친환경선박 대체연료 기술개발 동향

안녕하세요? 할로파파 입니다.

요즘 날씨가 많이 춥네요, 모두들 건강 조심하십시오.

오늘은 친환형선박 대체연료에 관한 정보를 다뤄보고자 합니다.

선박 대체연료에 관한 배경, 관련동향, 기술개발 방향 등을 다뤄보고자 합니다.

전 세계적으로 환경규제가 강화되고 있는 상황입니다. 그만큼 자연환경의 중요성이 대두되고 있고, 이제는 전산업에서 환경을 가장 먼저 생각해야 하는 시기가 아닌가 싶습니다.

1. 선박 대체연료 관련 배경

1) 지구온난화에 대한 글로벌 GHG 감소 노력

- 국제해운 이산화탄소(CO2) 배출량은 2012년 기준으로 796백만톤이며, 전 세계 CO2 배출량의 2.2%를 차지하고 있음

※ 국제해운 온실가스 배출량은 기후변화협약(UNFCCC)에서 요구되는 국가별 배출량 통계 및 감축규제에 포함되고 있지 않으며, 교토의정서 제2조2항에 따라서 IMO에서 국제해운 감축에 대한 논의를 위임받아 추진해오고 있음

2) IMO 국제 환경규제

- 선박 환경규제가 지속 강화되고 있으며 특히 IMO 2020 SOx 규제 및 IMO 2030 & 2050 GHG 규제 도입으로 조선해운산업은 강력한 도전과제에 직면해 있음

※ IMO 2020(SOx)는 전 세계 모든 해역에서 황 함유량 0.5%(m/m)이하 연료 사용 또는 배출가스 후처리장치 사용을 요구함. IMO 2030(GHG)는 '08년 대비 '30년까지 선박 탄소집약도의 40% 감축을 요구하고 있으며, IMO 2050(GHG)는 '08년 대비 '50년까지 선박 탄소집약도의 70% 감축 및 온실가스 배출량의 50% 감축을 요구함

3) 친환경선박법

- 환경친화적 선박의 개발 및 보급 촉진에 관한 법률(이하 친환경선박법) : ① 2018년 12월에 제정되어 2020년 1월부터 시행되었으며, 법에 따라 5년 단위의 국가 기본계획을 수립하고 있음(1차 기본계획은 2021년 ~ 2030년까지 친환경선박 개발 및 보급의 기본방향 및 중장기 목표를 제지함). ② 2030 친환경 관공선 전환계획을 통해 2030년까지 관공선 100%를 친환경선박(LNG, 하이브리드 건조, 미세먼지 저감장치 장착 등)으로 전환 추진중. ③ 공공부문에 친환경선박 선제적 도입을 통해 관련 기술 상용화 및 운영기반 확충 등 민간 보급을 위한 마중물 역할을 수행할 것으로 기대됨

- 친환경 선박의 개념 : 친환경선박법 제 2조 3호 "친환경 에너지 또는 연료를 동력원으로 사용하거나 해양오염 저감 또는 선박 에너지 효율 향상 기술을 탑재한 선박"을 정의함

구분		정의
오염저감기술 또는 선박에너지 효율 기술 적용 선박	해양오염 저감기술	선박에서 배출되는 오염물질을 저감하는 기술 - 황화물 저감장치(스크러버) - 배기가스 재순환 장치(EGR) - 질소산화물 저감장치(SCR) - 선박평형수 처리장치(BWMS) - 미세먼지(입자상물질) 저감 필터(DPF)
	선박에너지 효율기술	선박의 에너지 효율을 높이는 기술 - 최적선형 설계기술(선형설계, 에너지 절감 부가물 설계 등) - 신소재 설계기술(고장력강, 내부식강, 경량소재 등) - 마찰저항 저감기술(공기윤활, 선체코팅, Bio fouling 등) - 추진기 설계 기술(복합프로펠러, 고효율 추진기 등) - 운항효율 최적화 기술(항로탐색, 감시시스템 등) - 탄소포집장치(CCS) - 에너지 하베스팅 기술(폐열/냉열회수, 발전 등)
친환경에너지 추진선박		아래 나열된 친환경에너지를 이용하여 추진하는 선박 - 액화천연가스(LNG), 압축천연가스(CNG) - 수소 - 액화석유가스(LPG) - 메탄올 - 암모니아 - 산업부 및 해수부 장관이 기타 에너지를 사용하여 추진하는 선박(혼합연료, 바이오 연료, 에탄올, 풍력, 태양열, 태양광 등)
전기추진선박		충전받은 전기를 동력원으로 사용하는 선박
하이브리드 선박		연료와 전기에너지를 조합하여 동력원으로 사용하는 선박
연료전지 추진선박		수소/암모니아 등을 사용하여 연료전지를 통해 발생한 전기에너지를 이용하여 추진하는 선박

2. 선박 대체연료 관련 동향

1) 선박 대체연료

- 대체연료의 필요성

① 선박기인 탄소배출 저감을 위하여 시행되고 있는 EEDI규제를 충족시키기 위하여 선박 대형화, 선형 및 추진 장치 효율화 등의 기술적 수단이 적용되고 있음

