선박용 배기가스재순환장치 (Marine Exhaust Gas Recirculation System)

한 줄 정의: 배기가스 일부를 흡기계통으로 재순환시켜 연소온도를 낮춤으로써 질소산화물 생성을 억제하는 선박 엔진 저감장치이다.

쉽게 풀면

배기가스 일부를 다시 엔진으로 되돌려 넣어서 연소온도를 낮추고 오염물질을 덜 만들게 하는 장치이다.

왜 중요한가

선박용 배기가스재순환장치는 배기 일부를 냉각·세정해 연소실로 되돌려 연소 온도를 낮춤으로써 질소산화물 생성을 줄이는 기술로, SCR과 함께 3차 기준 대응의 양대 수단이며 요소수가 필요 없다는 장점 때문에 일부 기관 제조사가 표준으로 채택했습니다. 연소 특성 변화와 연료 소모 영향이 기관 연구의 관심사입니다.

어떤 절차인가

배기가스의 일부를 기관 배기관에서 분기합니다(고압 방식은 과급기 앞에서, 저압 방식은 뒤에서 분기하는 구성이 소개됩니다).
황산화물과 입자를 줄이기 위해 세정(스크러버)하고 냉각합니다.
처리된 가스를 흡기(소기)와 섞어 실린더로 되돌립니다. 되돌린 가스는 산소 농도를 낮추고 비열이 높아 연소 최고온도를 낮춥니다.
질소산화물(NOx)은 고온에서 질소와 산소가 반응하는 열적 경로가 주 원천이라 연소 온도가 내려가면 생성이 줄어듭니다(Zeldovich 기구; Heywood, 1988).
세정에 쓰인 물은 별도 처리를 거쳐 배출하거나 보관합니다.

규제 맥락: MARPOL 부속서 VI의 질소산화물 3차 기준(Tier III)은 저속 대형 기관(분당 130회전 미만) 기준으로 3.4 g/kWh이고, 1차 기준 17.0, 2차 기준 14.4 g/kWh와 비교하면 1차 대비 80%, 2차 대비 약 76% 낮은 값입니다(코드 계산). 3차 기준은 질소산화물 배출규제해역(NECA)에서 해당 시기 이후 건조된 선박에 적용됩니다.

언제 쓰고 무엇을 얻나

언제 쓰나: 3차 기준을 충족해야 하는 기관에서 요소수를 쓰는 선박용 SCR 대신 또는 함께 쓰는 선택지로 검토됩니다. EGR은 요소수가 필요 없다는 점이 장점으로 소개됩니다.
얻는 것: 기관 내부에서 질소산화물 생성을 억제해 배기가스 후처리 반응기를 두지 않고도 기준에 접근합니다.
치르는 비용: 재순환율이 높을수록 질소산화물은 줄지만 그을음(입자) 배출과 연료 소비가 늘 수 있는 상충 관계가 있습니다. 세정수 처리, 흡기계통 오염·부식 관리가 운용 부담입니다.
연료 영향: 연료의 황 함량이 높으면 세정수의 산성도와 입자 부하가 커져 처리 설비 부담이 늘어납니다(선박연료유 황함유량규제와 연결).
설치 시점: 기관 내부 계통이라 설계 단계에서 정해지는 경우가 많고 기존 기관에 후설치하기는 SCR보다 어렵다고 설명됩니다.

논문에는 이렇게 적는다

기관 종류(2행정/4행정, 저속/중속), EGR 방식(고압/저압), 재순환율(%)과 측정 방법을 적습니다.
질소산화물 배출량을 규제 시험 모드(부하별 가중 평균)에서 g/kWh 로 보고하고 규제 기준(Tier)과 비교합니다.
질소산화물 외에 그을음, 연료 소비율, 연소 압력·온도 같은 영향 변수를 함께 제시합니다.
연료 종류(황 함량), 세정수 발생량과 수질, 청소·정비 이력을 밝힙니다.

