클린 디젤의 필수장치 선택환원촉매 (SCR)의 모든 것
페이지 정보
글 : 채영석(webmaster@global-autonews.com)|
|
승인 2008-02-01 06:55:28 |
본문
클린 디젤의 필수장치 선택환원촉매 (SCR)의 모든 것
올 들어 독일 메이커들이 미국과 일본시장에 잇달아 디젤차 출시를 선언하고 있다. 유럽에 비해 규제가 훨씬 까다로운 시장에 디젤엔진 탑재차를 판매를 할 수 있게 된데는 커먼레일 시스템을 바탕으로 최근 폭발적으로 그 사용이 확대되고 있는 디젤엔진용 배기가스 후처리 장치인 SCR ( Selective Catalytic Reduction: 선택환원촉매)때문이다. 우리나라 메이커도 미국시장 진입을 위해 이 부문에서 앞선 기술력을 자랑하는 독일 로버트 보쉬의 SCR시스템 채용을 추진하고 있다. 보쉬코리아의 도움으로 SCR에 대해 알아 본다.(편집자 주)
일산화 질소(NO)와 이산화질소(NO2)를 모두 저감시키는 디젤 엔진용 배기가스 후처리 장치는 현재와 미래의 환경 규제정책이 강화됨에 따른 필수적인 사항이다. 뿐만 아니라 입자상 배기물질과 연료소모율을 낮추기 위한 방안의 논의들이 증가됨과 동시에 질소산화물(NOX)저감을 위한 연료 분사튜닝과 연소과정의 최적화를 위한 방안들도 논의 되고 있다.
세계적으로 이산화탄소를 줄이고자 하는 노력의 일환으로 선택 환원촉매(SCR)장치는 질소산화물(NOX)에 대한 규제를 만족시키며 동시에 연료소모율 저감에 효과적인 방법이다.
SCR system for PC/LD(승용 및 경화물차)
SCR은 selective catalytic reduction의 약자로, 산소와 반응을 하는 일반적인 자동차용 촉매저감장치와는 달리 배기가스내의 질소산화물(NOx)만을 선택적으로 저감하는 촉매장치이다. 제철소등의 일반산업체에서 질소산화물 저감에 이미 안정적으로 사용되어온 기술이며, 대형디젤엔진의 연비손실을 최소화하는 질소산화물 저감기술로 자리잡아가고 있다. 최근에는 북미의 강화된 자동차 배출가스 규제에 대응하기 위해, 북미 시장진입을 노리는 디젤 승용 및 경화물차에 채택되어 개발이 활발히 진행중이다.
SCR system 의 구성요소 및 원리
Urea Tank 및 pump, Injector
Urea tank에서 펌프를 통해 일정한 압력으로 공급된 urea는 배기관에 부착되어있는 urea injector에 의해 분사되어 관내의 배기가스와 혼합된다(dozing).
Mixing system(Urea와 배기가스 혼합을 위해 최적화된 배기관 및 Mixer)
분사된 urea 액적은 Mixer표면에서 미립화 및 열분해가 가속되므로 배기가스 내에 균일하게 분포하게 되어 SCR 촉매로 유입된다.
SCR 촉매
유입된 urea는 SCR 전단에서 가수분해 되어 암모니아(NH3)로 최종 변환된다.
촉매전단에서 형성된 암모니아는 질소산화물(NOx)과 선택반응 할 수 있는 상태로 촉매표면에 피적 되어 유입되는 배기가스를 정화시킨다.
DCU (Dozing Control Unit)
이 과정에 필요한 정보의 입수 및 판단 그리고 pump 와 injector등의 제어는 DCU(Dozing control unit)가 담당한다.
-Reduction solution 종류
NOx 반응제는 NH3용액, denoxium, urea, 등이 있으나 NH3용액은 독성과 저장의 문제가 있으며, 저온특성이 좋은 denoxium은 아직 안정성이 검증되지 않아, 현재는 urea가 가장 많이 적용되고 있다.
