도시 블록 크기의 컨테이너 선박이 바다를 건너 화물을 운송할 때, 거대한 디젤 엔진은 기후 변화를 유발하고 인간 건강에 영향을 미치는 대량의 대기 오염 물질을 배출합니다.해상 운송은 전 세계 이산화탄소 배출량의 거의 3%를 차지하는 것으로 추산되며, 업계가 대기 질에 미치는 부정적인 영향으로 인해 매년 약 100,000명의 조기 사망이 발생합니다.

이러한 해로운 영향을 줄이기 위해 선박의 탈탄소화는 해상 운송을 규제하는 UN 기관인 국제해사기구(International Maritime Organization)의 목표입니다.한 가지 잠재적인 해결책은 글로벌 차량을 다음에서 전환하는 것입니다.화석 연료다음과 같은 지속 가능한 연료에암모니아, 생산 및 사용을 고려할 때 탄소가 거의 없을 수 있습니다.

그러나 새로운 연구에서 MIT와 다른 곳의 학제간 연구진은 강화된 배출 규제와 함께 채택되지 않는 한 해상 연료로 암모니아를 연소하는 것이 대기 질을 더욱 악화시키고 공중 보건에 파괴적인 영향을 미칠 수 있다고 경고했습니다.

암모니아 연소가 발생합니다.아산화질소(N₂O), 이산화탄소보다 약 300배 더 강력한 온실가스입니다.또한 질소산화물(NO 및 NO) 형태로 질소를 배출합니다.₂, NO라고 함_엑스), 연소되지 않은 암모니아가 빠져나와 결국 대기 중에 미세한 입자상 물질을 형성할 수 있습니다.이 작은 입자는 폐 깊숙이 흡입되어 심장 마비, 뇌졸중, 천식과 같은 건강 문제를 일으킬 수 있습니다.

새로운 연구에 따르면 현행법에 따라 전 세계 차량을 암모니아 연료로 전환하면 최대 약 600,000명의 추가 비용이 발생할 수 있습니다.조기 사망매년.그러나 규제가 강화되고 엔진 기술이 더욱 강화되면 전환으로 인해 현재 해양 선박 배출로 인한 조기 사망이 약 66,000명 줄어들고 지구 온난화에 미치는 영향도 훨씬 줄어들 수 있습니다.

"모든 기후 솔루션이 동일하게 만들어지는 것은 아닙니다. 거의 항상 지불해야 할 대가가 있습니다. 우리는 보다 전체적인 접근 방식을 취하고 탈탄소화 잠재력보다는 다양한 기후 솔루션의 모든 비용과 이점을 고려해야 합니다."라고 Anthony Wong은 말합니다., MIT 글로벌 변화 과학 센터의 박사후 연구원이자 연구의 주요 저자입니다.

그의 공동 저자로는 MIT 데이터, 시스템 및 사회 연구소와 지구 대기 및 행성 과학부(EAPS) 교수인 Noelle Selin이 있습니다.전 수석 연구 과학자였으며 현재 Imperial College London의 선임 강사인 Sebastian Eastham;프랑스 오를레앙 대학교 교수인 Christine Mounam-Rouselle;홍콩과기대 연구원 Yiqi Zhang;그리고 MIT 항공우주학과의 연구 과학자인 Florian Allroggen이 있습니다.

연구는출판됨이번 주에환경 연구 편지.

더 친환경적이고 깨끗한 암모니아

전통적으로 암모니아는 천연가스에서 수소를 제거한 다음 극도로 높은 온도에서 질소와 결합하여 만들어집니다.이 프로세스는 종종 대규모 탄소 발자국과 관련이 있습니다.해상운송업계는 신재생에너지를 이용해 전기분해해 수소를 만들고 열을 발생시켜 생산하는 '그린 암모니아' 개발에 기대를 걸고 있다.

"이론적으로 선박 엔진에서 녹색 암모니아를 연소하는 경우 탄소 배출은 거의 0입니다."라고 Wong은 말합니다.

그러나 가장 친환경적인 암모니아조차도 아산화질소(N₂O), 질소산화물(NO엑스_{) 연소되면 일부 암모니아가 타지 않고 빠져 나올 수 있습니다.}이 아산화질소는 대기 중으로 빠져나가고, 그곳에서 온실가스는 100년 이상 남아있게 됩니다.동시에 NO로 배출되는 질소는엑스_{암모니아는 지구로 떨어져 취약한 생태계를 손상시킬 것입니다.}이러한 배출물이 박테리아에 의해 소화됨에 따라 추가적인 N₂O가 생산됩니다.

아니요_엑스암모니아는 또한 공기 중의 가스와 혼합되어 미세한 입자상 물질을 형성합니다.대기오염의 주범,미세먼지매년 약 4백만 명이 사망합니다."암모니아가 '청정' 연료라고 말하는 것은 약간 과장된 표현입니다. 탄소가 없다고 해서 반드시 깨끗하고 공중 보건에 좋다는 의미는 아닙니다."라고 Wong은 말합니다.