논문에서는 이렇게 쓰입니다

실제 논문에서

이 용어를 직접 쓴 국내 논문 문장을 아직 수집하지 못했습니다. 수집되는 대로 출처와 함께 싣겠습니다.

예시 문장

아래는 용어의 쓰임을 보여 주려고 만든 예시로, 실제 논문에서 가져온 문장이 아닙니다.

EGR 시스템은 재순환 배기가스를 세정·냉각한 뒤 흡기와 혼합해 실린더 내 최고연소온도를 낮춰 열적 질소산화물 생성 반응을 억제한다.

2행정 저속엔진에 고압 EGR을 적용해 질소산화물 배출을 Tier III 수준까지 낮추면서 SCR 대비 요소수 보급 부담을 줄인다.

"동일한 저속 2행정 기관에서 고유황 연료와 저유황 연료로 각각 EGR을 운전하며 세정수 발생량과 처리 부담을 비교한 시험은, 고유황 연료 사용 시 세정수의 산성도와 입자 부하가 크게 높아져 수처리 설비 용량과 운용 비용이 늘어나는 것으로 나타났다."

이 문장은 EGR의 부수적 운용 부담인 세정수 처리 문제가 사용 연료에 따라 얼마나 달라지는지를 시험으로 보여줍니다. 앞의 예문이 EGR의 작동 원리와 저감 목표를 설명했다면, 이 문장은 실제 운용에서 연료 선택이 세정·배수 계통에 주는 영향을 다룬다는 점에서 다른 단계를 보여줍니다.

조금 더 깊게 보면

재순환 배기의 황과 입자가 연소실과 배기 계통을 오염시키므로 세정과 냉각 장치가 필수이고 여기서 나오는 폐수 처리가 운용 부담입니다. 재순환률을 높이면 질소산화물은 줄지만 연료 소모와 입자 배출이 늘어나는 교환 관계가 있어 최적 운전점 관리가 필요합니다.

기관 내부 계통이라 기관 설계 단계에서 결정되며 기존 기관 개조는 SCR보다 어렵습니다. 고압 EGR은 과급기 앞에서 배기 일부를 분기해 세정·냉각 후 흡기와 섞는 방식으로, 재순환률이 높을수록 실린더 내 최고연소온도가 낮아져 질소산화물은 줄지만 그을음 배출은 늘어나는 상충 관계가 뚜렷합니다.

세정에 사용한 물은 별도 처리 후 배출해야 하므로 장치 자체의 물 사용량과 폐수 처리 부담이 운용비의 상당 부분을 차지합니다.

주의할 점

재순환 배기가스에 포함된 황산화물과 그을음이 흡기계통을 오염시킬 수 있어 세정·배수 계통 관리가 필요하다.

헷갈리기 쉬운 용어

질소산화물과 황산화물 저감 장치를 구분합니다.

용어	주 대상 배출물	방식
선박용 EGR	질소산화물(NOx)	배기 일부를 재순환해 연소 온도를 낮춤(기관 내부)
선박용 SCR	질소산화물(NOx)	요소수와 촉매로 배기 후단에서 환원
스크러버(배기가스 세정장치)	황산화물(SOx)	배기를 세정해 황 제거(EGR 세정부와 이름 혼동 주의)
선박연료유 황함유량규제	황산화물(SOx)	연료의 황 함량 상한 규제
배기가스 재순환(일반)	질소산화물	자동차 등 일반 기관에도 쓰이는 원리

참고 문헌

International Maritime Organization (2008). Revised MARPOL Annex VI: Regulations for the Prevention of Air Pollution from Ships (Resolution MEPC.176(58)). IMO.
Heywood, J. B. (1988). Internal Combustion Engine Fundamentals. McGraw-Hill.
Woodyard, D. (2009). Pounder's Marine Diesel Engines and Gas Turbines (9th ed.). Butterworth-Heinemann.

표의 기준값은 위 문헌에 근거한 관례이며, 분야·학술지마다 다른 기준을 쓸 수 있습니다.