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도현 국
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이보람 김민 ( 재 ) 한국조선해양기자재연구원대기환경팀 Identify the Quality Characteristic of Low Sulphur Fuel Oil to Implement IMO Regulation on SOx Boram Lee and Min Kim Atmospheric Environment Team, Korea Marine

1 이보람 김민 ( 재 ) 한국조선해양기자재연구원대기환경팀 Identify the Quality Characteristic of Low Sulphur Fuel Oil to Implement IMO Regulation on SOx Boram Lee and Min Kim Atmospheric Environment Team, Korea Marine Equipment Research Institute, 435, Haeyang-ro, Yeongdo-gu, Busan 49111, Republic of Korea Abstract: 2020 년 1 월 1 일부터이행되는연료유의황함유량규제에따른대응현황을보면, 약 60% 이상의선사들이저유황유사용을고려하고있다. 이처럼높은저유황유선택에따라저유황유의안정적인공급에대한사전검토및대비책을통한구체적인방안이요구되고있으며, 저유황유의품질보증이무엇보다도중요한사안이라판단된다. 저유황유의품질에따라예상되는문제점을미리파악하고이에대한적절한대응방안을수립하여선박기관운영에차질이없도록대비하여야한다. 그래서선박에공급되는저유황유의품질특성시고려사항을전달하고자한다. Keywords: low sulphur fuel oil (LSFO), fuel quality, IMO, MARPOL 1. 서론 1) 국제해사기구 (international marine organization, IMO) 해양환경보호위원회 (marine environment protection commeittee, MEPC) 는제58차회의에서결의안 MEPC.176 (58) 에의해황산화물 (sulfur oxides, SOx) 의배출한계를대폭강화하는개정된국제해양오염방지협약 (international convention for the prevention of pollution from ships, 이하 MARPOL) 부속서 VI ( 선박에서발생하는대기오염물질방지 ) 를채택했다 [1]. 그리고제70차 MEPC 회의에서결의안 MEPC.280 (70) 을채택하여 MARPOL 부속서 VI 의규정 , 연료유기준의시행을 2020년 1월 1일 부터연료유는배출제한구역 (emission control area, ECA) 를제외한모든구역에서 0.50% m/m 미만의황함유량을준수해야한다 (ECA는 0.10% m/m 미만의황함유량 저자 ( brlee@komeri.re.kr) * 출처 : RES. MEPC., 176(58) (2008). Figure 1. Applicable sulphur limits. 을준수하고있다 )[2]. IMO에서는선박에서배출되는대기오염물질을보다강력하게규제하기위해서배출규제해역인 ECA (emission control area) 와 ECA를제외한 Global 해역으로나누어관리하고있다. MARPOL 부속서 VI에마련된 ECA 신청절차와기준등에따라희망하는국가들은 ECA를신청할수있으며, KIC News, Volume 22, No. 5,

* 출처 : The Shipowners P&I Club (2015). Figure 2. Emission control area (ECA). ECA로지정된해역내에서는선박에배출되는대기오염물질에대한배출기준을다른해역보다높은단계로설정하고있고이에대한단속과처벌은 ECA를관리하는국가에서수행하고있다.

