로 대체되고 있다. 천연가스 자동차는 환경 친화적인 연료인 천연가스를 사용하기 때문에 매연이 배출되지 않으며, 반응성탄화수소(NMHC)및 일산화탄소(CO)의 배출량이 적은 것으로 알려져 있다.
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참고문헌 (5)

  1. 이동민, "국내 경유와 CNG 시내버스의 규제물질 및 온실가스 배출특성에 관한 연구", 인하대학교 환경대학원, 4-11(2010) 

  2. 김태준, 김화남, 최병철, "산화촉매를 장착한 대형 CNG 엔진의 나노입자 배출특성",한국동력기계공학회지, 12(5), 27-33(2008) 

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  3. Jan de Wit, Ianina Mofid, "Methane oxidation catalyst for gas engine". Danish Gas Technology Centre project report, 2-32(2005) 

  4. 이진만, 양오봉, 김춘영, 우성일, "메탄 산화를 위한 Pd 촉매의 특성", KJCHE, 10(4), 557-562(1999) 

  5. Rui Marques, Linda Mazri, Stephani Da. Costa, "Selective reduction of NOx by hydrogen andmethane in natural gas", Catalyst today, 137, 179-184 (2008)10(4), 557-562(1999) 

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