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문제 정의
- , 2016). 중국 정부 또한 선박에서 나오는 배출물질을 제한하는 계획을 발표하고 중국 ECA 지역내에서 운항, 접안 및 작업하는 선박에 사용되는 선박용 연료유의 황 함유량을 규제하여 선박으로부터 배출되는 황산화물을 2020년까지 65 % 줄이는 것을 목표로 하고 있다. 이 규정에 따라 중국 ECA 지역 내 핵심 항만에 정박하는 모든 선박은 2017년 1월 1일부터 0.
제안 방법
- BPA에서 제공되는 입항 선박에서 tug는 기타선에 포함된 것으로 판단되어 본 연구에서는 ‘other’와 ‘tug’는 제외하였고 ‘LPG/LNG carrier’, ‘refrigerated cargo carrier’도 제외하고 배출량을 계산하였다.
- 배출물질 산정에 있어 선박의 입항부터 출항까지 3단계의 운항 상태, 즉, 항행 모드(cruising mode), 접·이안 모드(manoeuvringmode), 정박 모드(hotelling mode)로 구분하고, 각각의 운항 상태에서의 배출량을 비교하였다.
- 본 연구에서는 부산 북항을 대상으로 선박 운항모드를 ‘cruising’, ‘manoeuvring’, ‘hotelling’ 모드로 구분하여 2017년 1년간의 선박배출물질 현황에 대하여 조사·분석하였다.
- 본 연구에서는 부산 북항을 대상으로 선박 운항모드를 ‘cruising’, ‘manoeuvring’, ‘hotelling’ 모드로 구분하여 2017년 1년간의 선박배출물질 현황에 대하여 조사·분석하였다. 오륙도 방파제를 기준으로 외해쪽 20마일권역의 RSZ을 설정하여 cruising 모드를 적용하였으며, RSZ에서 선속 제한이 없을 경우와 선속을 12노트, 10노트, 8노트로 제한했을 경우, 각각의 선속에서 선종별 배출물질을 계산하였다.
- 2에 그 범위를 보여주고 있다. 오륙도 방파제부터 부두 접안까지는 manoeuvring 모드로 운행하였으며, 선종별 평균속력, 평균 접안시간, 평균 정박시간 등은 Table 1과 같이 EEA 가이드북 내용을 기준으로 하였다.
- 이 연구에서는 국내 최대 무역항인 부산북항을 대상으로 2017년 1년간의 입·출항 선박 기록을 이용하여 선종별 배출물질을 정성적으로 비교하고, 오륙도 방파제를 기준으로 20마일 범위의 선속제한구역(RSZ, Reduced Speed Zone)을 설정하여 RSZ 내에서 선박의 속도변화에 따른 배출물질의 양을 수치적으로 계산하였다.
대상 데이터
- 적용된 cruising 모드의 범위는 RSZ을 설정하여 운영하고 있는 Los Angeles/Long Beach 항만과 같이 20마일권역을 채택하여 수치계산 하였다. RSZ는 오륙도 방파제로부터 외해 방향의 20마일 범위로 선정하였으며, Fig. 2에 그 범위를 보여주고 있다. 오륙도 방파제부터 부두 접안까지는 manoeuvring 모드로 운행하였으며, 선종별 평균속력, 평균 접안시간, 평균 정박시간 등은 Table 1과 같이 EEA 가이드북 내용을 기준으로 하였다.
- 공간 범위는 부산 북항을 대상으로 하였다. 부산은 거주인구 약 340만명으로 국내 도시 인구의 2위이자, 국내 최대 국제무역항이 있는 제1의 항구도시이다.
- 부산항만공사(BPA, Busan Port Authority)의 항만물류 정보시스템에서 수집한 정보는 ‘oil tanker’, ‘product tanker’,‘chemical tanker’, ‘dry bulk carrier’, ‘cement carrier’, ‘log carrier’,‘full-container ship’, ‘semi-container ship’, ‘general cargo ship’,‘car carrier’, ‘passenger ship’, ‘fishing’, ‘LPG/LNG carrier’,‘refrigerated cargo carrier’, ‘other’의 총 15종류로 구분한다.