② 이외에 추가적으로 온실가스 저감이 가능한 방법으로 운항적 조치가 있으며, 저속운항 및 운항 최적화 등을 통한 탄소배출 저감이 가능함

③ 위의 수단만으로는 지속적으로 강화되는 IMO 온실가스 배출 저감 목표 달성은 불가능할 것으로 예상되며, 저탄소 또는 무탄소연료 사용이 주목받고 있음

④ IMO 선박 온실가스 감축 초기 전략의 장기조치에는 “무탄소 또는 탈 화석연료의 개발 및 공급 추구”가 포함되어 있어 중장기적으로 선박 연료의 변화는 필수적임

- 선박 대체연료의 종류

① (LNG) 기존 화석연료를 대체하는 가장 대표적인 선박 대체연료로서 매장량이 풍부하여 기존 화석연료와 동일하게
안정적 공급이 가능하고, 질소산화물, 황산화물 및 탄소배출 저감이 가능함. 그러나 탄소배출 저감량이 18~20%
정도에 그쳐 탈탄소화에 한계가 있고, LNG의 주요 성분인 메탄은 온실효과가 매우 높음

※ 탈탄소화의 한계를 극복하기 위해 무탄소 연료와 혼합연소 및 온실가스 포집기술 적용 등이 고려

② (LPG) 상온에서 압력만 가하면 액화되어, 설비가 간단하고 취급이 용이, 벙커링 시설 LNG 대비 구축비용 30% 수준.
특히, 유가 대비 연비는 LNG와 CNG에 비해 높아 경제성이 높으며, 열량 대비 작은 저장 공간이 필요

③ (바이오 연료) 기존 연료유 또는 LNG 추진방식과 호환이 가능해 큰 개조 없이 기존 선박에서도 사용이 가능함. 높은
단가와 생산 원료 수급 문제로 인해 충분한 공급이 가능할지는 아직 미지수임

④ (메탄올) 상온·상압에서 저장이 가능하며, 기존 큰 개조 없이 기존 선박에서 사용이 가능하나, 탄소중립-메탄올 생산
비용이 높음

※ 수소저장의 다른 형태 : 메탄올(수소와 이산화탄소를 합성), 암모니아(수소와 질소 합성)

⑤ (암모니아) 사용 시 탄소를 전혀 배출하지 않는 연료이며, 비교적 용이한 조건(-34℃)에서 저장이 가능하고 탄소중립-
암모니아의 생산은 타 탄소중립연료 대비 비교적 저렴한 것으로 알려져 있음. 비교적 낮은 에너지 밀도로 인하여 기존
화석연료 대비 약 4.1배정도의 연료탱크가 필요하며, 독성이 존재하여 현재까지 선박에서 암모니아를 연료로 사용할
수 있는 규정이 미비함

⑥ (수소) 사용시 탄소를 전혀 배출하지 않는 연료이며, 연료전지를 이용하여 에너지를 발생시킬 수 있음. 수전해를 이용한 직접적인 생산이 가능하므로 재생에너지와 연계하여 친환경적인 생산이 용이함. 액화시 –253℃에서 액화하므로 저장
및 보관과정에서 큰 에너지가 소모되며, 체적 에너지밀도가 낮아 기존 대비 약 7.6배의 연료탱크가 필요함

⑦ (배터리) 선박에서 사용시 탄소를 전혀 배출하지 않으며, 배터리를 충전하기 위한 전기는 다양한 방법으로 생산될
수 있음. 항만내 충전설비를 갖추어야 하며, 매우 낮은 에너지 밀도로 인하여 연안 소형선박 및 중대형 하이브리드
추진선에 적용 예상

3) 글로벌 환경규제 대응 현황

- 2020년 시행된 황산화물 규제 등은 저유황유 사용 등 대안이 존재하며, 규제시행에 대한 선주 관망 등으로
친환경선 전환에 소극적이었으나, 온실가스 규제(EEDI, EEXI, 총량규제·탈탄소화)에 따라 친환경선박으로
전환이 가속화될 전망임

- 국내동향

① 국내 운항중인 총 선박수는 9,380척(연안 8,306척+외항 1,074척)이나, 규제 관망세 등으로 334척(3.7%)만이 환경
규제 대응 중임

※ 5,000톤 미만 선박은 IMO 규제 대상이 아니며, 대부분의 연안선박도 규제대상이 아님

② 스크러버 부착 선박(319척, 95.5%)이 대부분이며, LNG 추진선박(14척, 4.2%, 운항 5척 + 건조중 9척), 전기추진선박
(1척, 0.3%)으로 보급은 미흡한 실정임

- 글로벌 친환경 선박 동향

① 전세계 국제항해 선박은 99,319척, 건조 중인 선박은 3,641척이나 업계의 규제 관망세* 등으로 5.6% 수준인 5,753척
(운항+건조)만이 환경규제 대응 중임(Clarkson, '20.9월)