2 * 출처 : The Shipowners P&I Club (2015). Figure 2. Emission control area (ECA). ECA로지정된해역내에서는선박에배출되는대기오염물질에대한배출기준을다른해역보다높은단계로설정하고있고이에대한단속과처벌은 ECA를관리하는국가에서수행하고있다. 이런 ECA를운항하는선박은연료유교환절차서 (fuel oil changeover procedure) 뿐만아니라저유황유의전환과정 ( 전환작동완료, 선박의위치, 날짜, 시간, 용량등 ) 이기록된로그북을선박에비치해야한다. 저유황유의전환대신고유황유를사용하려면, 연료유의황함유량을저감시키기위한장치인배기가스세정장치 (emission gas cleaning system, EGCS) 를설치해야하는데, 이장치는황산화물배출기준준수증서 (SOx emissions compliance certificate, SECC) 를받은것이어야한다 [3]. 이러한연료유의황함유량규제에대응하기위해서는황함유량 0.50% m/m 미만의연료유를사용하는방법, 대체연료를사용하는방법, EGCS를사용하는방법등의방안이있다. 황함유량이낮은저유황유를사용하면추가적인설비가요구되지않아일반해역의연료유황함유량규제를만족시키기위한가장간단한방법으로간주되고있다. 이미 ECA에서저유황유를사용하고있으나, 저유황유의가격이고유황유보다 40~80% 비싸기때문에물류비상승으로이어질우려가있다. 또 한정유사별제조방법에따라황함유량이다르므로연료혼합 (blended) 시지역별, 항만별제품품질의일관성이보장되지않아사용상의주의가요구된다. 또한, 저유황유를사용할경우낮은점도로인한고착현상이발생할우려가있어일정이상의점도를유지해야한다. 황산화물을전혀배출하지않는액화천연가스 (liquefied natural gas, LNG) 연료를사용하는방법으로선박의엔진을그에맞게설치하거나개조하는방법이있다. 하지만 LNG 연료를엔진에안전하게공급하기위해서는 LNG 연료저장탱크, 연료공급설비등을추가로설치해야하며, LNG 연료저장탱크면적이기존대비 2배이상필요로하여화물적재용량의감축이필요하다. 그리고 LNG 벙커링설비가유럽위주로구축되어있어저렴한 LNG 연료를쉽게수급하는데어려움이있다. 선박의배기가스배출관에 EGCS를설치하여최종배출되는황산화물의양을감소시키는방법이있다. 이는고가의저유황유를사용하지않아도되며, 폐기관의개조를통해기존선박에서도적용가능한장점이있으나, 설비배압의증가로엔진성능저하및연료소모량증가로이어질우려가있으며, 추가적인화학물질, 폐기물처리및모니터링을필요로한다. 42 공업화학전망, 제 22 권제 5 호, 2019

3 Table 1. Fuel Classification of ISO 8217 Distillate marine fuels Category ISO-F- DMX DMA DFA DMZ DFZ DMB DFB Residual marine fuels Category ISO-F- RMA RMB RMD RME RMG RMK 각대응방안에는장 / 단점이있으나, IMO 황산화물규제의본질은선박연료유에대한황함유량의제한이므로, 가장부합되는방안은황함유량 0.50% m/m 미만의저유황유를사용하는것이다. 이미 ECA에서저유황유를사용하고있어비교적검증된방안이지만, 연료유품질에대한논의와관심이증대되는만큼연료유품질현황, 저품질연료에기인하는선박기관운영의문제와 IMO 황함유량규제에기반을둔현실적인선박기관운영방안들에대한대책에미진한상태이다. 고유황유만사용한기존선박에저유황유를주연료로사용하게되면연료공급펌프, 피스톤링과라이너의마모, 실린더마찰, 스크래핑의위험등심각한기술적문제가발생한다 [4]. 황함유량 0.10% m/m 미만을요구하는 ECA에서의연료유전환을통해얻은경험과교훈으로 0.50% m/m 미만의황함유량을제한하는연료유를사용해야하는현재선박기관운영에관한우려를해결해야한다. 그리고연료품질과관련된사고의심각성을고려할때, 잠재적위험과관련된완화조치를확인하여모든관련당사자들의인식을높이는것또한중요하다. 0.50% m/m 미만황함유량규제이행을위해선박기관운영의요구사항을고려하여새로운연료의품질을확인해야한다. 2. 저유황유품질특성연료구성은주로석유자원에서추출한탄화수소가주성분이며, 연료특성또는성능의일부측면을개선하기위해첨가제를포함할수있다. 연 료에는무기산을포함해서는안되며, 인체에유해한농도이거나선박의안전을위협하거나기계의성능에악영향을미치는물질이없어야한다 [5,6]. IMO의환경규제가강화됨에따라국제적으로선박용연료분야에도황함유량이낮은바이오연료의도입이검토되었고, 그결과 ISO 8217이 2017 년에개정되어일부유종의바이오연료혼합을허용하였다 [6]. 국제규격에따라선박용연료를크게선박용증류연료 (distillate marine fuels, DM) 등급 7종류와선박용잔사유 (residual marine fuels, RM) 등급 11종류로분류하고있다 (Table 1). 선박용연료들은 MARPOL 부속서 VI에의해 ISO 8217에서요구하는시험방법및인용표준에따라품질검사가이루어져야한다. 하지만선박에공급되는저유황유는 ISO 8217에모두만족하는것은아니므로, 선박에서연료유사용시발생할수있는모든부분에대해고려해야한다 [7,8]. 저유황유사용시고려해야할사항은다음과같다. 2.1 점도 (viscosity) 연료펌프는최소점도와연료마모성능에대해설계되어있으며, 펌프내연료의점도가너무낮으면펌프의유체역학적윤활이불충분하여마모와스크래핑이발생할수있다 [8,9]. 점도가 2 mm 2 /s 미만인연료를사용하면연료펌프내에서내부누출이발생할수있어, 낮은점도의연료는엔진의설계량만큼공급되지못할수있기때문에엔진의작동한계를제공하지못할수있다. 점도가낮은선박용연료를사용할경우제조업체가지정한최소연료분사점도를유지할수있도록연 KIC News, Volume 22, No. 5,

