2021.09.06 (월)

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수소선박이 뜬다 ① 해양 탄소중립, 수소 등 친환경선박이 이끈다

국제해사기구, 해양 환경규제 지속 강화
2023년부터 현존선 CO2 저감 규정 ‘EEXI’ 적용
조선・해운산업, 유류 선박서 친환경선박 전환 불가피
정부, 2030년까지 선박 온실가스 70% 감축 기술개발

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[월간수소경제 이종수 기자] 전 세계 조선·해운시장이 국제해사기구(IMO)의 온실가스 규제강화와 EU의 배출권거래제(EU-ETS) 시행 등에 대응하기 위해 기존 유류 선박에서 친환경선박 체계로 전환하고 있다.  


국내는 그간 친환경선박과 관련해 체계적이고 중장기적인 정책과 기술개발 지원이 부족하고, 민간에서는 건조비 부담 등의 이유로 친환경선박 전환에 소극적인 상황이었다.  


정부는 국가 차원의 기본방향과 중장기 목표를 제시하고, 체계적인 기술개발 지원과 수혜자 맞춤의 유인정책을 마련할 필요가 있다고 판단하고, 2018년 12월 ‘환경친화적 선박의 개발 및 보급 촉진에 관한 법률’을 제정한 데 이어 지난해 12월에는 ‘제1차 친환경선박 개발・보급계획(2021~2030년)’을 발표했다. 2030년까지 온실가스 70% 감축기술을 개발하고, 친환경선박 전환대상 3,542척 중 528척(15%)을 전환할 계획이다. 

 

해양환경 규제강화

한국산업기술평가관리원의 ‘친환경선박 대체연료 기술개발 동향’ 보고서에 따르면 선박 환경규제가 지속 강화되고 있으며, 특히 IMO 2020 SOx 규제 및 IMO 2030 & 2050 GHG(온실가스) 규제 도입으로 조선・해운산업은 강력한 도전과제에 직면했다.


IMO 2020(SOx) 규제로 인해 전 세계 모든 해역에서 황 함유량 0.5%(m/m) 이하 연료나 배출가스 후처리 장치를 사용해야 한다.   


IMO 2030(GHG)은 2008년 대비 2030년까지 선박 탄소집약도(tCO2/ton·mile)의 40% 감축을 요구한다. IMO 2050(GHG)은 2008년 대비 2050년까지 선박 탄소집약도의 70% 감축과 온실가스 총배출량의 50% 감축을 요구한다.


현존선에 대한 CO2 저감 규정인 EEXI(현존선박에너지효율지수)도 2023년부터 적용될 예정이다. 


선박의 탄소배출 저감을 위해 시행되고 있는 EEDI(에너지효율설계지수) 규제를 충족시키기 위해 선박 대형화, 선형 및 추진 장치 효율화 등의 기술적 수단이 적용되고 있다. 이 외에도 저속운항, 운항 최적화 등의 운항적 조치로 탄소배출을 저감할 수 있다.  


하지만 이러한 수단만으로는 지속적으로 강화되는 IMO 온실가스 배출 저감 목표 달성이 불가능할 것으로 예상됨에 따라 저탄소 또는 무탄소 연료 사용이 주목받고 있다. 


IMO 선박 온실가스 감축 초기 전략의 장기조치에는 ‘무탄소 또는 탈 화석연료의 개발・공급 추구’가 포함되어 있어 중장기적으로 선박 연료의 변화는 필수적이다. 


친환경선박 중장기 계획 수립

국내도 이러한 흐름에 따라 친환경선박 보급에 나서고 있다. 지난 2018년 12월에 제정된 ‘환경친화적 선박의 개발 및 보급 촉진에 관한 법률’이 지난해 1월 시행됐다. 이 법에 따라 5년마다 ‘친환경선박 기본계획’을 수립해야 하는데, 지난해 12월 23일 해양수산부와 산업통상자원부는 ‘제1차 친환경선박 개발・보급 기본계획(2021~2030년)’을 확정했다. 


이에 앞서 지난 2019년 ‘2030 친환경 관공선 전환계획’을 수립해 2030년까지 관공선 100%를 친환경선박으로 전환할 예정이다.  




‘환경친화적 선박의 개발 및 보급 촉진에 관한 법률’에 따른 친환경선박이란 ‘친환경 에너지 또는 연료를 동력원으로 사용하거나 해양오염 저감 또는 선박 에너지효율 향상 기술을 탑재한 선박’을 말하며, LNG, LPG, 수소, 메탄올, 암모니아, 바이오 연료 등의 친환경에너지 추진선박, 전기추진선박, 하이브리드 선박, 연료전지 추진선박 등이 해당된다. 


또 해양오염저감기술로는 황산화물 저감장치(스크러버), 선박평형수 처리장치 등이 있다. 선박에너지 효율 향상 기술로는 최적선형설계, 신소재 설계, 마찰 저항 저감 등의 기술이 있다.   


정부는 선박에 대한 온실가스 규제강화로 2035년까지 기존 연료 선박의 LNG 추진선박으로 전환이 가속화하고, 2030년 이후 수소 등 무탄소 선박이 확산될 것으로 전망하고 있다. 


