기획특집: 선박유래 오염물 저감기술 - cheric · 저자(e-mail: [email protected])...

IMO 황산화물 규제 이행을 위한 저유황유 품질 특성

KIC News, Volume 22, No. 5, 2019 41

1. 서 론1)

국제해사기구(international marine organization,

IMO) 해양환경보호위원회(marine environment

protection commeittee, MEPC)는 제58차 회의에

서 결의안 MEPC.176 (58)에 의해 황산화물(sulfur

oxides, SOx)의 배출 한계를 대폭 강화하는 개정

된 국제해양오염방지협약(international convention

for the prevention of pollution from ships, 이하

MARPOL) 부속서 VI (선박에서 발생하는 대기오

염 물질 방지)를 채택했다[1]. 그리고 제70차 MEPC

회의에서 결의안 MEPC.280 (70)을 채택하여

MARPOL 부속서 VI 의 규정 14.1.3, 연료유 기준

의 시행을 “2020년 1월 1일”부터 연료유는 배출제

한구역(emission control area, ECA)를 제외한 모

든 구역에서 0.50% m/m 미만의 황 함유량을 준수

해야 한다(ECA는 0.10% m/m 미만의 황 함유량

저자 (E-mail: [email protected])

*출처: RES. MEPC., 176(58) (2008).

Figure 1. Applicable sulphur limits.

을 준수하고 있다)[2].

IMO에서는 선박에서 배출되는 대기오염물질을

보다 강력하게 규제하기 위해서 배출규제해역인

‘ECA (emission control area)’와 ECA를 제외한

‘Global’ 해역으로 나누어 관리하고 있다. MARPOL

부속서 VI에 마련된 ECA 신청절차와 기준 등에 따

라 희망하는 국가들은 ECA를 신청할 수 있으며,


이 보 람†⋅김 민

(재)한국조선해양기자재연구원 대기환경팀

Identify the Quality Characteristic of Low Sulphur Fuel Oil to Implement IMO

Regulation on SOx

Boram Lee† and Min KimAtmospheric Environment Team, Korea Marine Equipment Research Institute, 435, Haeyang-ro,

Yeongdo-gu, Busan 49111, Republic of Korea

Abstract: 2020년 1월 1일부터 이행되는 연료유의 황 함유량 규제에 따른 대응 현황을 보면, 약 60% 이상의 선사들이

저유황유 사용을 고려하고 있다. 이처럼 높은 저유황유 선택에 따라 저유황유의 안정적인 공급에 대한 사전 검토 및

대비책을 통한 구체적인 방안이 요구되고 있으며, 저유황유의 품질 보증이 무엇보다도 중요한 사안이라 판단된다. 저

유황유의 품질에 따라 예상되는 문제점을 미리 파악하고 이에 대한 적절한 대응 방안을 수립하여 선박 기관 운영에

차질이 없도록 대비하여야 한다. 그래서 선박에 공급되는 저유황유의 품질 특성 시 고려사항을 전달하고자 한다.

Keywords: low sulphur fuel oil (LSFO), fuel quality, IMO, MARPOL

기획특집: 선박유래 오염물 저감기술


42 공업화학 전망, 제22권 제5호, 2019

ECA로 지정된 해역 내에서는 선박에 배출되는 대

기오염물질에 대한 배출 기준을 다른 해역보다 높

은 단계로 설정하고 있고 이에 대한 단속과 처벌

은 ECA를 관리하는 국가에서 수행하고 있다.

이런 ECA를 운항하는 선박은 연료유교환절차서

(fuel oil changeover procedure) 뿐만 아니라 저유

황유의 전환 과정(전환 작동 완료, 선박의 위치, 날

짜, 시간, 용량 등)이 기록된 로그북을 선박에 비치

해야 한다. 저유황유의 전환 대신 고유황유를 사

용하려면, 연료유의 황 함유량을 저감시키기 위한

장치인 배기가스 세정장치(emission gas cleaning

system, EGCS)를 설치해야 하는데, 이 장치는 황산

화물 배출 기준 준수 증서(SOx emissions compli-

ance certificate, SECC)를 받은 것이어야 한다[3].