-SCR system 의 작동
SCR 촉매 전단으로 유입되는 NOx량이 sensor나 modeling에 의해 DCU에 전달되면 DCU는 전달된 NOx량의 저감반응을 위해 SCR 내부에서 소모되는 NH3량을 계산한다. 동시에 DCU는 촉매내부에 최적의 NH3 피적량을 유지하기 위해 NH3 소모량에 해당하는 Urea를 injector를 통해 배기관내에 분사한다. 분사된 urea는 NH3로 변환 되어 다시 촉매표면에 보충되며 이후로 유입되는 NOx와 반응하게 된다. 유입된 NOx는 피적된 NH3와 반응하여 N2와 H2O로 변환된다. System의 노후 및 이상에 의한 저감효율 변화와, 암모니아의 누출은 SCR 후단의 NOx sensor에 의해 감지되어 DCU에 의해 제어 값이 보상된다.
-SCR system의 발전방향
SCR system은 정치상태나 이에 준하는 동작영역을 가진 운전기관에서는 높을 효율과 관리에 대한 신뢰성이 입증되어있다. 하지만 소형차량은 높은 동 특성과 다양한 환경에 노출되는 기관이며 따라서 요구되는 system 및 그 운용 기술은 아직 많은 숙제를 가지고 있다. 이는 다른 관점 생각하면, 현재의 저감수준보다 월등한 성능으로 미래의 배출가스 규제에 대응할 수 있는 기술로 발전 할 수 있는 잠재력을 가지고 있다고 볼 수 있다.
-현 project
미국 EPA에서 발표한 2010년 배출가스 규제(Tier2 Bin5)의 NOx 배출량은 0.07g/mi이며, 이는 유럽의 규제(EURO5) 0.18g/km보다 기술적으로 세배 이상 엄격한 수준이다. 이는 현재 디젤엔진의 전처리 기술만으로는 달성하기 어렵기 때문에, SCR등의 후처리 기술이 적용되어야 하는 수준이다. 다임러와 BMW는 작년과 올해, 본사의 SCR system을 적용하여 규제치를 만족시키는 차량을 이미 공개한 상태이다. 현재 국내의 제작사 측에서도 미국시장 진입을 위하여 동일한 SCR system을 적용한 차량 개발이 진행 중에 있다.
올 들어 독일 메이커들이 미국과 일본시장에 잇달아 디젤차 출시를 선언하고 있다. 유럽에 비해 규제가 훨씬 까다로운 시장에 디젤엔진 탑재차를 판매를 할 수 있게 된데는 커먼레일 시스템을 바탕으로 최근 폭발적으로 그 사용이 확대되고 있는 디젤엔진용 배기가스 후처리 장치인 SCR ( Selective Catalytic Reduction: 선택환원촉매)때문이다. 우리나라 메이커도 미국시장 진입을 위해 이 부문에서 앞선 기술력을 자랑하는 독일 로버트 보쉬의 SCR시스템 채용을 추진하고 있다. 보쉬코리아의 도움으로 SCR에 대해 알아 본다.(편집자 주)
일산화 질소(NO)와 이산화질소(NO2)를 모두 저감시키는 디젤 엔진용 배기가스 후처리 장치는 현재와 미래의 환경 규제정책이 강화됨에 따른 필수적인 사항이다. 뿐만 아니라 입자상 배기물질과 연료소모율을 낮추기 위한 방안의 논의들이 증가됨과 동시에 질소산화물(NOX)저감을 위한 연료 분사튜닝과 연소과정의 최적화를 위한 방안들도 논의 되고 있다.
세계적으로 이산화탄소를 줄이고자 하는 노력의 일환으로 선택 환원촉매(SCR)장치는 질소산화물(NOX)에 대한 규제를 만족시키며 동시에 연료소모율 저감에 효과적인 방법이다.