정부는 ‘제1차 친환경선박 개발・보급 기본계획’을 차질 없이 이행해 선박에 대한 국제 환경규제에 적극 대응한다는 방침이다. 


먼저 미래 친환경선박 세계 선도기술을 확보한다는 전략이다. 


이를 위해 연안선박용 수소연료전지 개발 및 해상 실증, 암모니아 연료 엔진 및 하이브리드 시스템 개발·실증 등을 추진한다. 이미 친환경 수소연료 선박 R&D 플랫폼 구축사업(2019~2023년)이 진행 중이고, 액체수소 저장 및 공급시스템 안전기술 개발(2022~2026년), 암모니아 내연기관 추진기술 개발・평가(2023~2026년) 등을 추진할 예정이다.




저탄소·무탄소 혼합연료 및 이중 연료 엔진 개발, 최적 선형 및 신소재·경량화 구조 등의 에너지효율 향상 기술개발에도 나선다. 연안용 혼합연료 추진 기술개발 및 실증(2021~2024년), 혼합연료 스마트 엔진 개발(2022~2025년), 마찰 저항 저감 기술(2023~2027년), 선체 복합 부가물(2024~2030년), 구조 경량화(2022~2026년) 등을 추진할 예정이다. 


이 밖에 LNG·하이브리드 등의 핵심부품 국산화와 LNG 추진엔진 및 대형선박용 하이브리드 기술개발을 추진한다. 이미 한국형 LNG 화물창 등의 상용화 기술개발(2020~2022년)이 진행 중이며, LNG엔진 개발(2022~2025년), 대용량 선외식 전기추진기 및 대용량 모터 패키지 개발(2022~2026년), 하이브리드 추진선박 통합모듈 설계(2023~2028년) 등이 예정되어 있다. 


또한 신기술 확산을 위한 시험기반을 구축한다는 전략이다.


먼저 신기술의 성능·안전성 검증을 위해 시험기준을 마련한다. 개발된 기술의 조속한 선박 적용을 위해 잠정기준을 우선 마련해 선박에 적용하고, 안전성 검증 후 공식기준(법령)을 마련한다는 계획이다. 지난해 7월 ‘새로운 형식의 선박시설에 대한 잠정기준 마련에 관한 규정’이 제정된 바 있다. 


시험·평가설비의 경우 기존 육상설비는 적극 활용하되, 시험ㆍ평가 품목의 다변화 및 확대ㆍ보완 등 고도화를 추진하고, 산업기술기반 조성사업 등과 연계해 미래 친환경연료 및 기술에 대한 육상시험설비 신규 구축을 추진한다.


정부는 한국형 실증 프로젝트(그린쉽-K)를 추진한다. 이와 관련해 지난 6월 ‘친환경선박 전주기 혁신기술 개발사업’이 예비타당성조사를 최종 통과했다. 2022년부터 2031년까지 10년간 총 2,540억 원이 투입되는 사업이다. 


수소·암모니아 등 친환경연료를 활용하는 저탄소·무탄소 선박 및 전기·하이브리드 선박 등 차세대 추진시스템을 갖춘 친환경선박 핵심기술을 개발하고 육·해상 실증, 법제도 마련, 국제 표준화를 연계하는 과정을 거쳐 미래 친환경선박 기술 선점과 글로벌 신시장 선도를 집중 지원할 계획이다.


먼저 연안선박을 중심으로 성능평가 실적이 있거나 이미 상용화된 기술을 선박에 적용해 실증을 추진한다. 산업부와 해수부는 ‘그린쉽-K 선정위원회’를 운영해 기술 적합성, 기대효과 등을 고려해 실증 대상을 선정한다. 

신기술을 적용한 시범선박 건조·운영을 통해 실적을 확보한 후 국제대형선박으로 확산하고 세계시장 진출을 지원할 계획이다.  


아울러 무탄소 선박 기술(수소, 암모니아 혼합연료 등)의 안전성과 신뢰성 검증을 위해 선박 적용 테스트베드를 구축한다. 실제 선박탑재 이력(Track Record)을 토대로 기술 고도화, 독자적 기준마련 및 국제 표준화 연계 등 국내 기술의 시장진출을 지원한다. 


정부는 올해 말까지 상세기획을 통해 세부 추진계획을 수립하고, 부처 간 역할 구체화 및 사업단 구성 등의 협력방안을 마련할 예정이다. 




정부는 연료공급 인프라 확충에도 나선다.


LNG의 경우 벙커링 전용선 및 육상터미널 등으로 공급수단 다변화 및 공급능력 확충, LNG 추진선 확대를 통해 민간투자기반을 확보한다는 계획이다. 


무탄소 연료는 13개 주요항만에 설치 중인 고압 AMP(접안 중 선박에 육상전기에너지를 공급하는 시스템)를 전기·하이브리드 선박용 고속충전설비로 활용한다. 수소·암모니아는 시험용 연료공급 인프라를 먼저 구축・운영해 향후 상업용 인프라로 전환한다. 


정부는 친환경선박 보급 촉진 계획도 마련했다. 