이러한 연료유의 황 함유량 규제에 대응하기 위

해서는 황 함유량 0.50% m/m 미만의 연료유를 사

용하는 방법, 대체연료를 사용하는 방법, EGCS를

사용하는 방법 등의 방안이 있다. 황 함유량이 낮

은 저유황유를 사용하면 추가적인 설비가 요구되

지 않아 일반 해역의 연료유 황 함유량 규제를 만

족시키기 위한 가장 간단한 방법으로 간주되고 있

다. 이미 ECA에서 저유황유를 사용하고 있으나,

저유황유의 가격이 고유황유보다 40~80% 비싸기

때문에 물류비 상승으로 이어질 우려가 있다. 또

한 정유사별 제조방법에 따라 황 함유량이 다르므

로 연료 혼합(blended) 시 지역별, 항만별 제품 품

질의 일관성이 보장되지 않아 사용상의 주의가 요

구된다. 또한, 저유황유를 사용할 경우 낮은 점도

로 인한 고착현상이 발생할 우려가 있어 일정 이

상의 점도를 유지해야 한다.

황산화물을 전혀 배출하지 않는 액화천연가스

(liquefied natural gas, LNG) 연료를 사용하는 방

법으로 선박의 엔진을 그에 맞게 설치하거나 개조

하는 방법이 있다. 하지만 LNG 연료를 엔진에 안

전하게 공급하기 위해서는 LNG 연료저장탱크, 연

료공급설비 등을 추가로 설치해야 하며, LNG 연

료저장탱크 면적이 기존대비 2배 이상 필요로 하

여 화물적재용량의 감축이 필요하다. 그리고 LNG

벙커링 설비가 유럽위주로 구축되어 있어 저렴한

LNG 연료를 쉽게 수급하는데 어려움이 있다.

선박의 배기가스 배출관에 EGCS를 설치하여 최

종 배출되는 황산화물의 양을 감소시키는 방법이

있다. 이는 고가의 저유황유를 사용하지 않아도 되

며, 폐기관의 개조를 통해 기존선박에서도 적용가

능한 장점이 있으나, 설비 배압의 증가로 엔진 성

능 저하 및 연료 소모량 증가로 이어질 우려가 있

으며, 추가적인 화학물질, 폐기물 처리 및 모니터

링을 필요로 한다.

*출처: The Shipowners’ P&I Club (2015).

Figure 2. Emission control area (ECA).



각 대응 방안에는 장/단점이 있으나, IMO 황산

화물 규제의 본질은 선박 연료유에 대한 황 함유

량의 제한이므로, 가장 부합되는 방안은 황 함유량

0.50% m/m 미만의 저유황유를 사용하는 것이다.

이미 ECA에서 저유황유를 사용하고 있어 비교적

검증된 방안이지만, 연료유 품질에 대한 논의와

관심이 증대되는 만큼 연료유 품질 현황, 저품질

연료에 기인하는 선박 기관 운영의 문제와 IMO

황 함유량 규제에 기반을 둔 현실적인 선박 기관

운영 방안들에 대한 대책에 미진한 상태이다. 고

유황유만 사용한 기존 선박에 저유황유를 주 연료

로 사용하게 되면 연료 공급 펌프, 피스톤 링과 라

이너의 마모, 실린더 마찰, 스크래핑의 위험 등 심

각한 기술적 문제가 발생한다[4]. 황 함유량 0.10%

m/m 미만을 요구하는 ECA에서의 연료유 전환을

통해 얻은 경험과 교훈으로 0.50% m/m 미만의 황

함유량을 제한하는 연료유를 사용해야 하는 현재

선박 기관 운영에 관한 우려를 해결해야 한다. 그

리고 연료 품질과 관련된 사고의 심각성을 고려할

때, 잠재적 위험과 관련된 완화조치를 확인하여

모든 관련 당사자들의 인식을 높이는 것 또한 중

요하다. 0.50% m/m 미만 황 함유량 규제 이행을

위해 선박 기관 운영의 요구사항을 고려하여 새로

운 연료의 품질을 확인해야 한다.

2. 저유황유 품질 특성

연료 구성은 주로 석유 자원에서 추출한 탄화수

소가 주성분이며, 연료 특성 또는 성능의 일부 측

면을 개선하기 위해 첨가제를 포함할 수 있다. 연

료에는 무기산을 포함해서는 안 되며, 인체에 유해

한 농도이거나 선박의 안전을 위협하거나 기계의

성능에 악영향을 미치는 물질이 없어야 한다[5,6].