* 20년 황산화물 규제에 대해 대부분의 선주(약 94.4%)는 저유황유 등 사용 고려

② 스크러버 부착이 4,459척으로 전체 대응 선박의 약 77.5%를 차지함. 운항 중인 LNG 추진 선박은 583척이며, 건조 중인 372척 포함 시 955척으로 약 16.6% 수준이며, 전기추진(배터리)
선박은 230척(약 4%)임. 이외 대체연료선박은 LPG(32척), 메탄올(22척), 수소(3척) 선박 등 총 109척(약2%)에 불과함

3. 기술개발 방향

1) 연료의 변화, 대체연료 사용은 친환경선박 기술의 핵심임

- LNG/LPG

① (LNG) 우리나라에서 건조하는 주력선박에 현재 적용이 가능한 유일한 연료로써, 선박 건조기술 수준은 높으나,
핵심부품(LNG 연료공급기술, 저장탱크, 화물창 설계 등) Track record 확보가 필요

② (LPG) 경제성, 저장공간, 연료공급을 고려할 때, 소형 연안선박 보급확대에 적절하나, 화재폭발 등의 위험성에
기반한 설계·건조 필요

- 바이오/메탄올

① (바이오) 기존 연료유 또는 LNG 추진 방식과 호환*이 가능해 공급단가 등 경제성 확보시 기술적으로 즉시 사용
가능한 연료

② (메탄올) 독일, 일본 등 주요국은 수소, 암모니아와 함께 메탄올도 하나의 미래친환경 대체연료로 주목

- 암모니아/수소

① (암모니아) LNG 이후, 대양항해선박에 적용 가능한 연료로 주목 받고 있으며, 생산 공정 및 운송 인프라가 이미
확보되어 있으나, 유독성·부식성 등을 보완하는 기술 필요

② (수소) 궁극의 에너지(연료) 기술로써, 특히 액화수소 연료는 친환경성과 함께 기술적 난이도가 높음*. 국내 수소
경제 활성화의 필수 요소인, 수소운반선 기술 확보와 연계하여 진행 가능할 것으로 예상됨

- 전기/하이브리드 선박

① 전기추진은 함정, LNG운반선 등에 제한적으로 적용되어 왔으나, 선박용 배터리·연료전지 기술 및 하이브리드
추진시스템 개발에 따라 확대·적용이 주목 받음

4. 대체연료와 IGC & IGF 코드 개발 동향

1) IGC 코드(International Gas Carrier Code)

- IGC 코드는 화물 특성을 고려하여 선박, 선원 및 환경과 관련된 잠재 위험을 최소화하기 위해 갖추어야 할 안전
설비 기준뿐만 아니라, 해당 화물의 안전한 운송을 위한 선박의 설계 및 건조기준을 제공

※ 특히, 저온 또는 고압 상태의 화물운송선박의 충돌·좌초 등에 의한 화물탱크 손실·유출 등

- 자발적 GC 코드(1975년) 이후, IMO를 통해 신조선의 IGC 코드로 강제화(1983년) 되었고, 지금까지 여러 번에
걸쳐 개정되었음

- 향후, 전세계적 친환경 정책에 따른 대체연료에 대한 산업계 수요는 IGC 코드 제·개정과 연계될 것임을 알 수 있음

2) IGF 코드(International Gas Fuel Code)

- IGF 코드 개요

① IGF 코드는 가스 또는 저인화점 연료를 추진 연료로 사용하는 선박에 대한 국제표준을 제공하기 위하여 개발됨

※ 특히, 안전 및 환경을 위한 추진 및 보조 목적을 위한 기기의 배치 및 설치에 대한 필수 기준

② 해운산업의 환경대응 필요성 증대에 따라, IMO는 ‘해양오염방지협약’ 부속서 VI ‘선박으로부터의 대기오염방지를
위한 규칙’을 채택함(1997년)

③ 향후, IMO 등 국제 환경규제와 각국의 친환경 정책에 따라, 대체연료 추진선박 건조가 증대될 것이며, 지속적인
IGF 코드 개정의 요인이 될 것임

5. 결론

1) 지구온난화에 대한 글로벌 GHG 감소 노력의 일환으로, 해운분야 국제 환경규제와 연계한 친환경선박 기술개발
및 보급촉진 정책(법안) 추진 중

2) 친환경 (에너지) 추진선박의 연료는 LNG, LPG, 바이오 가스·디젤, 메탄올, 암모니아, 수소 등이 있으며, 저탄소 및
무탄소(탄소중립) 연료로 구분됨

3) 또한, 친환경성(탄소지수 등), 경제성(연료 수급·공급 등), 기술성(선내저장·공급, 안전, 취급, 추진시스템 등) 등을
고려하여 연료가 선택될 것임

4) 궁극적으로 무탄소 연료 추진선박이 출현할 것이나, 예측 및 전망이 엇갈리고 있으며, 국가별 정책 및 산업 구조
등에 따른 선택이 될 것임

할로파파