- 이 연구는 부산 북항을 대상으로 2017년 1월 1일부터 12월 31일까지의 1년간 데이터를 이용하여 연구되었다. Fig.
- 적용된 cruising 모드의 범위는 RSZ을 설정하여 운영하고 있는 Los Angeles/Long Beach 항만과 같이 20마일권역을 채택하여 수치계산 하였다. RSZ는 오륙도 방파제로부터 외해 방향의 20마일 범위로 선정하였으며, Fig.
이론/모형
- 이 연구에서는 국내 최대 무역항인 부산북항을 대상으로 2017년 1년간의 입·출항 선박 기록을 이용하여 선종별 배출물질을 정성적으로 비교하고, 오륙도 방파제를 기준으로 20마일 범위의 선속제한구역(RSZ, Reduced Speed Zone)을 설정하여 RSZ 내에서 선박의 속도변화에 따른 배출물질의 양을 수치적으로 계산하였다. 배출물질 계산에는 2016년 개정된 유럽환경청(EEA, European Environment Agency) 가이드북의 지침을 활용하였다.
- 특정 항구에서 판매된 연료의 양을 기준으로 배출량을 계산하는 방법은 하향식이며, 선박활동도를 고려하여 개별 선박의 배출량을 산출하는 방법은 상향식이다(EEA, 2016). 본 연구에서는 식(1)과 같이 주기관(Main engine) 및 보조기관(Auxiliary engine)의 출력을 토대로 배출량을 추정하는 bottom-up 방식의 계산법을 이용하였고, 이는 특정 지역과 선박의 배출량을 추정하는데 효과적인 방법이라고 할 수 있다. 이와 같은 EEA 방식을 사용한 연구로서는 1장에 언급한 Chang et al.
성능/효과
- 6 %로 계산되었다. NOx와 SOx의 배출 비중이 전체 94.4 %로 현저히 높고, hotelling 모드일 때는 NOx 48.1 %, SOx 47.4 %로 둘의 차이가 0.7 %에 불과하지만 cruising 모드에서는 NOx 50.5 %, SOx 43 %로 둘의 차이가 7.5 %, manoeuvring 모드에서는 NOx 49.7 %, SOx 44.4 %로 둘의 차이가 5.3 %로 hotelling 모드일 때보다 cruising과 manoeuvring 모드에서 NOx와 SOx의 배출비율 차이가 더 큰것을 알 수 있다. PM은 cruising, manoeuvring, hotelling 모드에서 각각 4.
- 4 %로 감소한다.동일한 속도 제한에서 VOC는 각각 59.7 %, 46.3 %, 35.8 %로 감소하고 PM은 58.2 %, 44.1 %, 32.7 %로 감소한다. SOx는 각각 62.
- 모든 운항 상태에서 컨테이너선의 배출물질 비율이 가장 높았지만 cruising 모드 82.2 %와 manoeuvring 모드 86.4 %일 때와 비교하여 hotelling 모드일 때 70.8 %로 배출량 비중이 낮아졌음을 알 수 있다. 일반화물선의 경우 cruising과 manoeuvring모드일 때는 각각 5.
- EEA 가이드북에 따라 선박의 주기관과 보조기관의 출력은 총톤수로 추정될 수 있다. 모든 운항 상태에서 컨테이너선의 배출물질이 가장 높은 것으로 계산되었는데 이는 Fig.1과 같이 부산 북항의 입출항 선박 중 컨테이너선의 총톤수가 가장 크고 이로 인해 주기관 및 보조기관의 출력 값이 가장 높기 때문에 배출량 총량도 가장 크게 계산된 것으로 추정된다.
- 선박의 속도 제한이 없는 경우와 각각 12노트, 10노트, 8노트로 제한하였을 때의 배출물질 총량을 비교하면 선속 제한이 12노트일 경우 NOx 39 %, VOC 40 %, PM 42 %, SOx 38 %의 감소효과가 있었다. 선박 속도를 10노트로 제한하면 NOx 52 %, VOC 54 %, PM 56 %, SOx 50 %의 감소효과가 있었다.선박의 속도를 8노트로 제한하면 NOx 62 %, VOC 64 %, PM67 %, SOx 59 %의 감소효과가 있었다.