IMO의 환경 규제가 강화됨에 따라 국제적으로 선

박용 연료 분야에도 황 함유량이 낮은 바이오 연

료의 도입이 검토되었고, 그 결과 ISO 8217이 2017

년에 개정되어 일부 유종의 바이오 연료 혼합을 허

용하였다[6]. 국제 규격에 따라 선박용 연료를 크게

선박용 증류 연료(distillate marine fuels, DM) 등

급 7종류와 선박용 잔사유(residual marine fuels,

RM) 등급 11종류로 분류하고 있다(Table 1). 선박

용 연료들은 MARPOL 부속서 VI에 의해 ISO

8217에서 요구하는 시험방법 및 인용표준에 따라

품질 검사가 이루어져야 한다. 하지만 선박에 공

급되는 저유황유는 ISO 8217에 모두 만족하는 것

은 아니므로, 선박에서 연료유 사용 시 발생할 수

있는 모든 부분에 대해 고려해야 한다[7,8]. 저유

황유 사용 시 고려해야 할 사항은 다음과 같다.

2.1 점도(viscosity)

연료 펌프는 최소 점도와 연료 마모 성능에 대

해 설계되어 있으며, 펌프 내 연료의 점도가 너무

낮으면 펌프의 유체역학적 윤활이 불충분하여 마

모와 스크래핑이 발생할 수 있다[8,9]. 점도가 2

mm2/s 미만인 연료를 사용하면 연료 펌프 내에서

내부 누출이 발생할 수 있어, 낮은 점도의 연료는

엔진의 설계량 만큼 공급되지 못할 수 있기 때문

에 엔진의 작동 한계를 제공하지 못할 수 있다. 점

도가 낮은 선박용 연료를 사용할 경우 제조업체가

지정한 최소 연료분사점도를 유지할 수 있도록 연

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

10 30 80 180 180 380 500 700 380 500 700

Table 1. Fuel Classification of ISO 8217


44 공업화학 전망, 제22권 제5호, 2019

*출처: MAN Energy Solution (2019).

Figure 3. Temperature-viscosity relationship for fuels with

different viscosity at engine inlet.

료유 공급 라인에 냉각기를 설치하는 것이 좋다

[9,10].

점도가 높은 선박용 잔사유의 경우 엔진과 보일

러에서의 사용에 적합한 점도를 맞추기 위해 전처

리 및 가열해서 사용하는 것이 일반적이다. 그래

서 점도가 낮은 선박용 증류 연료 전용 장치 및 기

계에 점도가 높은 선박용 잔사유의 사용이 어려울

수 있다. 따뜻한 고점도 연료가 차가운 저점도 연

료로 흐를 때, 또는 반대로 흐른다면, 연료간의 온

도 변화가 생길 것이고 그러면 물질의 매개변수가

변할 수 있다. 그래서 기존 선박용 잔사유에서 새

로운 연료유로 전환하거나 그 반대로 전환될 때

비호환성 및 슬러지의 발생 위험을 최소화하기 위

해 선박용 잔사유와 새로운 연료유 모두 완전히

분리된 연료 장치를 권장하고 있다[4]. 또한 새로

운 연료유를 저장하기 위해 선박용 잔사유 저장 탱

크를 사용할 경우, 기존 탱크에 축적된 슬러지가

연료 계통에 들어가지 않도록 사용한 저장 탱크를

청소하는 것이 좋다.

저점도인 선박용 증류 연료에서 고점도인 선박

용 잔사유로 연료의 점도가 다양할 수 있으므로

고압 연료 펌프는 이러한 다양한 점성으로 작동할

수 있어야 한다. 펌프가 충분히 고압을 축적할 수

있는지 확인하기 위해 매우 낮은 점도의 연료로 시

험하는 것을 권고한다. 점도가 다른 연료 배치 사

이에서 연료유를 전환할 때, 연료유의 온도가 빠

르게 변화하면 연료 펌프가 고착될 수 있기 때문에

연료유의 온도 변화율을 2 ℃/mim 미만으로 유지

하는 것이 중요하다. 그리고 연료유 전환 시 점도

계의 기능을 확인하고, 점도계가 없는 경우 연료 시

스템에 설치할 것을 권고한다[10].

2.2 저온 유동 특성(cold flow property)

저온 유동 특성은 다음 3가지 성질로 확인할 수

있다:

⋅운점(clound point, CP): 지정된 조건 하에서 냉

각될 때 투명 액체에서 왁스 결정이 처음 나타나

는 온도[11]를 말하며, DMA와 같은 투명한 연

료로만 측정할 수 있으며, 항상 유동점보다 높다.

⋅저온필터막힘점(cold filter plugging point, CFPP):

표준화된 조건에서 냉각될 때 특정 시간 동안 특

정 양의 연료가 표준화된 45 µm 여과장치를 통

과하지 못하는 최고 온도[12].