공공부문은 총 388척을 친환경선박으로 전환한다. 노후 선박(199척)을 친환경선박으로 대체 건조하고, 선령 10년 미만(189척)은 친환경선박으로 개조한다는 것이다. 


민간부문은 연간 신규건조 선박(약 164척) 중 친환경선박의 비율을 20%까지 확대해 2030년까지 총 140척을 친환경선박으로 전환한다는 계획이다. 기존 ‘오염저감설비’ 위주에서 ‘친환경연료·동력원’으로 전환하고, LNG 등 상용화 기술을 먼저 보급한 후 점진적으로 신기술 적용을 확대한다는 방침이다. 


또 신조 수요를 적극 발굴하고 지원수단 확대 및 다변화 등 수혜자 맞춤형 지원을 강화해 친환경선박의 민간보급 확산을 추진한다는 계획이다. 




마지막으로 친환경선박 시장 주도의 생태계를 조성한다는 전략이다. 


신기술의 품질 제고·사업화 연계를 위한 인증제도 운영을 통해 민간 금융과 국내 기술의 사업화를 지원한다. 이와 함께 해수부와 산업부 공동으로 국내 기술의 국제 표준화를 지원하고 IMO·ISO 등 국제 표준화 작업을 주도한다는 계획이다. 


실제 선박 운항 정보를 바탕으로 대기오염물질 배출량 분석·검증 등 국가 통계를 고도화하고, 원격진단 등이 가능한 친환경선박 지원센터 구축, 교육 프로그램 신설 등으로 전문인력 양성을 추진한다. 


정부 관계자는 “국제해사기구는 해양환경 규제를 지속 강화 중이다. 특히 온실가스 규제로 해운・조선산업의 친환경 전환은 불가피하다”라며 “친환경선박 기본계획을 차질 없이 이행해 해운・조선산업 분야가 2050 탄소중립 실현과 지속 가능한 산업생태계 조성에 앞장설 수 있도록 적극 지원해 나가겠다”고 밝혔다.  

 

조선사, 친환경선박 개발 동향

해양환경 규제가 강화됨에 따라 조선사들의 움직임도 빨라지고 있다.   


한국조선해양, 현대미포조선 등을 거느리고 있는 현대중공업그룹은 액화천연가스(LNG) 추진선 시장을 선도하고 있다. 2018년 7월 세계 최초 LNG 추진 대형 유조선을, 2020년 9월 LNG 추진 초대형 컨테이너선을 인도한 바 있다. 현재까지 총 52척으로 세계 1위 LNG 추진선 수주 기록을 유지하고 있다.


한국조선해양은 지난해 7월 한국 최초로 영국 로이드선급(LR)에서 암모니아 연료 추진 선박에 대한 선급 기본 인증서(AIP)를 받았다.


한국조선해양은 두산퓨얼셀과 지난 3월 협약을 맺고 선박용 연료전지를 공동 개발하기로 했다. 양사는 MW급 고체산화물 연료전지(SOFC) 시스템을 개발하고, 향후 해상 실증을 위해 조선·해양 분야 공동연구개발을 수행하게 된다.




한국조선해양은 한국선급과 손잡고 수소선박에 대한 국제 표준 개발에도 나섰다. 한국조선해양은 선박의 가스 저장과 연료공급시스템, 화물처리시스템 등 수소의 안전한 취급을 위한 조건을 한국선급과 함께 검토한다. 


한국조선해양은 지난해 10월 세계 최초로 개발한 상업용 액화수소운반선에 대해 한국선급의 기본인증을 받았고, 지난 1월부터 해양수산부가 주관하는 ‘수소선박 안전기준개발’ 사업에도 참여하고 있다.


현대미포조선은 글로벌 엔진 메이커인 만 에너지솔루션 등이 참여한 암모니아 추진 선박 공동 개발 프로젝트에서 암모니아 추진시스템에 대한 기본설계를 맡았다. 지난해 10월에는 암모니아 추진 초대형 유조선을 개발해 노르웨이·독일의 기본 승인을 획득한 바 있다. 


삼성중공업은 연료전지로 운항하는 LNG 운반선을 세계 최초로 개발 중이다. 미국 블룸에너지와 공동으로 선박용 고체산화물 연료전지(SOFC)로 추진하는 LNG 운반선 개발에 나서 노르웨이 선급인 DNV로부터 기본설계 승인(AIP)을 획득했다.


이제명 부산대학교 교수는 “국내 조선사들의 친환경선박 개발은 LNG 추진선 만큼은 독보적인 수준이지만 수소연료전지 활용이나 수소엔진 등은 유럽에 비해 아직 시작 단계로, 선박에 연료전지 추진시스템을 적용하기 위한 기계・전력 장치들을 구성하고 배치해 선박의 기본설계에 반영하는 수준에 머물러 있다”라며 “수소선박이 개발되고 실제 수주에 이르기 위해서는 선박용 수소연료탱크, 수소 벙커링 시스템 및 수소연료 추진시스템 개발이 동시에 이루어져야 하고, 실증 운항 등을 통한 다양한 검증이 필요하다”고 밝혔다.





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