[논문]선박에서의 CO2 배출량 저감 방안 연구

마에다 카즈유키; 김영운

doi:10.13000/jfmse.2013.25.3.705

선박에서의 CO2 배출량 저감 방안 연구
The Study on Reduction Method of CO2 Emission from Ships 원문보기

水産海洋敎育硏究 = Journal of fisheries and marine sciences education, v.25 no.3 = no.63, 2013년, pp.705 - 715

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This Paper presented the reduction methods of $CO_2$ emission from ships during voyage. In order to decrease $CO_2$ emission during voyage the equation was established and conducted the study about the relationship between ship speed, the propulsive efficiency and its $CO_2$ production. The results obtained from the examinations are as follows : 1. $CO_2$ emission from sailing ships can be decreased by reducing specific fuel oil consumption of main diesel engine, coefficient of total resistance and ship speed and also by increasing propeller efficiency. 2. Diesel-electric propulsion system is more effective than diesel-mechanical system to decrease the level of $CO_2$ emission during long voyage. 3. Good condition of ship's hull surface, rudder and propeller's surface can decrease the quantity of fuel oil and $CO_2$ emission by reducing the resistance of ship that can rise the propeller efficiency 4. $CO_2$ emitted from ships can be decreased in a global scale by giving attention to the synthetic transport efficiency.

주제어

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문제 정의

본 연구에서는 항해시의 선박에서 배출되는 CO₂량을 적게 하기 위해서 먼저 선박공학의 이론에 기초한 저감의 지침을 나타내었다.
실험에는 일본의 수산대학교에서 운용하고 있는 실습선인 고요마루(신 고요마루), 구 고요마루, 덴요마루, 곤베키를 사용하여 선박이 항해중일 때, CO₂ 저감의 지침을 검정하기 위한 실험을 행하였다. [Table 2]는 본 실험에 사용한 연료유의 성상을 나타내었다.

제안 방법

그리고 이것을 검정하기 위해, 일본 수산대학교의 실습선을 이용해서 선속, 프로펠러효율, 선체저항, 배수량, 추진기관이 CO₂ 배출량에 미치는 영향을 명확히 하였다.
또한 선체 저항의 변화가 CO₂ 배출량에 미치는 영향을 명확히 하기 위해 곤베키를 사용하여 선저의 청소 전·후의 선속과 CO₂ 배출량과의 관계를 조사했다. 끝으로 배수량과 연료소비율이 각각 다른 선박에 있어서의 선속과 CO₂배출량의 관계를 조사했다.
다시 이들의 결과를 해석하여 해상운송에 있어서의 CO₂ 저감의 구체적인 방법을 제시하였다.
다음에 선속과 프로펠러효율의 변화가 CO₂ 배출량에 미치는 영향을 명확히 하기 위해서 덴요마루를 사용하여 선속과 프로펠러효율이 CO₂배출량에 미치는 영향을 재차 조사했다. 또한 선체 저항의 변화가 CO₂ 배출량에 미치는 영향을 명확히 하기 위해 곤베키를 사용하여 선저의 청소 전·후의 선속과 CO₂ 배출량과의 관계를 조사했다.
또 선속과 프로펠러효율이 수송량·거리당의 CO2 배출량에 미치는 영향을 각각 조사했다.
또한 선체 저항의 변화가 CO2 배출량에 미치는 영향을 명확히 하기 위해 곤베키를 사용하여 선저의 청소 전·후의 선속과 CO2 배출량과의 관계를 조사했다.
는 통상, 출력·시간당의 배출량[g/kW · h]으로 평가되므로 이들의 배출특성을 명확히 하기 위해 항해중인 선박에 있어서의 축출력을 계측할 필요가 있다. 본 연구에서 주기관의 축출력을 계측하기 위하여 전광학식 축마력계(MHI마린엔지니어링, TOTOM, 비틀림 검출정도 0.25%)를 사용하였다.
실험은 먼저 고요마루에서 주기관과 보조전기 추진시스템을 각각 사용하여 배를 항해시킬 때, 각 회전수에 있어서의 날개각을 변경함으로서 부하를 변동시켜 선속이 연료소모량[kg/h]에 미치는 영향을 살펴보았다.
항해중의 선박에서 배출되는 CO₂를 감소하기 위한 지침을 제언함과 동시에 이것을 실제의 선박 실험에 의해 검정하였다. 그 요점은 다음과 같다.