⋅유동점(pour point, PP): 지정된 표준 조건에서

냉각될 때 연료가 흐를 수 있는 최저 온도[13].

유동점의 한계를 확인하여 선박용 연료유의 저

온 유동 특성을 제한할 수 있으나, 왁스 결정화

(crystallization)가 유동점 이상의 온도에서 생길 수

있는 점을 고려할 때, 형성된 왁스 결정이 필터를

차단할 수 있다. 비록 유동점의 한계를 만족하는

연료유라도 운점과 유동점 사이의 온도 범위에서

저온 필터 막힘이 발생할 수 있어 저온 유동 작동

에 어려움을 격을 수 있다. 연료유마다 서로 다른

저온 유동 특성을 가질 수 있으며, 유동점에만 의

존하는 것으로는 선박 기관 운영의 문제점을 해결

해주지 않는다[6]. 연료의 유동점은 매우 다양하며

경우에 따라 ISO 8217에 명시된 선박용 증류 연

료 및 선박용 잔사유 범주의 한계를 초과하는 경

우도 있다.

저온 유동 특성 이하의 온도에 연료유를 노출시

키면, 연료 탱크, 연료 라인, 원심 분리기 및 필터

에서 결정화된 왁스의 침전으로 인해 문제가 발생

할 수 있다[14]. 그래서 선박용 증류 연료 시스템

에서는 왁스 결정의 형성을 최소화하고 너무 낮은

점도의 위험을 줄이기 위해 30~40 ℃의 온도를 유



*출처: CIMAC Guideline (2015).

Figure 4. Filter blocked due to wax deposit.

지하는 것이 좋으며, 온도가 너무 높으면 점성이 너

무 낮아질 가능성이 높아진다[10]. 선박용 잔사유

경우 탱크 및 배관 등 연료 시스템의 온도가 연료

유의 주입점보다 최소 10 ℃ 이상 높아야 하며, 연

료유의 온도가 운점 아래로 내려가면 필터 및 기

타 장비를 차단할 수 있는 왁스 침전물이 형성될

수 있고, 연료유의 온도가 유동점 아래로 내려가

면 연료유는 흐를 수 없다. 이를 위해 열 분포가

적절해야 하고 탱크와 시스템의 연료 재순환이 양

호해야 한다.

연료의 저온유동특성은 파라핀 함유량과 밀접

하게 연관되어 있다[14]. 파라핀은 일반적으로 20~

40개의 탄소원자 사이의 결합이 단일 결합으로만

이루어진 사슬 모양의 포화 탄화수소인 알칸(알케

인)으로도 알려져 있다. 파라핀은 석유제품에서 원

유 구성 및 정제과정에 따라 다양한 양으로 존재

한다. 엔진에 좋은 연소 특성을 가지고 있어 엔진

에서 잘 연소되지만, 만약 연료유의 온도가 떨어

지면 파라핀 결정이 생기거나 저장 탱크에 침전되

어 필터 막힘 및 기계 설비로의 연료 유량이 감소

한다[15]. 그래서 특정 연료유의 유동 특성(유동점,

운점, 저온필터막힘점)을 파악하여 선박의 연료

설비 설계, 의도된 항해, 탱크와 필터의 난방 기능

등을 고려하여 선박 운영에 적합함을 확인해야 한

다[16].

2.3 안정성(stability)

선박용 연료유는 일반적으로 다른 특성을 가진

탄화수소 분율들의 혼합물이며, 중요한 연료유 혼

합 분율은 파라핀, 나프텐, 방향족 분자와 아스팔

텐이다. 그들은 뭉치는 경향이 있고 현탁액 상태

가 유지되지 않으면 결국 침전하게 된다[10]. 연료

유가 현탁액 상태에서 아스팔텐을 유지하고 아스

팔텐의 응집을 방지하는 것을 안정성이라 한다. 아

스팔텐은 끈적끈적한 분자로, 현탁액 상태가 유지

되지 않으면 응집되어 결국 침전된다. 연료유 분

율 혼합 중 방향족 분자는 아스팔텐을 현탁액 상

태로 유지하는데 도움을 줄 수 있는 반면, 파라핀

은 아스팔텐을 지탱할 수 없다. 연료유가 불안정

(unstability)해지면 필터와 분리기 내부에 아스팔

텐이 침전되어 슬러지가 형성된다. 일단 화학적으

로 연료유가 분해되면 다시 되돌릴 수 없으며, 침

전된 아스팔텐은 다시 용해 상태로 되돌릴 수 없

다[15].