SCR system for PC/LD(승용 및 경화물차)
SCR은 selective catalytic reduction의 약자로, 산소와 반응을 하는 일반적인 자동차용 촉매저감장치와는 달리 배기가스내의 질소산화물(NOx)만을 선택적으로 저감하는 촉매장치이다. 제철소등의 일반산업체에서 질소산화물 저감에 이미 안정적으로 사용되어온 기술이며, 대형디젤엔진의 연비손실을 최소화하는 질소산화물 저감기술로 자리잡아가고 있다. 최근에는 북미의 강화된 자동차 배출가스 규제에 대응하기 위해, 북미 시장진입을 노리는 디젤 승용 및 경화물차에 채택되어 개발이 활발히 진행중이다.
SCR system 의 구성요소 및 원리
Urea Tank 및 pump, Injector
Urea tank에서 펌프를 통해 일정한 압력으로 공급된 urea는 배기관에 부착되어있는 urea injector에 의해 분사되어 관내의 배기가스와 혼합된다(dozing).
Mixing system(Urea와 배기가스 혼합을 위해 최적화된 배기관 및 Mixer)
분사된 urea 액적은 Mixer표면에서 미립화 및 열분해가 가속되므로 배기가스 내에 균일하게 분포하게 되어 SCR 촉매로 유입된다.
SCR 촉매
유입된 urea는 SCR 전단에서 가수분해 되어 암모니아(NH3)로 최종 변환된다.
촉매전단에서 형성된 암모니아는 질소산화물(NOx)과 선택반응 할 수 있는 상태로 촉매표면에 피적 되어 유입되는 배기가스를 정화시킨다.
DCU (Dozing Control Unit)
이 과정에 필요한 정보의 입수 및 판단 그리고 pump 와 injector등의 제어는 DCU(Dozing control unit)가 담당한다.
-Reduction solution 종류
NOx 반응제는 NH3용액, denoxium, urea, 등이 있으나 NH3용액은 독성과 저장의 문제가 있으며, 저온특성이 좋은 denoxium은 아직 안정성이 검증되지 않아, 현재는 urea가 가장 많이 적용되고 있다.
-SCR system 의 작동
SCR 촉매 전단으로 유입되는 NOx량이 sensor나 modeling에 의해 DCU에 전달되면 DCU는 전달된 NOx량의 저감반응을 위해 SCR 내부에서 소모되는 NH3량을 계산한다. 동시에 DCU는 촉매내부에 최적의 NH3 피적량을 유지하기 위해 NH3 소모량에 해당하는 Urea를 injector를 통해 배기관내에 분사한다. 분사된 urea는 NH3로 변환 되어 다시 촉매표면에 보충되며 이후로 유입되는 NOx와 반응하게 된다. 유입된 NOx는 피적된 NH3와 반응하여 N2와 H2O로 변환된다. System의 노후 및 이상에 의한 저감효율 변화와, 암모니아의 누출은 SCR 후단의 NOx sensor에 의해 감지되어 DCU에 의해 제어 값이 보상된다.
-SCR system의 발전방향
SCR system은 정치상태나 이에 준하는 동작영역을 가진 운전기관에서는 높을 효율과 관리에 대한 신뢰성이 입증되어있다. 하지만 소형차량은 높은 동 특성과 다양한 환경에 노출되는 기관이며 따라서 요구되는 system 및 그 운용 기술은 아직 많은 숙제를 가지고 있다. 이는 다른 관점 생각하면, 현재의 저감수준보다 월등한 성능으로 미래의 배출가스 규제에 대응할 수 있는 기술로 발전 할 수 있는 잠재력을 가지고 있다고 볼 수 있다.
-현 project
미국 EPA에서 발표한 2010년 배출가스 규제(Tier2 Bin5)의 NOx 배출량은 0.07g/mi이며, 이는 유럽의 규제(EURO5) 0.18g/km보다 기술적으로 세배 이상 엄격한 수준이다. 이는 현재 디젤엔진의 전처리 기술만으로는 달성하기 어렵기 때문에, SCR등의 후처리 기술이 적용되어야 하는 수준이다. 다임러와 BMW는 작년과 올해, 본사의 SCR system을 적용하여 규제치를 만족시키는 차량을 이미 공개한 상태이다. 현재 국내의 제작사 측에서도 미국시장 진입을 위하여 동일한 SCR system을 적용한 차량 개발이 진행 중에 있다.
