초록 ▼

□ 개발 목적 및 필요성
· 디젤엔진으로부터 배출되는 질소산화물(NO_x)은 연소실 조건이 고출력을 요구하는 고온 고압 하에서 가장 많이 발생(Thermal NO_x, 약 95%) 하며 미래규제 수준의 NO_x 규제치를 만족하는 기술로는 선택적 촉매 환원반응 (SCR; selective catalytic reduction) 시스템 기술이 가장 효과적인 것으로 알려져 있음.
· 배출가스의 유해물질 제거 성능을 높이기 위해서 후처리장치에 백금 등 귀금속 촉매를 첨가하기 때

□ 개발 목적 및 필요성
· 디젤엔진으로부터 배출되는 질소산화물(NO_x)은 연소실 조건이 고출력을 요구하는 고온 고압 하에서 가장 많이 발생(Thermal NO_x, 약 95%) 하며 미래규제 수준의 NO_x 규제치를 만족하는 기술로는 선택적 촉매 환원반응 (SCR; selective catalytic reduction) 시스템 기술이 가장 효과적인 것으로 알려져 있음.
· 배출가스의 유해물질 제거 성능을 높이기 위해서 후처리장치에 백금 등 귀금속 촉매를 첨가하기 때문에 저온 영역에서 NO_x가 N₂O로 전환되는 반응이 진행되어 후처리장치에서 추가로 N₂O가 발생할 수 있음.

□ 연구개발결과
· 실험용 디젤엔진의 배출가스 특성, 즉 CO, HC, NO, NO₂, NO_x에 대한 원시 배출가스, DOC, DPF의 배출가스 저감특성을 운전조건별로 조사하여 SCR 저감효율에 영향을 줄 수 있는 인자들에 대한 다양한 데이터를 확보하였음.
· 개발용 DOC에서 CO 및 HC의 산화과정에서 발생하는 N₂O가 다소 감소하는 것을 확인하였음.
· 엔진의 운전조건 및 urea 분사량에 따른 SCR촉매의 NO_x 저감특성 및 N₂O 발생 특성에 대한 실험을 통해 N₂O 생성 억제를 제어하기 위한 데이터를 확보하였음.
· 상업용 SCR촉매(zeolite)들에 대한 성능평가에서, N₂O 생성량은 300℃ 근처에서 NO_x 농도 대비 최대 14.9%~17.1%까지 N₂O가 생성되는 것으로 확인 되었음.
· 개발용 SCR촉매(zeolite) 시제품에 대한 성능평가에서, NO_x 저감효율은 280℃ 이상에서 약 85% 이상이었음. N₂O 생성량은 상용 SCR촉매에 비해 상당히 낮은 NO_x 농도 대비 최대 4.7%까지 억제되었음.
· Vanadia를 사용한 한 시제품은 400℃이하 구간에서 NO에 대해서 그리고 400℃ 이상 구간에서는 NO₂에 대한 우수한 저감효율을 보였고, N₂O 생성량은 전 구간에서 NO_x 농도 대비 최대 2%까지 억제되는 특성을 보였음.
· 우수한 NO_x 저감특성 및 N₂O 생성억제 특성을 보인 Zeolite 및 Vanadia 촉매를 선정하여 복합SCR 촉매시스템을 개발하였음. 기준 조건(300℃ ~ 400℃ 구간)에서 90% 이상의 NO_x 저감효율을 보였으며, N₂O/NO_x발생량은 평균 2.2%이었음(4 points 기준).

□ 성능사양 및 기술개발 수준
엔진으로부터 배출되는 N₂O를 낮은 농도 수준까지 정밀하게 측정할 수 있는 장비 및 시스템을 갖추었음. 디젤엔진에 배출되는 NO_x 저감효율을 경쟁제품과 유사한 수준으로 유지하면서, De-NO_x 반응시 발생되는 N₂O를 현저하게 낮출 수 있는 기술을 확보하였음.

□ 활용계획
본 연구를 통해 구축한 N₂O 평가시스템은 오프로드용 엔진뿐만 아니라 도로용 엔진실험을 토대로 한 N₂O 평가기술개발에 활용할 수 있을 것으로 판단되며, 배출가스 정화장치 개발에 있어서 non-CO₂ 온실가스 배출량이 적은 장치개발연구에도 활용할 수 있을 것으로 판단됨. 디젤엔진에서 배출되는 NO_x 저감기술 및 N₂O생성 억제기술을 통해 강화되고 있는 배기 규제에 선제 대응할수 있는 기술 개발에 기여함.

