[미국] 해양산업에 사용되는 새로운 청정연료 개발 연구


보다 청정하고 친환경적인 연료를 사용하고자 하는 노력은 육상에서만 벌어지는 것은 아니다. 미국의 강, 호수 또는 바다를 둘러싼 지역에는 17 백만 대의 레크리에이셔용 보트가 정착해 있으며, 매년 75 백만 대 이상의 보트들이 주말마다 떠다니고 있다. 경제적 측면에서 보면 이렇게 물 위에서 즐기는 시간은 모두 비용이라 할 수 있다. 특히 연료를 연소하고 배출한다는 면에서 더욱 그러하다. 보트에서 발생하는 환경적 영향을 절감하기 위해 미 에너지부(Department of Energy) 산하의 아르곤국립연구소(Argonne National Laboratory)는 레크리에이션용 해양분야에 적용할 수 있는 대체 연료를 개발하기 위해 관련 산업과 협력하였다.

아르곤국립연구소는 BRP(Bombardier Recreational Products)사와의 협력과 미해양산업제조사협회(National Marine Manufacturers Association, NMMA) 및 ABYC(American Boat and Yacht Council)를 포함한 해양산업의 지원을 받아 수송보트의 연료에 부탄올(Butanol)을 16% 배합하는 효율적이면서 안전한 방안에 대해 실증테스트를 하였다. 이번 실증테스트는 NMMA가 연료를 승인하는 것으로 완료되었으며, 보트 업계에 새로운 풍파를 만들 것으로 기대되었다.

새롭게 승인된 연료는 레크리에이션용 보트의 상당 수에 에탄올 15%를 혼합할 수 있는 가능성을 보여주고 있다. 이번 승인은 BRP와 아르곤 연구소가 지난 수 년간 이루었던 공동연구의 성과라 할 수 있다. 이번 실증테스트에는 일부 제조사에서 제작된 다양한 레크리에이션용 보트의 엔진 종류와 크기에 대해 내구성, 윤활효과뿐만 아니라 성능, 효율 및 배출에 대한 평가도 포함되어 있다.

아르곤연구소 교통연구센터(Center for Transportation Research)의 수석연구원인 Thomas Wallner는 "테스트 환경 하에서 10%의 에탄올(Ethanol)을 혼합하는 것만큼 16% 부탄올 배합도 문제없이 적용이 가능한 것으로 나타났다"고 말한다. 그리고 Wallner는 "과거 에탄올의 함량을 10%에서 15%로 증가시키자는 노력이 있었다. 과거 자동차와 트럭에 부탄올을 혼합하는 연구를 수행한 경험이 있었으나 보트에 적용하는 일은 완전히 다르다"고 덧붙였다.

보트의 연료 믹스에 있어 바이오에너지(Bioenergy)의 함량을 높이는 일은 환경적인 혜택을 제공하지만 에탄올을 어느 일정 수준 이상으로 추가 투입하는 경우 보트에 사용되는 기술에 좋지 못한 영향을 줄 수 있다. 또한 레크리에이션용 보트와 같이 비정규적으로 사용되는 패턴은 에탄올 함량을 높이는 것에 대해 문제를 유발할 수도 있다. 이는 에탄올이 물을 끌어당기기기 때문에 보트가 사용되지 않는 시간에 주위의 물이 연료탱크로 침투하여, 내부에 단일층을 형성함으로써 엔진 성능에 좋지 못한 영향을 줄 수 있다는 것이다.

반대로 부탄올은 에탄올과 비교할 때 물을 끌어당기는 특성이 적기 때문에 잠재적인 엔진 성능 이슈를 완화할 수 있을 것으로 보인다. 부탄올은 성능적인 혜택 이외에도 추가적인 혜택을 제공한다. 이들은 에탄올과 동일한 공급원료로부터 제조가 가능하다는 것이다. 결론적으로 부탄올은 에탄올 배합량을 증가시켰을 때 발생하는 문제를 유발하지 않으면서 환경적인 혜택을 제공하는 우수한 대체방안으로 기대된다.

[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2015년 8월 7일]

 

The battle for cleaner, greener fuels isn't fought solely on land - America's rivers, lakes and surrounding seas are home to 17 million recreational boats keeping more than 75 million weekend warriors afloat each year.

All that fun in the sun comes with a cost, however, particularly in terms of burnt fuel and emissions. In an effort to reduce boating's environmental impact, the Department of Energy's Argonne National Laboratory has teamed with industry to investigate alternative fuels for recreational marine applications.

The laboratory, in collaboration with industrial partner Bombardier Recreational Products (BRP), and with support from the marine industry, including the National Marine Manufacturers Association (NMMA) and American Boat and Yacht Council, has demonstrated the safety and effectiveness of a blend of fuel that includes 16 percent butanol for use in watercraft.

This demonstration has culminated in the approval of the fuel by the NMMA, a development sure to make waves in the boating arena.

The newly approved fuel has the potential to serve as an alternative to the 15 percent ethanol blend for much of the recreational boating fleet.

The approval is the result of several years of cooperative research between BRP and Argonne, whose research was funded by the Vehicle Technologies Office within DOE's Office of Energy Efficiency and Renewable Energy. The research involved the evaluation of performance, efficiency and emissions, including particulates, as well as durability and lubrication effects over a wide range of recreational boat engine types and sizes from several manufacturers.

"Butanol at 16 percent blend level works as well as ethanol at 10 percent under tested conditions," said Argonne's Thomas Wallner, a principal investigator at the laboratory's Center for Transportation Research. "There was a push to increase the amount of ethanol in fuel, from 10 to 15 percent," he said.

Wallner had previous experience researching butanol for cars and trucks, but boats were new territory.

Increasing the percentage of bioenergy in the boating mix would provide environmental benefits, however, the technologies used by a significant percentage of boats, such as carburetors and open-loop controls, are not immediately well-suited to the further addition of ethanol in fuel. Furthermore, infrequent usage patterns typical for recreational boats can cause challenges at increased ethanol levels. Because ethanol attracts water, dormancy can allow the surrounding water to enter the fuel tank and form a layer inside, adversely affecting engine performance.

Butanol, on the other hand, lacks the water attraction properties of ethanol, mitigating the potential engine performance issue.

Beyond the performance benefits, butanol offers an additional advantage: it can be made from the same feedstock as ethanol. Essentially, butanol provides the environmental benefits without the issues that can be caused by increased ethanol use - a breakthrough made possible through strategic collaboration between Argonne and its industrial partners.

[원문출처 : http://phys.org/news/2015-07-argonne-marine-industry-fuel.html]