르게변화하면연료펌프가고착될수있기때문에연료유의온도변화율을 2 /mim 미만으로유지하는것이중요하다. 그리고연료유전환시점도계의기능을확인하고, 점도계가없는경우연료시스템에설치할것을권고한다 [10]. * 출처 : MAN Energy Solution (2019). Figure 3.

4 르게변화하면연료펌프가고착될수있기때문에연료유의온도변화율을 2 /mim 미만으로유지하는것이중요하다. 그리고연료유전환시점도계의기능을확인하고, 점도계가없는경우연료시스템에설치할것을권고한다 [10]. * 출처 : MAN Energy Solution (2019). Figure 3. Temperature-viscosity relationship for fuels with different viscosity at engine inlet. 료유공급라인에냉각기를설치하는것이좋다 [9,10]. 점도가높은선박용잔사유의경우엔진과보일러에서의사용에적합한점도를맞추기위해전처리및가열해서사용하는것이일반적이다. 그래서점도가낮은선박용증류연료전용장치및기계에점도가높은선박용잔사유의사용이어려울수있다. 따뜻한고점도연료가차가운저점도연료로흐를때, 또는반대로흐른다면, 연료간의온도변화가생길것이고그러면물질의매개변수가변할수있다. 그래서기존선박용잔사유에서새로운연료유로전환하거나그반대로전환될때비호환성및슬러지의발생위험을최소화하기위해선박용잔사유와새로운연료유모두완전히분리된연료장치를권장하고있다 [4]. 또한새로운연료유를저장하기위해선박용잔사유저장탱크를사용할경우, 기존탱크에축적된슬러지가연료계통에들어가지않도록사용한저장탱크를청소하는것이좋다. 저점도인선박용증류연료에서고점도인선박용잔사유로연료의점도가다양할수있으므로고압연료펌프는이러한다양한점성으로작동할수있어야한다. 펌프가충분히고압을축적할수있는지확인하기위해매우낮은점도의연료로시험하는것을권고한다. 점도가다른연료배치사이에서연료유를전환할때, 연료유의온도가빠 2.2 저온유동특성 (cold flow property) 저온유동특성은다음 3가지성질로확인할수있다 : 운점 (clound point, CP): 지정된조건하에서냉각될때투명액체에서왁스결정이처음나타나는온도 [11] 를말하며, DMA와같은투명한연료로만측정할수있으며, 항상유동점보다높다. 저온필터막힘점 (cold filter plugging point, CFPP): 표준화된조건에서냉각될때특정시간동안특정양의연료가표준화된 45 µm 여과장치를통과하지못하는최고온도 [12]. 유동점 (pour point, PP): 지정된표준조건에서냉각될때연료가흐를수있는최저온도 [13]. 유동점의한계를확인하여선박용연료유의저온유동특성을제한할수있으나, 왁스결정화 (crystallization) 가유동점이상의온도에서생길수있는점을고려할때, 형성된왁스결정이필터를차단할수있다. 비록유동점의한계를만족하는연료유라도운점과유동점사이의온도범위에서저온필터막힘이발생할수있어저온유동작동에어려움을격을수있다. 연료유마다서로다른저온유동특성을가질수있으며, 유동점에만의존하는것으로는선박기관운영의문제점을해결해주지않는다 [6]. 연료의유동점은매우다양하며경우에따라 ISO 8217에명시된선박용증류연료및선박용잔사유범주의한계를초과하는경우도있다. 저온유동특성이하의온도에연료유를노출시키면, 연료탱크, 연료라인, 원심분리기및필터에서결정화된왁스의침전으로인해문제가발생할수있다 [14]. 그래서선박용증류연료시스템에서는왁스결정의형성을최소화하고너무낮은점도의위험을줄이기위해 30~40 의온도를유 44 공업화학전망, 제 22 권제 5 호, 2019

한다 [15]. 그래서특정연료유의유동특성 ( 유동점, 운점, 저온필터막힘점 ) 을파악하여선박의연료설비설계, 의도된항해, 탱크와필터의난방기능등을고려하여선박운영에적합함을확인해야한다 [16]. * 출처 : CIMAC Guideline (2015). Figure 4. Filter blocked due to wax deposit.