대상 데이터

Diesel-electric 추진장치는 디젤엔진, 발전기, 컨버터, 모터, 프로펠러, 구동축 등으로 구성되어 있다. 즉, 추진을 위한 주기관과 전원 공급을 위한 발전기관이 통합된 형태로 구성된다.

성능/효과

넷째, 항해중인 선박에 있어서의 종합적인 CO₂ 배출량의 저감을 검토하는 경우, 수송량·거리당의 연료소모량을 사용하면 선박의 추진성능을 포함한 보다 적절한 평가가 가능해진다.
둘째, 낮은 선속을 장시간 유지할 필요가 있는 경우, 주기관 운전보다는 전기추진시스템을 사용하는 것이 톤·마일당의 CO2 배출량을 줄임과 동시에 CO2 저감에 보다 유효함을 알 수 있다.
또 동일 선속 10노트에 있어서의 연료소모량의 변화를 보면 수선하의 선체 전체가 오손하고 있는 상태에 비해 프로펠러만을 청소하면 약 40%, 프로펠러와 타를 청소하면 약 45%, 수선하의 선체 전체를 청소하면 약 70% 연료소비량이 감소하고 있다. 따라서 식5)에서와 같이 선박에 있어서의 CO₂ 배출률을 저감시키기 위해서는 수송량·거리당의 연료소모량을 감소시킬 필요가 있다.
셋째, 선체 및 프로펠러, 타의 청소를 행함으로서 마찰저항이 감소함과 동시에 프로펠러효율이 개선되어 대폭적인 연료소모량과 CO₂의 저감이 가능하다. 한편 본 실험 범위에 있어서는 프로펠러 청소만으로도 커다란 효과가 얻어졌다.
첫째, CO₂배출률을 저감하기 위해서는 저 연료소비율의 엔진을 사용함과 동시에 전저항계수와 선속의 값은 작게, 배수량과 프로펠러효율, 전달효율, 선체효율의 값은 크게 할 필요가 있다.

후속연구

전술한 한 바와 같이 수송량·거리당의 CO2 배출량은 출력·시간당의 연료소모량과 선체저항 계수의 곱과 프로펠러효율의 역수로 표시되므로 친환경적인 CO2의 감소를 생각할 경우, 이 모든 것을 고려한 대책이 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	선박은 어떻게 다량의 CO2를 배출시키고 있는가?	선박은 주기관을 작동시켜 항해를 지속하기 위한 추진력을 얻고 발전기를 돌려 선내의 각종 동력기계와 조명 등에 전기를 공급한다. 이와 같이 선박에서는 내연기관의 가동을 위해 많은 연료를 소비시킴으로서 지구환경에 유해한 다량의 CO2를 배출시키고 있다.
	해상의 선박에서 배출되는 온실효과 가스는 대부분 무엇인가?	해상의 선박에서 배출되는 온실효과 가스는 그 대부분이 CO2이고 세계경제성장에 따라 세계의 해상 물류의 수요는 점차 증가하고 여기에 따라 CO2 배출량도 더욱 증가할 것으로 예상된다.
	에너지효율설계지표의 국제 기준화에 따라 기대되는 것은 무엇인가?	EEDI의 국제기준화에 따라 선주 등이 선박을 건조할 때에 참고로 하는 연비 지표가 확립됨으로서 국제 해운시장에 있어서의 에너지효율이 뛰어난 선박의 보급 촉진이 기대된다.

참고문헌 (5)

Kim, Young-Un(2009). Reduction Method of $CO_{2}$ Emission from Ships during Voyage, Hiroshima Symposium of the Japan Institute of Marine Engineering.
Maeda, Kazuyuki(1998). Studies on Reduc tion of Emissions from Marine Diesel Engine during Voyage, CIMAC Congress in Copenhagen, 730-731.
Maeda, Kazuyuki(1998). Reduction Methods of NOx Emission from Ships, The Marine Engineering Society in Japan, Vol. 26 No. 1.
Park, Seong-Kwae(2008). Fisheries Countermeasures Against Rising Oil Prices, Journal of Fisheries and Marine Sciences Education 20(3), 447-448.
Park Seong-Kwae Kwon Hyeok-Jun Park Jong-Wun Cha Cheol-Pyo(2010). Bio Econo- mic Relationships between Climate Change and Fisheries, Journal of Fisheries and Marine Sciences Education 22(3), 398.-399

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