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배연탈질을 위한 저온 SCR 기술 도입에 따른 시나리오별 경제성 분석
A Study on the Economic Analysis of Low-Temperature SCR Technology for NOx Reduction by Scenarios 원문보기

에너지공학 = Journal of energy engineering, v.29 no.2, 2020년, pp.10 - 22  

홍성준 (한국에너지기술연구원 정책연구실) ,  이유아 (한국에너지기술연구원 정책연구실) ,  정순관 (한국에너지기술연구원 미세먼지연구단)

초록
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미세먼지 문제 해결에 대한 국민적 요구가 높아짐에 따라 정부에서는 강도 높은 미세먼지 관련 대책을 발표하고 있다. 그래서 최근에 미세먼지의 전구체 중에서 질소산화물을 제거하기 위한 배연탈질기술로서 선택적 촉매환원법(SCR)이 주목받고 있다. 본 연구에서는 미세먼지 관련 정부정책과 시장 및 기술개발 현황을 조사하고, SCR 기술이 산업체에 적용되는 경우를 Case별로 구분하여 시나리오별 경제성 분석을 실시하였다. 시나리오별 경제성 분석의 결과는 NPV로 산출하였으며, 탈질설비가 구축되어 있지 않은 기업(Case 1)이 일반 SCR 기술을 신규로 도입하는 경우(Scenario 1-1)와 저온 SCR 기술을 신규로 도입하는 경우(Scenario 1-2)를 분석하였다. 그리고 탈질설비가 이미 구축되어 있는 기업(Case 2)이 일반 SCR 기술을 그대로 사용하는 경우(Scenario 2-1)와 저온 SCR 기술로 대체하는 경우(Scenario 2-2)로 구분하여 분석하였으며, 모든 시나리오별 NPV 결과를 바탕으로 비교 분석을 실시하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

As the national demand for solving the fine dust problem has increased, the government has announced intensive measures to deal with fine dust. So recently, selective catalytic reduction(SCR) has attracted attention as a technology for removing nitrogen oxides from precursors of fine dust. In this s...

주제어

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 미세먼지 관련 정부정책과 시장 및 기술개발 현황을 조사하였다. 그리고 저온 SCR 기술이 산업체에 적용되는 경우를 Case별로 구분하여 기술도입에 따른 효과를 시나리오별로 경제성 분석을 실시하였다.
  • 본 연구에서는 최근 미세먼지 문제 해결에 대한 국민적 요구가 높아짐에 따라 정부에서 발표한 미세먼지 관련 대책과 시장 및 기술개발 현황을 조사하였다. 그리고 저온 SCR 기술이 산업체에 적용되는 상황을 가정하여 시나리오별 경제성 분석을 실시하였다.
  • 할인율은 미래의 비용 및 이익을 현재가치로 환산할 때 사용하는 환원율을 의미하는 것으로, 이는 사업과 관련된 위험을 정량화한 것이기 때문에 해당 기술의 사업위험을 분석한 결과가 할인율에 반영되어야 한다. 이에 본 연구에서는 SCR 기술 사용시 발생할 수 있는 잠재적인 위험을 정량화한 것으로 해당 사업이 갖는 기술위험, 시장위험 및 사업위험 등을 분석하여 경제성 산출 시 반영하였다. 할인율 적용 방법은 SCR 기술 적용이 가능한 산업 분류별 할인율의 평균치를 반영하였고, 이 때 산업 분류별로 배기가스 배출 점유율을 가중치로 고려하여 최종 할인율을 결정하였다.
  • 경제성 분석은 비용과 편익을 산출하여 경제적 타당성을 평가하는 방법론이다. 하지만 본 연구에서는 저온 SCR 기술이 산업체에 적용되는 다양한 여건을 가정하여 기술 자체의 도입 여부에 따른 경제성을 상대적으로 비교하는데 초점을 맞추었다. 경제성 분석은 분석 대상 선정, 기술의 경제적 수명 산정, 할인율 결정, 경제성 지표 산출, 경제성 비료의 순으로 진행하였다.