5 한다 [15]. 그래서특정연료유의유동특성 ( 유동점, 운점, 저온필터막힘점 ) 을파악하여선박의연료설비설계, 의도된항해, 탱크와필터의난방기능등을고려하여선박운영에적합함을확인해야한다 [16]. * 출처 : CIMAC Guideline (2015). Figure 4. Filter blocked due to wax deposit. 지하는것이좋으며, 온도가너무높으면점성이너무낮아질가능성이높아진다 [10]. 선박용잔사유경우탱크및배관등연료시스템의온도가연료유의주입점보다최소 10 이상높아야하며, 연료유의온도가운점아래로내려가면필터및기타장비를차단할수있는왁스침전물이형성될수있고, 연료유의온도가유동점아래로내려가면연료유는흐를수없다. 이를위해열분포가적절해야하고탱크와시스템의연료재순환이양호해야한다. 연료의저온유동특성은파라핀함유량과밀접하게연관되어있다 [14]. 파라핀은일반적으로 20~ 40개의탄소원자사이의결합이단일결합으로만이루어진사슬모양의포화탄화수소인알칸 ( 알케인 ) 으로도알려져있다. 파라핀은석유제품에서원유구성및정제과정에따라다양한양으로존재한다. 엔진에좋은연소특성을가지고있어엔진에서잘연소되지만, 만약연료유의온도가떨어지면파라핀결정이생기거나저장탱크에침전되어필터막힘및기계설비로의연료유량이감소 2.3 안정성 (stability) 선박용연료유는일반적으로다른특성을가진탄화수소분율들의혼합물이며, 중요한연료유혼합분율은파라핀, 나프텐, 방향족분자와아스팔텐이다. 그들은뭉치는경향이있고현탁액상태가유지되지않으면결국침전하게된다 [10]. 연료유가현탁액상태에서아스팔텐을유지하고아스팔텐의응집을방지하는것을안정성이라한다. 아스팔텐은끈적끈적한분자로, 현탁액상태가유지되지않으면응집되어결국침전된다. 연료유분율혼합중방향족분자는아스팔텐을현탁액상태로유지하는데도움을줄수있는반면, 파라핀은아스팔텐을지탱할수없다. 연료유가불안정 (unstability) 해지면필터와분리기내부에아스팔텐이침전되어슬러지가형성된다. 일단화학적으로연료유가분해되면다시되돌릴수없으며, 침전된아스팔텐은다시용해상태로되돌릴수없다 [15]. 일반적으로선박연료시스템과엔진고압연료분사시스템에서연료유는안정적이여야한다. 그래서연료유를공급할때안정적이고균질해야하며, 이를보장하는것이연료혼합기와공급자의책임이다. 가능하다면, 연료유의안정성을확인한후벙커링하는것이좋다. 특정등급의연료유의안정성은시험실에서침전물잠재력을측정하여확인할수있다. 2.4 호환성 (compatibility) 호환성은서로다른연료유와혼합했을때연료유가얼마나안정 (stability) 되어있는지, 혼합물이슬러지와같은침전물을형성하는경향을나타내는척도이다 [10]. 각각의개별연료유는안정적인제품으로공급되어야하므로, 사전시험을통해연 KIC News, Volume 22, No. 5,

Heavy sludging and block separators as a result of either unstable fuel or incompatibility between two fuels. 료유간의호환성을확인해야한다. 일반적으로유사한밀도를가진동일한점성등급의연료는호환될가능성이있다.