일반적으로 선박 연료 시스템과 엔진 고압 연료

분사 시스템에서 연료유는 안정적이여야 한다. 그

래서 연료유를 공급할 때 안정적이고 균질해야 하

며, 이를 보장하는 것이 연료 혼합기와 공급자의

책임이다. 가능하다면, 연료유의 안정성을 확인한

후 벙커링 하는 것이 좋다. 특정 등급의 연료유의

안정성은 시험실에서 침전물 잠재력을 측정하여

확인할 수 있다.

2.4 호환성(compatibility)

호환성은 서로 다른 연료유와 혼합했을 때 연료

유가 얼마나 안정(stability)되어 있는지, 혼합물이

슬러지와 같은 침전물을 형성하는 경향을 나타내는

척도이다[10]. 각각의 개별 연료유는 안정적인 제

품으로 공급되어야 하므로, 사전 시험을 통해 연


46 공업화학 전망, 제22권 제5호, 2019

*출처: MAN Energy Solution (2019).

Figure 5. Heavy sludging and block separators as a result

of either unstable fuel or incompatibility between two

fuels.

료유 간의 호환성을 확인해야 한다. 일반적으로 유

사한 밀도를 가진 동일한 점성 등급의 연료는 호

환될 가능성이 있다. 그러나 안정적이고 ISO 8217

을 준수하는 연료라 하더라도 비호환성(incompa-

tibility)의 연료를 혼합할 경우 아스팔텐의 침전으

로 필터와 분리기 내부에 슬러지 형성이 증가할 수

있다.

일반적으로 연료유의 호환성 문제를 방지하려

면 시험을 통해 연료유 사이의 호환성이 알려질 때

까지 연료유의 혼합을 피하는 것이다. 그러나 선

내에서 다른 연료유로 전환할 때 연료 시스템에서

혼합이 있을 수 있다. 연료유 저장 탱크에서의 혼

합을 피할 수 없는 경우, 최대한 서로 다른 공급원

에서 공급된 연료유를 혼합하지 않도록 하고, 연

료유를 구매할 때 점도와 밀도가 비슷한 연료를

선택하거나, 저유황유와 선박용 증류 연료 혼합을

방지하는 등 비호환성을 최소화해야 한다. 이러한

위험을 최소화하기 위해 선박 운영자는 연료유 전

환 절차를 미리 수립해야 하며, 표준절차에 따라 벙

커링을 대비해야 하고 연료유 공급업체와 긴밀하

게 협력하여 호환되는 연료유를 구입해야 한다[17].

그리고 선박 운영자 또는 연료유 공급자가 연료유

를 올바르게 취급하지 않을 경우 안정성 및 호환성

위험이 증가할 수 있다. 선박 운영자와 연료유 공

급자는 연료유에 대한 사양을 확인해야 하고, 이러

한 정보는 선내에서 연료유를 안전하게 보관, 취

급, 효과적인 처리 및 사용을 할 수 있도록 설정된

연료 장치에 필요한 조정을 수행하는데 도움이 된

다. 그리고 연료유 간의 호환성을 결정하는 방법

을 지속적으로 평가할 것을 권장한다[18].

2.5 촉매 미분(catalytic fines, cat fines)

촉매 미분은 복잡한 탄화수소를 단순한 분자로

분해하는 촉매제가 사용되는 중질유 촉매분열공정

(fluidized catalytic cracking, FCC)에서 비롯된다

[19]. 촉매는 화학반응의 진행을 돕는 물질로 촉매

공정을 통해 재활용 된다. FCC 내에서 큰 촉매 입

자는 작은 입자로 분리되며, 작고 밀도가 높고 강

하고 단단한 입자가 남아 촉매 미분이 된다. FCC

공정에서 사용되는 촉매 미분은 전형적으로 알루

미늄과 규소의 조합이며 매우 단단하고 연마성이

있는 입자로 엔진에 심한 마모를 일으킬 수 있다.

이러한 작은 입자는 재활용 과정을 벗어나 일부는

FCC 장치에서 생성되는 슬러리 오일에 이를 수 있

다. 슬러리 오일은 15 ℃에서 약 1,000 kg/m3의 고

밀도와 50 ℃에서 약 30~60 mm2/s의 다소 낮은 점

도를 가진 높은 방향성의 낮은 황 함유량 부산물

이다. 이것의 가장 일반적인 용도는 중유와 블랙

카본 생산을 위한 공급원료의 혼합재료로 사용되

며, 높은 방향성과 함께 상대적으로 낮은 황 함유

량 때문에 선박용 잔사유와 초저유황유(ultra low

sulphur fuel oil, ULSFO)의 일부 새로운 유형의

ULSFO에 이상적인 혼합성분으로 사용된다[19].