다각적인 모델

연구원들은 전 세계 차량을 암모니아 연료로 전환할 때 환경 및 공중 보건에 미치는 영향을 포착하여 전체 그림을 그리고 싶었습니다.

이를 위해 그들은 특정 기술 및 정책 가정 하에서 오염 물질이 변화에 미치는 영향을 측정하는 시나리오를 설계했습니다.

기술적 관점에서 그들은 두 개의 선박 엔진을 고려했습니다.첫 번째는 순수한 암모니아를 연소하는데, 이는 더 높은 수준의 미연 암모니아를 생성하지만 더 적은 양의 질소산화물을 방출합니다.두 번째 엔진 기술은 연소를 개선하고 질소산화물과 미연소 암모니아 오염을 모두 제어하는 ​​촉매 변환기의 성능을 최적화하기 위해 암모니아와 수소를 혼합하는 것입니다.

그들은 또한 세 가지 정책 시나리오를 고려했습니다. 즉, NO만을 제한하는 현재 규정입니다._엑스세계 일부 지역의 배출;북미와 서유럽에 암모니아 배출 제한을 추가하는 시나리오;암모니아와 NO에 대한 전역 제한을 추가하는 시나리오_엑스방출.

연구원들은 선박 추적 모델을 사용하여 각 시나리오에서 오염 물질 배출이 어떻게 변화하는지 계산한 다음 그 결과를 대기 질 모델에 입력했습니다.대기 질 모델은 선박 배출이 입자상 물질과 오존 오염에 미치는 영향을 계산합니다.마지막으로 그들은 전 세계 공중 보건에 미치는 영향을 추정했습니다.

가장 큰 과제 중 하나는 실제 데이터가 부족하다는 것입니다. 아직 암모니아를 동력으로 사용하는 선박이 바다를 항해하고 있지 않기 때문입니다.대신, 연구자들은 공동 연구자들의 실험적인 암모니아 연소 데이터에 의존하여 모델을 구축했습니다.

"우리는 해당 데이터를 기술 및 규제 상황 모두에 유용하고 유익하게 만들 수 있는 몇 가지 영리한 방법을 찾아야 했습니다."라고 그는 말합니다.

다양한 결과

결국 그들은 새로운 규정이 없고 순수한 암모니아를 연소하는 선박 엔진이 없다면 전체 선박을 교체하면 매년 681,000명의 추가 조기 사망이 발생할 것이라는 사실을 발견했습니다.

"새로운 규제가 없는 시나리오는 그다지 현실적이지 않지만 암모니아 배출이 얼마나 위험할 수 있는지에 대한 좋은 경고 역할을 합니다. 그리고 NO와는 달리_엑스, 운송으로 인한 암모니아 배출은 현재 규제되지 않습니다. "라고 Wong은 말합니다.

그러나 새로운 규정이 없더라도 청정 엔진 기술을 사용하면 조기 사망자 수를 약 80,000명으로 줄일 수 있으며, 이는 현재 해상 운송 배출량으로 인한 것보다 약 20,000명 적은 수입니다.더욱 강화된 글로벌 규제와 청정 엔진 기술로 인해 선박 대기 오염으로 인한 사망자 수는 약 66,000명까지 줄일 수 있습니다.

"이 연구 결과는 새로운 기술과 함께 정책을 개발하는 것의 중요성을 보여줍니다."라고 Selin은 말합니다."운송 시 암모니아는 기후와 대기 질 모두에 유익할 가능성이 있지만, 이를 위해서는 기후와 대기 질을 모두 포함하여 잠재적인 영향의 전체 범위를 다루도록 규정을 설계해야 합니다."

암모니아의 대기 질 영향은 전 세계적으로 균일하게 느껴지지 않으며 이를 완전히 해결하려면 매우 다른 상황에서 조정된 전략이 필요합니다.대부분의 조기 사망은 동아시아에서 발생하는데, 이는 이 지역의 대기질 규제가 덜 엄격하기 때문입니다.기존 대기 오염 수준이 높을수록 암모니아 배출로 인한 미립자 물질이 더 많이 형성됩니다.게다가 동아시아의 운송량은 지구상의 다른 지역보다 훨씬 커서 이러한 부정적인 영향을 더욱 가중시킵니다.

앞으로도 연구원들은 분석을 계속해서 개선하기를 원합니다.그들은 이러한 발견을 출발점으로 사용하여 해양 산업이 대기 질과 기후 영향을 더 잘 평가하는 데 사용할 수 있는 엔진 데이터를 공유하도록 촉구하기를 희망합니다.또한 정책 입안자들에게 선박 배출 규정 업데이트의 중요성과 긴급성을 알리기를 희망합니다.

이 이야기는 MIT News(web.mit.edu/newsoffice/)는 MIT 연구, 혁신 및 교육에 대한 뉴스를 다루는 인기 사이트입니다.