6 환절차를미리수립해야하며, 표준절차에따라벙커링을대비해야하고연료유공급업체와긴밀하게협력하여호환되는연료유를구입해야한다 [17]. 그리고선박운영자또는연료유공급자가연료유를올바르게취급하지않을경우안정성및호환성위험이증가할수있다. 선박운영자와연료유공급자는연료유에대한사양을확인해야하고, 이러한정보는선내에서연료유를안전하게보관, 취급, 효과적인처리및사용을할수있도록설정된연료장치에필요한조정을수행하는데도움이된다. 그리고연료유간의호환성을결정하는방법을지속적으로평가할것을권장한다 [18]. * 출처 : MAN Energy Solution (2019). Figure 5. Heavy sludging and block separators as a result of either unstable fuel or incompatibility between two fuels. 료유간의호환성을확인해야한다. 일반적으로유사한밀도를가진동일한점성등급의연료는호환될가능성이있다. 그러나안정적이고 ISO 8217 을준수하는연료라하더라도비호환성 (incompatibility) 의연료를혼합할경우아스팔텐의침전으로필터와분리기내부에슬러지형성이증가할수있다. 일반적으로연료유의호환성문제를방지하려면시험을통해연료유사이의호환성이알려질때까지연료유의혼합을피하는것이다. 그러나선내에서다른연료유로전환할때연료시스템에서혼합이있을수있다. 연료유저장탱크에서의혼합을피할수없는경우, 최대한서로다른공급원에서공급된연료유를혼합하지않도록하고, 연료유를구매할때점도와밀도가비슷한연료를선택하거나, 저유황유와선박용증류연료혼합을방지하는등비호환성을최소화해야한다. 이러한위험을최소화하기위해선박운영자는연료유전 2.5 촉매미분 (catalytic fines, cat fines) 촉매미분은복잡한탄화수소를단순한분자로분해하는촉매제가사용되는중질유촉매분열공정 (fluidized catalytic cracking, FCC) 에서비롯된다 [19]. 촉매는화학반응의진행을돕는물질로촉매공정을통해재활용된다. FCC 내에서큰촉매입자는작은입자로분리되며, 작고밀도가높고강하고단단한입자가남아촉매미분이된다. FCC 공정에서사용되는촉매미분은전형적으로알루미늄과규소의조합이며매우단단하고연마성이있는입자로엔진에심한마모를일으킬수있다. 이러한작은입자는재활용과정을벗어나일부는 FCC 장치에서생성되는슬러리오일에이를수있다. 슬러리오일은 15 에서약 1,000 kg/m 3 의고밀도와 50 에서약 30~60 mm 2 /s의다소낮은점도를가진높은방향성의낮은황함유량부산물이다. 이것의가장일반적인용도는중유와블랙카본생산을위한공급원료의혼합재료로사용되며, 높은방향성과함께상대적으로낮은황함유량때문에선박용잔사유와초저유황유 (ultra low sulphur fuel oil, ULSFO) 의일부새로운유형의 ULSFO에이상적인혼합성분으로사용된다 [19]. 연료유내촉매미분의양은시험을통해분석되어야하며연료유내상당히많은양의촉매미분이있는것으로확인될경우가능한한빨리폐기할것을권장한다 [8]. 선박용연료유의촉매미분 46 공업화학전망, 제 22 권제 5 호, 2019

2.7 산값 (acid number) 연료유에는무기산이없어야하며 [6], 산값이높은연료유는연료분사장비를포함한연소장치의대양한부분에가속적인손상을일으킬수있다. 산값은시험실에서분석될수있으며, 벙커링된연료유가상당히높은산값을가진것으로확인될경우가능한한빨리폐기할것을권장한다. 만약연료를소비해야하는상황이라면장비의부식가속및고장가능성에세심한주의를기울여야한다 [8].

