Dual fuel engine 이야기

선박의 주기관이라고 하면... (어선 군함 및 연안여객선 말고) 대부분 2-stroke Diesel engine이 적용 됩니다. 그리고 발전기는 대부분 4-stroke Diesel engine이 적용되고요.

네... 모두 디젤엔진 입니다. 왜냐하면 저질의 Heavy fuel oil을 주 연료로 사용하기 때문입니다.

그럼 Dual fuel engine은 어떤 엔진을 말하냐 하면 기존의 HFO(Heavy Fuel Oil) 외에 LNG를 추가로 사용할 수 있는 엔진을 말 합니다.

LNG carrier는 tank에서 자연적으로 기화되는 LNG가 발생 합니다. 이 가스를 버리기 아까우니 기존의 LNGC는 이 남는 LNG로 boiler를 가동 steam을 만든 후 turbine을 돌려 추진으로 사용했습니다.

그런데 boiler와 turbine의 조합은 효율이 diesel engine보다 낮습니다. LNG를 diesel engine에 사용할 수 있으면 아주 효율적인 선박이 되겠죠.

LNG 가스를 사용해야 하는데 Diesel engine이라니 이해가 잘 안되시죠 자동차 중 일반적인 가스차는 모두 가솔린 Otto cycle 인데...

Diesel engine중 4-stroke엔진은 피스톤과 흡배기밸브 움직임만 보면 Otto cycle엔진과 동일합니다. 차이가 있다면 diesel 연료를 분사하기 위한 고압 펌프와 점화플러그 유무 정도입니다. 그럼 Diesel cycle과 Otto cycle 두 가지 구성품을 다 가지면 두 모드를 왔다갔다 할 수 있겠죠.

그래서 처음 LNGC에 적용된 dual fuel engine은 4-stroke diesel engine 입니다. 적용 밥법은 흡입 공기에 LNG를 섞어서 실린더에 넣고 점화플러그대신 점화오일로 폭발 시켰습니다.
이 dual fuel engine으로 발전기를 돌리고 거기서 생성된 전기로 모터를 돌려서 프로펠라를 돌려 추진을 시켰고, 이때가 2000년대 중 후반이네요.

서두에 선박의 주엔진은 2-stroke diesel 이라고 했었죠. 대용량에 연료 효율이 좋은... 즉 연비가 좋은 엔진이 2-stroke diesel engine 입니다.

문제는 흡입,압축-폭발,배기 의 2행정에서는 가스를 분사하기 힘들다 인데, 가장 큰 엔진 maker 두 군데에서 각기 다른 방안을 내 놨습니다. 이때는 2010년 이후네요.

우선 MAN(네... 트럭에서 많이 보이는 MAN입니다)은 diesel cycle 그대로 연료를 직접 분사하는 방법을 채택했습니다. 대신 액체연료가 아닌 가스를 분사하기 위해 가스를 300바까지 올려야 하므로 관련 부가장비가 고가 입니다.

그리고 Win-GD 는 2행정의 흡입,압축 사이를 비집고 가스를 분사해서 Otto cycle처럼 작동하도록 만들었습니다. 가스 분사 압력이 낮아서 부가장비 가격은 낮으나, Diesel cycle보단 연비가 약간 낮습니다. 그래도 4-stroke보단 훨씬 높지만요.

처음엔 화물선 중 LNGC에서만 연료 효율을 위해 dual fuel engine이 적용되었는데... 2020년부터 발효되는 황 산화물 관련 환경 규제의 해결책 중 하나로 LNG 연료가 주목 받으면서 일반 화물선에도 LNG연료가 적용되기 시작했습니다.

최근에 현대 우리나라에서 건조하는 선박에 Dual fuel 엔진이 늘고 있습니다.

선박에서 LNG를 연료로 사용하는것은 황 산화물(SOx) 규제 뿐 아니라 CO2 절감에도 효과가 있으므로 앞으로 적용 사례는 계속 늘어날것으로 예상 됩니다.