연료유 내 촉매 미분의 양은 시험을 통해 분석되

어야 하며 연료유 내 상당히 많은 양의 촉매 미분

이 있는 것으로 확인될 경우 가능한 한 빨리 폐기

할 것을 권장한다[8]. 선박용 연료유의 촉매 미분



*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.

은 알루미늄(AI)와 실리콘(Si)를 기준으로 측정하

며, 일반적으로 허용 가능한 촉매 미분의 한도는

엔진 제조업체의 권고에 따라 7~15 mg/kg이다. 과

도한 양의 촉매 미분이 엔진에 유입될 경우 연료

펌프 및 연료 분사 밸브와 같은 민감한 엔진 구성

요소와 실린더 라이너 및 피스톤 링에 상당한 손

실을 줄 수 있다[20].

0.50% m/m 미만의 황 함유량을 만족하는 연료

유라도 촉매 미분을 제한하기 위해서는 효율적인

연료유의 전처리가 중요하다. 연료유 저장, 침전,

및 서비스 탱크를 충분히 높은 온도로 유지하고,

엔진 작동 중에 연료 압력이 급격히 감소하지 않

도록 연료유 필터(특히 자동 세척 필터)의 작동을

주의 깊게 관찰해야 한다[8].

2.6 인화점(flash point)

ISO 8217에 제시된 DMX 등급을 제외한 모든

연료의 인화점은 국제해상안전협약(international

convention for safety of life at sea, SOLAS)에 따

라 최소 60 ℃로 설정된다[21]. 인화점이 낮은 연

료는 화재 및 폭발 위험이 커진다는 것을 의미한

다. 따라서 선박에 공급되는 연료의 인화점을 제대

로 검증해야 하며, 가능한 경우 벙커링 작업 전에

인화점을 확인하는 것이 좋다.

2.7 산값(acid number)

연료유에는 무기산이 없어야 하며[6], 산값이 높

은 연료유는 연료 분사 장비를 포함한 연소 장치

의 대양한 부분에 가속적인 손상을 일으킬 수 있

다. 산값은 시험실에서 분석될 수 있으며, 벙커링

된 연료유가 상당히 높은 산값을 가진 것으로 확

인될 경우 가능한 한 빨리 폐기할 것을 권장한다.

만약 연료를 소비해야 하는 상황이라면 장비의 부

식 가속 및 고장 가능성에 세심한 주의를 기울여야

한다[8].

2.8 점화 및 연소 특성(ignition and combus-

tion characteristic)

선박용 잔사유의 점화 특성은 ISO 8217에 설명

된 계산된 탄소 방향족 지수(calculated carbon ar-

omaticity index, CCAI)로 결정된다. CCAI는 점화

지연을 연장할 수 있는 비특성 밀도-점성 관계를

가진 잔사유를 피하기 위한 점화 성능을 나타낸다

[22]. 점화 지연이란, 연료 주입부터 연소가 시작되

는 시점까지 경과되는 시간을 말한다. 점화 지연이

길면 연소실에서 연소되지 않은 연료가 쌓이며,

점화 시 급속하게 연소되어 급격한 압력 상승이

발생하여 디젤 노크, 불규칙한 작동, 엔진 손상 등

이 발생한다[22]. 디젤 엔진의 선박용 잔사유의 점

화 및 연소 특성은 특정 유형, 설계, 작동 및 엔진

상태, 부하 상태 및 연료유의 화학적 특성에 따라

달라진다. 점화 품질이 특히 중요한 엔진의 경우,

잔사유의 점화 품질 특성을 고려해야 한다. ISO

8217에 따라 CCAI를 검증해야 하며, 최대 CCAI

값이 항상 점화 불량으로 나타는 것은 아니다. 허용

가능한 CCAI 값이지만 사용 중 문제 또는 엔진 손

상을 일으킬 수 있다.