7 2.7 산값 (acid number) 연료유에는무기산이없어야하며 [6], 산값이높은연료유는연료분사장비를포함한연소장치의대양한부분에가속적인손상을일으킬수있다. 산값은시험실에서분석될수있으며, 벙커링된연료유가상당히높은산값을가진것으로확인될경우가능한한빨리폐기할것을권장한다. 만약연료를소비해야하는상황이라면장비의부식가속및고장가능성에세심한주의를기울여야한다 [8]. * 출처 : MAN Diesel & Turbo (2017). Figure 6. Replica print showing cat fines (examples at arrows) embedded in the soft graphite lamella in a cylinder line surface. 은알루미늄 (AI) 와실리콘 (Si) 를기준으로측정하며, 일반적으로허용가능한촉매미분의한도는엔진제조업체의권고에따라 7~15 mg/kg이다. 과도한양의촉매미분이엔진에유입될경우연료펌프및연료분사밸브와같은민감한엔진구성요소와실린더라이너및피스톤링에상당한손실을줄수있다 [20]. 0.50% m/m 미만의황함유량을만족하는연료유라도촉매미분을제한하기위해서는효율적인연료유의전처리가중요하다. 연료유저장, 침전, 및서비스탱크를충분히높은온도로유지하고, 엔진작동중에연료압력이급격히감소하지않도록연료유필터 ( 특히자동세척필터 ) 의작동을주의깊게관찰해야한다 [8]. 2.6 인화점 (flash point) ISO 8217에제시된 DMX 등급을제외한모든연료의인화점은국제해상안전협약 (international convention for safety of life at sea, SOLAS) 에따라최소 60 로설정된다 [21]. 인화점이낮은연료는화재및폭발위험이커진다는것을의미한다. 따라서선박에공급되는연료의인화점을제대로검증해야하며, 가능한경우벙커링작업전에인화점을확인하는것이좋다. 2.8 점화및연소특성 (ignition and combustion characteristic) 선박용잔사유의점화특성은 ISO 8217에설명된계산된탄소방향족지수 (calculated carbon aromaticity index, CCAI) 로결정된다. CCAI는점화지연을연장할수있는비특성밀도-점성관계를가진잔사유를피하기위한점화성능을나타낸다 [22]. 점화지연이란, 연료주입부터연소가시작되는시점까지경과되는시간을말한다. 점화지연이길면연소실에서연소되지않은연료가쌓이며, 점화시급속하게연소되어급격한압력상승이발생하여디젤노크, 불규칙한작동, 엔진손상등이발생한다 [22]. 디젤엔진의선박용잔사유의점화및연소특성은특정유형, 설계, 작동및엔진상태, 부하상태및연료유의화학적특성에따라달라진다. 점화품질이특히중요한엔진의경우, 잔사유의점화품질특성을고려해야한다. ISO 8217에따라 CCAI를검증해야하며, 최대 CCAI 값이항상점화불량으로나타는것은아니다. 허용가능한 CCAI 값이지만사용중문제또는엔진손상을일으킬수있다. 2.9 윤활유 (lubricating oil) 일반적으로연료유에포함된황 (sulphur) 은연소과정중에이산화황 (SO 2 ) 을형성하며이중일부는삼산화황 (SO 3 ) 을형성한다. 이는공기중의물과반응하여황산 (H 2 SO 4 ) 을생성한다 : KIC News, Volume 22, No. 5,

8 S + O 2 SO 2 ( 이산화황 ) SO O 2 SO 3 ( 삼산화황 ) SO 3 + H 2 O H 2 SO 4 ( 황산 ) 생성된황산은실린더라이너, 피스톤링등의부식을유발하므로, 탄산칼슘 (CaCO 3 ) 이포함된윤활유를이용하여황산을중화한다 : H 2 SO 4 + CaCO 3 CaSO 4 + H 2 O + CO 2 황산이중화되지않으면다음과같은반응에따라철의부식이발생한다 : Fe + H 2 SO 4 FeSO 4 + H 2 BN (base number) 는산을중화시키기위한실린더윤활유의능력을측정하는것이며, BN이높을수록더많은산을중화시킬수있다 [4]. 황함량이적은저유황유사용시황산이거의형성되지않으므로, 윤활유의알칼리성분이중화되지않아엔진손상을야기하는화합물을형성할수있다. 피스톤과실린더라이너사이의오일막에영향을미칠수있는피스톤크라운위치에침전물이형성되어마찰, 발작, 및스크래핑의위험이증가한다. 피스톤링뒤에서도침전물이형성되면링이더이상움직일수없기때문에링과라이너마모를유발한다. 저유황유에서작동할수있도록낮은알칼리성또는 BN을가진새로운실린더윤활유를사용해야한다. 저유황유로첫번째작동기간후엔진의실제실린더상태를평가하고그에따라작동해야하며, 과도한피스톤크라운침전물이형성되는것으로보이는경우윤활유공급속도를낮추거나낮은 BN 실린더윤활유로교체하는것이좋다 [4] 지방산메틸에스테르 (fatty acid methyl esters, FAME) 글리세라이드분획을제거하여지방산메틸에스테르 [fatty acid methyl esters, FAME; 바이오디 젤 (biodiesel) 이라고도함 ] 를생성하는에스테르교환공정의생성물이다. FAME 는점화및윤활특성이우수하며, ISO 8217:2017에서 FAME의함유량을최대 7% 까지허용하는 DF (distillate FAME) 등급 3종류 (DFA, DFZ, DFB) 를도입하였다 [6]. FAME를포함하는연료를사용하기전에탱크, 배관, 장비및구성품의작동성능측면에서연료와일치하는지확인해야한다. 구리 (Cu), 납 (Pb), 주석 (Sn), 및아연 (Zn) 과같은재료로만들어진장비및부품과접촉하면 FAME를산화시켜침전물을만들수있다. 그리고연료내수분함유량과산값도중요한매개변수이다. 연료내수분이많으면미생물이번식하게되며, FAME 분자가분해되어연료시스템의부식을일으킬수있는유기산을형성한다. 그래서최대한연료내수분함유량을줄이는것이좋으며산값을측정하는것이중요하다 [10]. 바이오디젤은경유보다운점및유동점이높아동절기에저온유동성이좋지않아연료부족, 연료라인및필터막힘등엔진문제가발생할수있다. 3. 결론 2020년 1월 1일부터연료유의황함유량이 0.50% m/m을초과하지않아야한다. 즉, 선박엔진은최대 0.50% m/m 황함유량연료를연소해야하며, 공급된연료는최대 0.50% m/m 황함유량연료를사용해야한다. 선주는 2020년 0.50% m/m 미만의황함유량연료에대한선박운영을계획할때, 규제준수를위해계획을세우는것이중요하다. 이러한작업은가능한빨리 2019년에완료되어야하며, 0.50% m/m 미만의황함유량을만족하는저유황유로선박의연료유전환은 2020년 1월 1일까지완료되어야한다. IMO는회람문서 MEPC.1/Circ.878 Guidance on the development of a ship implementation plan for the consistent implementation of the 0.50 % sulphur limit under MARPOL Annex VI 을발표하여 2020년까지의계획프로세스를권장하고있다 [17]. 48 공업화학전망, 제 22 권제 5 호, 2019