( 출처 : 요약서 3p )

Abstract ▼

Ⅳ. Results
(1) Phase 1 (1^st and 2^nd year)
- A system for evaluating the N₂O emissions from the diesel engine was constructed. The emission gas characteristics of each operating condition were investigated by selecting a reference engine (57kW class) for off-roa

Ⅳ. Results
(1) Phase 1 (1^st and 2^nd year)
- A system for evaluating the N₂O emissions from the diesel engine was constructed. The emission gas characteristics of each operating condition were investigated by selecting a reference engine (57kW class) for off-road. NRSC mode was selected to determine emissions characteristics of off-road engine, and emissions were calculated.
- Exhaust gas reduction devices applied to off-road engines, such as DOC, DPF and SCR prototypes, were investigated for emission characteristics and N₂O formation characteristics at various operating conditions.
- It was found that N₂O was further generated by the DOC catalyst in the low-temperature region (about 200℃), and the amount of N₂O was rapidly increased during the urea injection for the reduction of NO_x in the mid-temperature region (about 300℃)

(2) Phase 2 (3^rd and 4^th year)
- De-NOx system consisting of DOC, DPF and SCR catalysts was constructed in off-road diesel engine. For two types of DOC and DPF prototype, two types of commercial SCR catalysts, six types of SCR prototypes, and final commercialization model, the performance was evaluated. Exhaust gas emission characteristics of raw exhaust gas, DOC, and DPF at the engine exit were investigated at various operating conditions. Various data were obtained about factors that could affect the temperature condition and SCR reduction efficiency.
- It was confirmed that N₂O formed in the oxidation process of CO and HC was slightly reduced in the DOC prototype.
- Experimental data on NO_x reduction and N₂O formation characteristics of SCR catalysts according to engine operating conditions and urea injection amount have been obtained to control N₂O formation.
- In the performance evaluation for two commercial SCR catalysts (zeolite), N₂O production was up to 14.9% ~ 17.1% of NO_x concentration near 300℃.
- In the performance evaluation of the SCR catalyst(zeolite) prototype, NO_x reduction efficiency was more than 85% above 280℃. N₂O formation was suppressed up to 4.7% significantly lower compared to commercial SCR catalysts.
- One prototype using Vanadia showed excellent reduction efficiency for NO₂ at 400℃ or below and NO₂ at 400℃ or higher. N₂O formation was suppressed up to 2% over the entire range. However, NH3 slip occurred early.
- We have developed a hybrid SCR catalyst system by selecting zeolite and vanadia catalysts that exhibit excellent NO_x reduction characteristics and N₂O formation suppression properties. The NOx reduction efficiency was 90% or more in the reference condition (300℃ to 400℃ range), and the average amount of N₂O/NO_x emission was 2.2% (based on 4 points)

( 출처 : SUMMARY 10p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 요약서 ... 3
• 요약문 ... 5
• SUMMARY ... 9
• 목차 ... 12
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 13
• 1-1. 연구개발 목적 ... 13
• 1-2. 연구개발의 필요성 ... 13
• 1-3. 연구개발 범위 ... 15
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 16
• 2-1. 국외 기술개발 현황 ... 16
• 2-2. 국내 기술개발 현황 ... 22
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 25
• 3-1. 연구개발의 내용(범위) 및 최종목표 ... 25
• 3-2. 연구개발 결과 및 토의 ... 26
• 3-3. 연구개발 결과 요약 ... 69
• 4. 목표달성도 및 관련분야 기여도 ... 71
• 4-1. 목표달성도 ... 71
• 4-2. 관련분야 기여도 ... 71
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 72
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 72
• 7. 연구개발결과의 보안등급 ... 72
• 8. 국가과학기술종합정보시스템(NTIS)에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 73
• 9. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 73
• 10. 연구개발과제의 대표적 연구실적 ... 73
• 11. 기타사항 ... 73
• 12. 참고문헌 ... 74
• 끝페이지 ... 76