2.9 윤활유(lubricating oil)

일반적으로 연료유에 포함된 황(sulphur)은 연소

과정 중에 이산화황(SO2)을 형성하며 이 중 일부

는 삼산화황(SO3)을 형성한다. 이는 공기 중의 물

과 반응하여 황산(H2SO4)을 생성한다:


48 공업화학 전망, 제22권 제5호, 2019

⋅S + O2 → SO2 (이산화황)

⋅SO2 + 0.5O2 → SO3 (삼산화황)

⋅SO3 + H2O → H2SO4 (황산)

생성된 황산은 실린더 라이너, 피스톤링 등의 부

식을 유발하므로, 탄산칼슘(CaCO3)이 포함된 윤활

유를 이용하여 황산을 중화한다:

⋅H2SO4 + CaCO3 → CaSO4 + H2O + CO2

황산이 중화되지 않으면 다음과 같은 반응에 따

라 철의 부식이 발생한다:

⋅Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2

BN (base number)는 산을 중화시키기 위한 실린

더 윤활유의 능력을 측정하는 것이며, BN이 높을

수록 더 많은 산을 중화시킬 수 있다[4]. 황 함량이

적은 저유황유 사용 시 황산이 거의 형성되지 않으

므로, 윤활유의 알칼리성분이 중화되지 않아 엔진

손상을 야기하는 화합물을 형성할 수 있다. 피스

톤과 실린더 라이너 사이의 오일 막에 영향을 미

칠 수 있는 피스톤크라운 위치에 침전물이 형성되

어 마찰, 발작, 및 스크래핑의 위험이 증가한다. 피

스톤 링 뒤에서도 침전물이 형성되면 링이 더 이

상 움직일 수 없기 때문에 링과 라이너 마모를 유

발한다. 저유황유에서 작동할 수 있도록 낮은 알

칼리성 또는 BN을 가진 새로운 실린더 윤활유를

사용해야 한다. 저유황유로 첫 번째 작동 기간 후

엔진의 실제 실린더 상태를 평가하고 그에 따라

작동해야 하며, 과도한 피스톤크라운 침전물이 형

성되는 것으로 보이는 경우 윤활유 공급 속도를 낮

추거나 낮은 BN 실린더 윤활유로 교체하는 것이

좋다[4].

2.10 지방산 메틸 에스테르(fatty acid methyl

esters, FAME)

글리세라이드 분획을 제거하여 지방산 메틸 에

스테르[fatty acid methyl esters, FAME; 바이오디

젤(biodiesel)이라고도 함]를 생성하는 에스테르 교

환 공정의 생성물이다. FAME는 점화 및 윤활 특성

이 우수하며, ISO 8217:2017에서 FAME의 함유

량을 최대 7%까지 허용하는 DF (distillate FAME)

등급 3종류(DFA, DFZ, DFB)를 도입하였다[6].

FAME를 포함하는 연료를 사용하기 전에 탱크,

배관, 장비 및 구성품의 작동 성능 측면에서 연료

와 일치하는지 확인해야 한다. 구리(Cu), 납(Pb),

주석(Sn), 및 아연(Zn)과 같은 재료로 만들어진 장

비 및 부품과 접촉하면 FAME를 산화시켜 침전물

을 만들 수 있다. 그리고 연료 내 수분 함유량과 산

값도 중요한 매개변수이다. 연료 내 수분이 많으

면 미생물이 번식하게 되며, FAME 분자가 분해되

어 연료 시스템의 부식을 일으킬 수 있는 유기산

을 형성한다. 그래서 최대한 연료 내 수분 함유량

을 줄이는 것이 좋으며 산값을 측정하는 것이 중

요하다[10].

바이오디젤은 경유보다 운점 및 유동점이 높아

동절기에 저온 유동성이 좋지 않아 연료 부족, 연료

라인 및 필터 막힘 등 엔진 문제가 발생할 수 있다.

3. 결 론

2020년 1월 1일부터 연료유의 황 함유량이

0.50% m/m을 초과하지 않아야 한다. 즉, 선박 엔

진은 최대 0.50% m/m 황 함유량 연료를 연소해야

하며, 공급된 연료는 최대 0.50% m/m 황 함유량

연료를 사용해야 한다. 선주는 2020년 0.50% m/m

미만의 황 함유량 연료에 대한 선박 운영을 계획

할 때, 규제 준수를 위해 계획을 세우는 것이 중요

하다. 이러한 작업은 가능한 빨리 2019년에 완료

되어야 하며, 0.50% m/m 미만의 황 함유량을 만

족하는 저유황유로 선박의 연료유 전환은 2020년

1월 1일까지 완료되어야 한다. IMO는 회람문서

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”을 발표하여 2020년까지의

계획 프로세스를 권장하고 있다[17].