9 IMO 황산화물규제시행이후항만국통제 (post state control, PSC) 담당자가선박의연료유계통에서직접시료를채취하여연료유의황함유량한계치가 0.50% m/m 미만을준수하는지검증하는사례가증가할것으로예상된다. 이러한시료채취는 MARPOL 부속서 VI 규정 에따라벙커링중채취하여선내에보관하는법정 MARPOL 시료와는별개이다. 0.50% m/m 미만의황함유량의연료유를준비하고 IMO 황산화물규제를이행하기위해잠재적인연료유관련문제를평가해야하고이들의해결이요구된다. 선박용연료유를구입하는경우관련당사자는최소 3명이며, 이들각당사자는서로다른책임을가지고있으며, 절차를잘갖추기위해서는각자의역할을다해야한다 : 연료공급자 : 다른연료와혼합되지않는다고가정했을때, 공급지점에서엔진입구까지연료가안정적이고균질할수있도록공급해야한다. 그리고공급연료가 ISO 8217, 조항 5의요구사항을준수하는지확인하기위해적절한품질보증및변경절차관리를수행하는것이중요하다. 연료구매자와합의된규격에부합하는연료유를공급할책임이있다 [23]. 연료구매자 : 연료시스템및엔진과같은연료특성과선박의기술적능력과의도된작동영역을고려하여주문된연료유가서로일치하는지확인해야한다. 그리고공급될연료유를정확하게지정할책임이있다 [23]. 그리고연료유공급자에게연료유의품질을보장하기위한검증시험을요청하는것이좋다. 연료사용자 : 연료유의특성과선박의기술적능력이서로일치하는지알아야한다. 최적의엔진성능을위해탱크관리, 연료세척및취급절차를수행해야한다. 사용자는공급자와협의하여주문한연료유에대한특별한요구사항을수립해야하고, 연료사양품질증명서 (certificate of quality, COQ) 를공급자에게요청하여, 여기에수록된정보를통해연료유의호환성문제와장비및연료유관리장치를조정할필요가있는 지에대한여부를포함한상세한기술분석을수행해야한다 [24]. 다양하고새로운종류의저유황유가시장에출시될것이며, 연료유품질은지역마다훨씬더달라질것이다. 앞서언급했듯이저점도인선박용증류에서고점도인선박용잔사유사이에차이가생기며, 밀도도달라지며, 연료유가자유롭게흐르도록충분히온도를유지되는지등연료유의중요한매개변수가달라질수있다. 이러한상황을인식하고선박및연료유공급과관련하여많은준비가필요하다. References 1. Resolution MEPC.176 (58), Amendment to the annex of the protocol of 1997 to amend the international conventions for the prevention of pollution from ships, 1973, as modified by the protocol of 1978 relating thereto (Revised MARPOL Annex VI) (2008). 2. Resolution MEPC.280 (70), Effective date of implemetation of the fuel oil standard in regulation of MARPOL Annex VI (2016). 3. 이언경, 황산화물, 질소산화물배츌규제가해운에미치는영향및대책, 한국해양수산개발원 (2011). 4. CIMAC, WG7 Fuels, Guideline for the operation of marine engines on low sulphur diesel (2013). 5. CIMAC, Recommendations regarding fuel quality for diesel engines, Number 21 (2003). 6. ISO 8217, Petroleum products - Fuels (Class F) - Specifications of marine fuels (2017). 7. CIMAC, Recommendations conerning the design of heavy fuel treatment plants for diesel engines (Supersedes CIMAC Recommendation No. 9), Number 25 (2006). 8. ICS, Provisional guidance to shipping companies and crews on preparing for compliance KIC News, Volume 22, No. 5,

