과학기술정보통신부 산하 한국기계연구원 에너지기계연구본부 에너지플랜트안전연구실 정경열 박사 연구팀은 선박용 2행정 디젤엔진4에서 배출되는 NOx를 촉매 반응을 통해 오염물질이 없는 질소와 수증기로 바꾸는 ‘SCR 시스템’을 개발했다고 8월 30일 밝혔다.
연구팀은 6년 동안 오염물질을 줄이기 위해 종합적인 시스템 기술 개발에 착수한 끝에 디젤엔진에서 배출되는 NOx를 질소와 수증기로 환원시키는 촉매 환원시스템을 개발하고 육상과 해상에서 성능을 검증받았다.
선박용 SCR 시스템은 촉매 반응기와 환원제 공급제어 시스템, 배기 가스관, 매연 저감 장치, 덕트 버너 등으로 이뤄진다. 선박의 추진력을 얻기 위해 쓰는 2행정 디젤엔진은 배기가스가 온도가 200∼300도 정도로 비교적 낮아 별도의 저온용 촉매가 필요하다. 또한 한정된 공간 내에 SCR 시스템을 설치하면서 배압의 증가를 최소화해야하기 때문에 최적의 설계가 필요하다.
연구팀은 배기가스 내 NOx를 환원시키는 요소수(NH3)의 공급량을 디젤엔진의 출력 변화에 따라 자동으로 제어하는 시스템을 만들었다. 또 저온에서도 빠른 반응이 일어날 수 있도록 요소수를 미세한 입자로 분사하여 배기가스 배출 속도와 반응하는 데 최적화 시켰다. 배기가스 관도 반응에 가장 적합하도록 설계했다.
이렇게 개발한 시스템을 1만마력급 선박에 탑재하여 육상 시험 한 결과 IMO의 Tier Ⅲ 규제를 만족하는 결과를 얻었다. 이후 국립해양수산연수원의 실습선 한반도호에 3800마력급 설계를 적용한 결과 바다 위에서도 규제를 만족시켜 신뢰성을 확보했다. 육상과 해상 시험을 두루 거친 만큼 실제 시장 진출에도 청신호가 켜진 셈이다.
특히 이번 성과는 SCR 시스템 기술 전체를 개발한 것으로 의미를 더한다. 촉매를 이용한 오염물질 저감 기술뿐 아니라 적용 대상 선박의 엔진 조건에 따라 맞춤형 SCR을 자동으로 설계하는 기술까지 확보했기 때문이다.
연구팀은 1만마력급과 3800마력급의 선박에 맞춤 설계를 적용하고 성능을 입증하면서 향후 다양한 규모의 선박에 적용될 수 있는 가능성도 높였다.
기계연 정경열 박사는 “엔진은 수천억 원대 선박 1척 가격의 10∼15%를 차지할 정도로 중요할 뿐 아니라 시장이 큰 기술 분야 중 하나”라며 “2행정 디젤엔진 배기가스 후처리 시스템 시장에서 이 기술을 활용하면 국내 시장의 선점은 물론 세계 시장 점유율을 확대해 가는 새로운 활로를 모색할 수 있을 것”이라고 말했다.