This study proposed a new thermal energy generation method and an enhanced carbon capture process by applying capture process modifications for reducing the energy consumption of onboard CO2 capture systems (OCCS). Firstly, an economical approach for thermal energy generation, utilizing heat pumps and waste heat from engine cooling water, was proposed. Secondly, low-energy demand capture processes for ships with capture process modifications were investigated. Focusing on ship engines with EGR characterized by high recirculation rates, increased CO2 concentrations, and decreased exhaust gas flows, this study applied modifications to the carbon capture process, such as absorber inter-cooling, rich amine split, and lean vapor compression, with the aim of measuring the energy consumption and additional CO2 emissions associated with the capture process. Thirdly, the new thermal energy generation method and capture process enhancements were combined within onboard CO2 capture systems for large vessels (Oil tanker). The study investigated the subsequent energy consumption and life cycle costs arising from escalating ship emission regulations. Furthermore, a study was conducted to assess the implications of implementing a carbon tax (GHG levy) on ship fuels, as it is one of the candidates for the IMO's mid-term measures to reduce greenhouse gas emissions in the maritime sector. As a result, an economical onboard carbon capture system with a life-cycle cost of less than 150 USD per ton of CO2 was proposed, and furthermore, the potential to significantly reduce ship carbon emissions to near-zero levels (with a capture rate of 97.9%) through the use of OCCS was proposed and investigated.
본 연구는 선상 이산화탄소 포집 시스템의 에너지 효율을 증진시키기 위한 새로운 열에너지 생산 방법과 재생열을 낮출 수 있는 포집공정 개선방안을 적용한 새로운 포집공정을 제안하였다. 첫째, 히트펌프 및 엔진냉각수 폐열을 활용한 경제적인 열에너지 생산 방법을 제안하였다. 둘째 낮은 에너지(재생열) 요구량을 갖는 선박용 포집공정 개선방안을 제안하였다. 대형선박에 사용되는 기존의 LNG 이중연료 엔진과 최근 출시된 높은 재순환(Recirculation) 유량, 고농도 CO2 및 낮은 배가스 유량을 배출하는 EGR 엔진을 대상으로, 흡수탑 냉각, 리치 아민 분기, 아민 증기 압축 등의 포집공정 개선안을 적용하여, 탄소 포집 공정(carbon capture process)의 에너지 소모량 및 CO2 추가 배출량을 정량화하였다. 셋째, 상기 언급된 새로운 열에너지 생산 방법과 포집공정 개선방안을 결합한 선상 이산화탄소 포집시스템을 대형선박(유조선)에 적용하고, 선박 배출량 제한 규제강화(배출량 제한)에 따른 에너지 소모량 및 생애주기비용을 제시하였다. 더불어, IMO 탄소배출 중기규제 후보군 중 하나인 선박연료에 대한 탄소세 부과가 본 연구에서 제안한 선상 이산화탄소 포집시스템의 생애주기비용에 미치는 정도를 평가하였다. 그 결과, 톤 CO2 당 150 USD 미만의 생애주기비용을 갖는 경제적인 선상 탄소 포집시스템이 제안되었으며, 더불어 OCCS를 통해 선박의 탄소배출을 Near-Zero 수준으로 대폭 저감할 수 있는 기술적 경제적 실현가능성(포집률 97.9%)을 분석하였다.