with the 2020 Global Sulphur Cap for ships fuel oil in accordance with MARPOL Annex VI (2019). 9. IACS, Recommendation for petroleum fuel treatment system for marine disel engines, Number 151 (2017).

IP 309, Deesel and domestic heating fuels - Determination of cold filter plugging point (2016). 13. ISO 3016, Pertroleum products - Determination of pour point (1994). 14.

10 with the 2020 Global Sulphur Cap for ships fuel oil in accordance with MARPOL Annex VI (2019). 9. IACS, Recommendation for petroleum fuel treatment system for marine disel engines, Number 151 (2017). 10. MAN Energy Solutions, Detailed information on preparation and operation on fuels with maximum 0.50% sulphur (2019). 11. ISO 3015, Petroleum products - Determination of cloud point (1992). 12. IP 309, Deesel and domestic heating fuels - Determination of cold filter plugging point (2016). 13. ISO 3016, Pertroleum products - Determination of pour point (1994). 14. CIMAC, WG7 Fuels, Guideline cold flow properties of marine fuel oils (2015). 15. Bureau Veritas, Guidelines for the use of low sulphur fuel oils (IMO 2020 compliance) (2019). 16. MSC 101/8, IACS, Method of work for evaluation the need for further measures to enhance the safety of ships relating to the use of fuel oil (2019). 17. MEPC 1.Circ.878, Secretariat, Guidance on the development of a ship implementation plan for the consistent implementation of the 0.50% sulphur limit under MARPOL Annex VI (2018). 18. ISO/PAS 23263, Petroleum products - Fuels (Class F) - Considerations for fuel suppliers and users regarding marine fuel quality in view of the implementation of maximum 0.50% S in 2020 (2019). 19. MAN Diesel & Turbo, Cat fines - Impact on engine wear and how to reduce the wear (2017). 20. CIMAC, WG7 Fuels, New 0.10% sulphur marine (ECA) fuels, Position Paper (2015). 21. IMO, International convention for safety of life at sea (SOLAS), Amendment 1, Chapter II-2, Part B, Regulation 4, Section 2.1 (1974). 22. CIMAC, Fuel quality guide - Ignition and combustion (2011). 23. MEPC.1/Circ.875, Guidance on best practice for fuel oil purchasers/users for assuring the quality of fuel oil used on board ships (2018). 24. MEPC.1/Circ.875/Add.1, Guidance on best practice for fuel oil suppliers for assuring the quality of fuel oil deliveredt to ships (2018). 이보람 2005~2009 부경대학교양식학과 2009~2011 부경대학교수산생물학석사 2011~ 현재 ( 재 ) 한국조선해양기자재연구원 김민 2000~2004 홍익대학교조선해양공학과 2004~2006 홍익대학교조선해양공학석사 2011~ 현재 ( 재 ) 한국조선해양기자재연구원 50 공업화학전망, 제 22 권제 5 호, 2019

별지제 호서식 연구결과보고서 과제명 바이오디젤의인화위험성평가 소속소방산업기술연구소연구책임자임우섭 연구기간 연구목표

별지제 호서식 연구결과보고서 과제명 바이오디젤의인화위험성평가 소속소방산업기술연구소연구책임자임우섭 연구기간 연구목표 BD100 BD20 총미연소탄화수소 (THC) -93% -30% 황산화물 (Sox) -100% -20% 질소산화물 (Nox) +13% +2% 일산화탄소 (CO) -50% -20% 분진 (PM) -30% -22% 오존발생잠재도 (OFP) -50%