IMO 황산화물 규제 시행 이후 항만국통제(post

state control, PSC) 담당자가 선박의 연료유 계통

에서 직접 시료를 채취하여 연료유의 황 함유량 한

계치가 0.50% m/m 미만을 준수하는지 검증하는

사례가 증가할 것으로 예상된다. 이러한 시료 채

취는 MARPOL 부속서 VI 규정 18.8.1에 따라 벙

커링 중 채취하여 선내에 보관하는 법정 MARPOL

시료와는 별개이다. 0.50% m/m 미만의 황 함유량

의 연료유를 준비하고 IMO 황산화물 규제를 이행

하기 위해 잠재적인 연료유 관련 문제를 평가해야

하고 이들의 해결이 요구된다.

선박용 연료유를 구입하는 경우 관련 당사자는

최소 3명이며, 이들 각 당사자는 서로 다른 책임을

가지고 있으며, 절차를 잘 갖추기 위해서는 각자의

역할을 다해야 한다:

⋅연료 공급자: 다른 연료와 혼합되지 않는다고

가정했을 때, 공급지점에서 엔진 입구까지 연료

가 안정적이고 균질할 수 있도록 공급해야 한다.

그리고 공급 연료가 ISO 8217, 조항 5의 요구사

항을 준수하는지 확인하기 위해 적절한 품질 보

증 및 변경 절차 관리를 수행하는 것이 중요하

다. 연료 구매자와 합의된 규격에 부합하는 연

료유를 공급할 책임이 있다[23].

⋅연료 구매자: 연료 시스템 및 엔진과 같은 연료

특성과 선박의 기술적 능력과 의도된 작동 영역

을 고려하여 주문된 연료유가 서로 일치하는지

확인해야 한다. 그리고 공급될 연료유를 정확하

게 지정할 책임이 있다[23]. 그리고 연료유 공급

자에게 연료유의 품질을 보장하기 위한 검증시

험을 요청하는 것이 좋다.

⋅연료 사용자: 연료유의 특성과 선박의 기술적 능

력이 서로 일치하는지 알아야 한다. 최적의 엔진

성능을 위해 탱크 관리, 연료 세척 및 취급 절차

를 수행해야 한다. 사용자는 공급자와 협의하여

주문한 연료유에 대한 특별한 요구사항을 수립

해야 하고, 연료사양 품질 증명서(certificate of

quality, COQ)를 공급자에게 요청하여, 여기에

수록된 정보를 통해 연료유의 호환성 문제와 장

비 및 연료유 관리 장치를 조정할 필요가 있는

지에 대한 여부를 포함한 상세한 기술 분석을 수

행해야 한다[24].

다양하고 새로운 종류의 저유황유가 시장에 출

시될 것이며, 연료유 품질은 지역마다 훨씬 더 달

라질 것이다. 앞서 언급했듯이 저점도인 선박용 증

류에서 고점도인 선박용 잔사유 사이에 차이가 생

기며, 밀도도 달라지며, 연료유가 자유롭게 흐르도

록 충분히 온도를 유지되는지 등 연료유의 중요한

매개변수가 달라질 수 있다. 이러한 상황을 인식

하고 선박 및 연료유 공급과 관련하여 많은 준비

가 필요하다.

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 re-

gulation 14.1.3 of MARPOL Annex VI (2016).

3. 이언경, 황산화물, 질소산화물 배츌규제가 해

운에 미치는 영향 및 대책, 한국해양수산개발

원 (2011).

4. CIMAC, WG7 Fuels, Guideline for the ope-

ration of marine engines on low sulphur diesel

(2013).

5. CIMAC, Recommendations regarding fuel

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6. ISO 8217, Petroleum products - Fuels (Class

F) - Specifications of marine fuels (2017).

7. CIMAC, Recommendations conerning the de-

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8. ICS, Provisional guidance to shipping com-

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9. IACS, Recommendation for petroleum fuel

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15. Bureau Veritas, Guidelines for the use of low

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16. MSC 101/8, IACS, Method of work for eva-

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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).

이 보 람2005~2009 부경대학교 양식학과

2009~2011 부경대학교 수산생물학 석사

2011~현재 (재)한국조선해양기자재연구원

김 민2000~2004 홍익대학교 조선해양공학과

2004~2006 홍익대학교 조선해양공학 석사

2011~현재 (재)한국조선해양기자재연구원

기획특집: 선박유래 오염물 저감기술 - cheric · 저자(e-mail: [email protected])...

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