가설 설정

  • 연간 배기가스 승온비는 승온에 필요한 연료 및 전기비를 적용하였다. 그리고 Scenario 2-1의 이익으로 연간 배기가스 승온비 절감액은 발생하지 않는 것으로 가정하였다.
  • 본 연구에서는 저온 SCR 기술이 산업체에 적용되는 상황을 가정하여 경제성 분석을 실시하였다. 경제성 분석은 비용과 편익을 산출하여 경제적 타당성을 평가하는 방법론이다.
  • 비용 추정은 NOx 배출부과금에 따라 추정하였으며, Case 0에서의 이익은 발생하지 않는 것으로 가정하여 분석하였다. NOx 배출부과금의 기본부과금 및 초과부과금은 「대기환경보전법」 제35조 및 「대기환경보전법 시행령」 제24조 및 제28조를 참고하였으며, NOx 배출량은 환경부에서 제공하는 「대기오염물질 배출시설 및 굴뚝TMS 부착사업장 배출량 현황」(2018) 통계 자료를 활용하여 산정하였다[6].
  • Scenario 2-2의 이익은 일반 SCR 촉매 그대로 이용 시 연간 배기가스 승온비에서 저온 SCR 촉매 사용 후 연간 배기가스 승온비를 제외한 값으로 산출하였다. 여기서 저온 SCR 촉매 사용 후 연간 배기가스 승온비는 일반 SCR 촉매에 비해 70% 절감되는 것으로 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
미세먼지는 어떻게 구분되는가? 미세먼지는 발생원에서 입자 상태로 나오는 직접 배출과 화석연료 연소과정에서 배출되는 질소산화물 및 황산화물이 화학반응을 통해 미세먼지가 되는 간접 배출로 구분되는데, 간접 배출이 전체 배출량의 73%를 차지하고 있다[2].
초미세먼지은 무엇을 통해 생성되는가? 8㎍/㎥, 런던 11㎍/㎥) 대비 2배 이상 높은 것으로 조사되었다. 초미세먼지는 암모니아, 오존, OH라디컬 등이 NOx 및 SOx 등과 반응하여 생성되며, 생성 메커니즘은 다음과 같다.
탈질설비 중 선택적 촉매환원법이 연소 후 처리방법에서 대부분 차지하고 있는 이유는 무엇인가? 이러한 질소산화물(NOx)을 제거하기 위한 대표적인 배연탈질기술은 암모니아를 환원제로 사용하여 질소산화물을 촉매 상에서 무해한 질소와 수분으로 전환하는 선택적 촉매환원법(SCR, Selective Catalytic Reduction)이 가장 주목받고 있다. 탈질설비는 연료 및 공기 중에 포함된 질소(N) 성분이 연소조건에서 발생하는 질소산화물(NOx)을 제거하는 설비이며, 질소산화물 제거방법 중 연소조건 개선방법은 저감 효율에 기술적 한계가 있기 때문에 연소 후 별도의 처리설비가 요구된다. 그래서 현재 연소 후 처리방법으로 선택적 촉매환원법이 가장 신뢰도가 높고 질소산화물 제거설비 시장의 대부분을 차지하고 있다.
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참고문헌 (14)

  1. 관계부처 합동, 2019, 미세먼지 관리 종합계획(2020-2024) 

  2. 관계부처 합동, 2018, 비상.상시 미세먼지 관리강화대책 

  3. 관계부처 합동, 2017, 미세먼지 관리 종합대책 

  4. 대기환경보전법 법률 제16306호, 2019. 4. 2. 일부개정, 2020. 4. 3. 시행 

  5. 2018년도 가격변동지수 및 2019년도 부과금(과징금)산정지수 환경부고시 제2018-222호, 2018. 12. 24. 발령, 2019. 1. 1. 시행 

  6. 대기환경보전법 시행령 대통령령 제30589호, 2020. 3. 31. 일부개정, 2020. 4. 3 시행 

  7. Selective Catalytic Reduction Catalyst(SCR Catalyst) Market 2019 With Top Countries Data, Market Watch 2019 

  8. Kwang Hee Park, Seung Han You, Young Ok Park, Sang Wung Kim, Wang Seog Cha, 2011, NOx Conversion of Mn-Cu Catalyst at the Low Temperature Condition, Journal of the Korea Academia-Industrial Cooperation Society, Vol. 12, No. 9, pp. 4250-4256 

  9. Quan Xu, Wenjing Yang, Shitong Cui, Jason Street, Yan Luo, 2018, Sulfur resistance of Ce-Mn/ $TiO_2$ catalysts for low-temperature $NH_3$ -SCR, https://doi.org/10.1098/rsos.171846 

  10. 한국전력기술 홈페이지 https://www.kepco-enc.com/portal/contents.do?key1288 

  11. 생산기술연구원 홈페이지 https://www.kitech.re.kr/webzine/view.php?idx290&m03 

  12. HSD엔진 홈페이지 http://www.hsdengine.com/ 

  13. Jongtaik Lee, Hyunwoo Park, 2018, Study for charge of economic life of technology(TCT, technology cycle time), Korea Technology Innovation Society, pp. 496-505 

  14. 산업통상자원부, 2017, 기술가치평가 실무가이드 

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