해상유출 저유황유(LSFO) 방제를 위한 발열 흡착포

Abstract

해상 운송은 산업의 발전과 함께 크게 증가하고 있다. 선박의 약 80%가 벙커C유를 주요 연료유로 사용하고 있다. 그러나 벙커C유를 비롯한 화석연료는 연소과정에서 필연적으로 환경오염물질(SOx, NOx, 입자상 물질, 중금속 등)을 배출하게 된다. 국제해사기구(IMO)는 2020년 1월부터 대기오염 관리를 위해 선박에 사용되는 연료유의 황 함유량을 3.5%(고유황 연료유, HSFO)이하에서 0.5%(저유황 연료유, LSFO)이하로 엄격하게 규제하고 있다. 그러나 LSFO의 높은 파라핀 왁스 함량으로 인해 온도가 감소함에 따라 동점도가 증가하고 점차적으로 반 고체화가 된다. 폴리프로필렌 흡착포는 일반적으로 해수면에서 유출된 기름을 제거하는 데 사용되지만, 반 고체화된 기름에는 적용할 수 없다. 이는 겨울철 낮은 수온에서 유출된 LSFO를 해수면에서 제거하기 어렵다는 것을 의미한다. 본 연구에서는 폴리프로필렌 흡착포에 물과 반응하여 발열하는 발열물질을 이용하여 겨울철 낮은 해수온도 (평균 10℃) 에서 반 고체화된 LSFO를 액체화하여 제거하는 발열흡착포 연구이다. 먼저, 폴리프로필렌 흡착포를 이용하여 온도에 따른 선박용 주 연료유의 흡착률을 실험하였다. HSFO의 흡착률은 온도와 무관하게 20℃에서 6.75±0.16 g/g, 10℃에서 8.72±0.23 g/g 이었다. LSFO의 흡착률은 20℃에서 7.48±0.43 g/g 이었으나, 10℃에서 2.94±0.15 g/g 으로 상당히 감소하였다. 이는 LSFO가 온도가 감소함에 따라 동점도가 증가하여 반 고체화됨에 따라 흡착률이 감소함을 확인하였다. 실험을 위해 폴리프로필렌 흡착포에 발열물질인 염화칼슘을 이용한 3가지 유형의 발열흡착포를 ​​준비하였다. 첫 번째 유형은 두 개의 폴리프로필렌 흡착포 사이에 염화칼슘 이수화물을 주입하여 제조한 샌드위치형이고, 두 번째 유형은 폴리프로필렌 흡착포를 염화칼슘 용액에 침지시킨 후 건조하여 제조한 담지(Ⅰ)형이다. 세 번째 유형은 탄산칼슘과 염산의 화학 반응에 의해 생성된 염화칼슘을 폴리프로필렌 흡착포에 침지시킨 후 건조하여 제조한 담지(Ⅱ)이다. 3종류의 발열흡착포의 흡착률은 담지(Ⅱ)형이 3.92±0.38 g/g, 담지(Ⅰ)형이 0.12±0.04 g/g, 샌드위치형은 0.11±0.05 g/g 순으로 나타났다. 담지(Ⅱ)형은 폴리프로필렌 흡착포의 유흡착 한계로 인해 탄산칼슘 0.25mol과 염산 0.5mol에서 LSFO의 흡착률이 5.46±0.12 g/g 으로 가장 높았다. 이는 폴리프로필렌 흡착포는 단위 그램당 최대 10-20 g 의 유류를 흡착 할 수 있기 때문에 흡착 한계점에 도달 한 것이다. 담지(Ⅱ)형의 발열흡착포의 흡착률은 5℃에서 3.68±0.35 g/g, 10℃에서 4.53±0.05 g/g으로 염화칼슘이 없는 일반 폴리프로필렌 흡착포 보다 각각 41배, 1.6배 높았다. 그러나 발열흡착포의 흡착률은 20℃에서 약 4.50 g/g 으로 일반 폴리프로필렌 흡착포와 유사하였다. 이는 저온에서 반 고체화된 LSFO가 주변 수분과 염화칼슘 이수화물의 화학 반응에 의해 방출되는 열에 의해 발열흡착포에서 액화되었음을 나타낸다. 10℃ 이하의 해수온도에서 유출된 LSFO를 제거하기 위해 화학적 합성에 의해 제작된 담지(Ⅱ)형의 발열흡착포를 사용하는 것을 권장하나, 20℃ 이상의 온도에서는 일반 폴리프로필렌 흡착포를 사용하는 것이 적합한 것으로 평가된다.