- 선박의 속도 제한이 없는 경우와 각각 12노트, 10노트, 8노트로 제한하였을 때의 배출물질 총량을 비교하면 선속 제한이 12노트일 경우 NOx 39 %, VOC 40 %, PM 42 %, SOx 38 %의 감소효과가 있었다. 선박 속도를 10노트로 제한하면 NOx 52 %, VOC 54 %, PM 56 %, SOx 50 %의 감소효과가 있었다.
- 선박 속도를 10노트로 제한하면 NOx 52 %, VOC 54 %, PM 56 %, SOx 50 %의 감소효과가 있었다.선박의 속도를 8노트로 제한하면 NOx 62 %, VOC 64 %, PM67 %, SOx 59 %의 감소효과가 있었다. 이와 같이 항행 모드(cruising mode)에서 제한속도로 인한 선박 배출물질 감소 효과가 매우 크게 나타나고 있는 것을 확인할 수 있다.
- 선박의 속도를 8노트로 제한하면 NOx 62 %, VOC 64 %, PM67 %, SOx 59 %의 감소효과가 있었다. 이와 같이 항행 모드(cruising mode)에서 제한속도로 인한 선박 배출물질 감소 효과가 매우 크게 나타나고 있는 것을 확인할 수 있다.
- 전체 배출물질 중 cruising 모드일 때는 컨테이너선, 여객선, 일반화물선 순으로 각각 82.2 %, 8.1 %, 5.9 %를 차지하였고 manoeuvring 모드에서는 각각 86.4 %, 6.9 %, 3.9 %를 차지하였다. hotelling 모드일 경우에는 컨테이너선, 일반화물선, 여객선 순으로 각각 70.
- 선박의 배출물질 총합은 cruising, hotelling, manoeuvring 모드의 순으로 많았다. 전체 배출물질은 NOx, SOx, PM, VOC의 순으로 각각 49.4 %, 45 %, 4 % 1.6 %로 계산되었다. NOx와 SOx의 배출 비중이 전체 94.
- 전체 선박의 배출물질 중 각 배출물질이 차지하는 비율은 NOx, SOx, PM, VOC의 순으로 각각 49.4 %, 45 %, 4 % 1.6 %이었다. PM은 cruising, manoeuvring, hotelling 모드에서 각각 4.
후속연구
- 그러나 최근까지도, 1년 이상의 장기간에 대한 특정 항만의 배출물질 산정에 있어, 선종별 정박시간과 항만 내 접·이안 시간을 별도로 측정하여 계산한 국내연구는 거의 없다. 다만, 본 연구와 같이 EEA 지침을 활용한 동일한 수치계산 방법을 적용하면, 연구의 통일성이 확보될 수 있고, 항만별 선종별 배출물질의 비교가 가능하며, 전 세계에 적용할 수 있는 정책 제안에 기초 연구로 활용할 수 있는 장점이 있다.
- 향후, 항만 근처에서의 선박 배출물질을 감소시키기 위해서는 선박의 속도를 규제하는 방안에 대해 적극적으로 고려할 필요가 있으며, 선박 배출물질에 의한 환경비용 및 운항비용과의 상호 연관성 등에 관한 연구도 지속되어야 할 것으로 판단된다. 또한 본 연구에서는, 먼저 연구된 선종별 선박 속도와 정박시간의 보편적인 평균 수치를 적용하였으나, 앞으로는 이러한 한계를 보완하기 위해, 실제 항만의 선박활동도를 조사·적용하여 보다 정량적인 배출물질 양을 산정하는 연구를 수행할 필요가 있다.
- 향후, 항만 근처에서의 선박 배출물질을 감소시키기 위해서는 선박의 속도를 규제하는 방안에 대해 적극적으로 고려할 필요가 있으며, 선박 배출물질에 의한 환경비용 및 운항비용과의 상호 연관성 등에 관한 연구도 지속되어야 할 것으로 판단된다. 또한 본 연구에서는, 먼저 연구된 선종별 선박 속도와 정박시간의 보편적인 평균 수치를 적용하였으나, 앞으로는 이러한 한계를 보완하기 위해, 실제 항만의 선박활동도를 조사·적용하여 보다 정량적인 배출물질 양을 산정하는 연구를 수행할 필요가 있다.
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