[현대해양] 오늘날 국제해사기구(IMO)나 유럽연합 환경위원회 등 세계는 환경오염물질에 관한 규제와 재생에너지와 저탄소연료 사용 확대를 강력하게 요구하고 있다. 해운업계의 친환경선박 분야 기술 개발과 경제성 확보 노력이 시급한 상황이다.
2018년 해운의 온실가스 배출량은 전세계 배출량의 2.89%에 해당하며, 이는 2012년 대비 약 9.6%가 증가한 수치다. 우리나라 연안에서 선박(어선 제외)에 의한 온실가스 배출량은 2017년 기준 130만 톤(CO2 환산)이며 어선에 의한 배출은 280만 톤에 이른다.
2023년부터 모니터링이 시작되고 2026년에 적용되는 CII(Carbon Intensity Indicator)는 5,000GT 이상 모든 운항 선박에 대해 매년 온실가스 배출을 신고하게 되고 에너지효율화 지수에 따라 A~E 등급으로 구분한다. 이에 따라 3회 이상의 D 등급 또는 1회 이상의 E 등급 선박은 운항 불가 처분을 받게 된다. 한국선급에 따르면 동 선급에 입급된 선박 862척을 2019년 데이터 기준으로 분석한 결과, C 등급 이하 선박이 77%에 이른다.
암모니아와 수요 연료에 대해
선박의 이산화탄소배출을 획기적으로 줄이기 위한 방안으로는 배기가스내 이산화탄소를 포집 처리하는 것과 연료를 탄소를 포함하지 않는 연료로 전환하는 방법이 있다. 암모니아와 수소 연료에 대한 연구개발이 진행되고 있는 이유이다. 암모니아 연료는 대양운항 선박용으로 엔진 개발이 진행 중에 있으며, 연소 속도가 느린 특성 등의 이유로 혼소엔진 형태로 먼저 개발되고 있다. 수소연료는 반응 속도가 빨라 제어하기 어려운 문제가 있고 단위 체적당 에너지밀도가 낮아 연료 저장 공간이 커져야 하며 대양운항 선박에서는 극저온인 –253℃ 액체상태로 저장하기 위한 기술 개발이 필요하므로, 현재까지는 소형 연안선박 위주로 적용되고 있다.
선속을 줄여서 운항하는 방법도 있지만, 규제 조건을 맞추기 위해 지속적으로 감속운항하여야 하므로 경제성이 떨어지고 또한, 물량을 처리하기 위해서는 선박 발주량을 더 늘려야 하므로 투자비용(신조 또는 용선)이 증가하게 된다는 문제가 있다.
국내 선박 7만 척 친환경화 시급
전기추진선박은 디젤엔진을 이용해 추진하는 기계식 추진 방식에 비하여 승선감이 좋고 조종성능이 우수하며, 선박 내부 배치와 선형설계의 유연성이 커지기 때문에 고효율화가 가능하다. 해외에서는 이미 유람선, 극지용 선박 및 해양플랜트 지원용 선박 등에서전방위 Pod 추진기를 적용하고 있으며, 그 수요가 지속적으로 증가하고 있다. 클락슨 보고서에 따르면 전기추진기술 적용 선박은 1995년 269척에서 2013년 1,750척으로 크게 증가했으며, 해양플랜트 지원용 선박이 947척으로 50% 이상을 차지한다. <그림>에는 배터리, 연료전지가 적용된 사례를 보여주고 있으며, 배터리가 포함된 선박 적용 현황(오른쪽 위)에서 현재 기준 약 400척 가까운 선박이 운항 및 건조 중에 있다. 배터리 가격 추이(왼쪽 위)로 점차 적용 선박이 늘어날 것으로 전망되고 있으며, 글로벌 리서치회사 마켓츠앤마켓츠에 따르면 2025년 이후 전기선박이 큰 폭으로 증가될 것으로 전망하고 있다.
국내 연안선박은 어선을 포함하면 약 7만 척으로 친환경선박으로 전환이 필요하다. 영세성 등 여러 상황을 고려해 점진적으로 전환이 이루어질 것이나, 해양수산부는 먼저 부처 관공선 142척을 2030년까지 전환하기로 하였고, 민간선박 포함 약 3,500척 중 15%에 해당하는 520여 척을 대상으로 2030까지 전환할 계획이며 2022년에도 22척에 대한 지원이 이루어지고 있다.
전기추진선박 주요 기술
추진시스템에서 전기추진 기술을 적용하는 것은 자율운항선박으로 가기 위한 중요한 기술이다. 전기추진시스템은 부하에 따른 제어가 용이하고, 이중화설계 및 피크 쉐어링으로 장비의 리던던시(redundancy)와 신뢰성이 높아지며, 하이브리드 발전 적용시 효율이 높아질 수 있으며, 온실가스 배출량과 진동소음이 감소될 수 있다. 노르웨이에서 건조하여 운영 중인 DC 전기추진 선박 ‘Dina Star’에서 측정한 데이터에 따르면 연료, 소음 및 온실가스 배출량이 크게 감소됐으며, 장비 신뢰성으로 유지보수 비용이 감소될 수 있다.
전기추진선박 추진시스템은 전기를 생산하기 위한 디젤엔진과 발전기, 생산된 전기의 사용을 위한 전력변환장치와 배전시스템, 전력변환 구동장치 구성품인 인버터/컨버터 등에서 발생하는 열을 냉각하기 위한 냉각시스템, 선박의 추진을 위한 추진전동기와 추진기, 배터리와 연료전지가 적용될 경우 에너지저장장치 및 연료전지시스템 등으로 구성된다.
전기추진선박에서 전력을 만드는 방식은 △발전기만 적용되는 경우 : 디젤발전기 또는 이중연료발전기, LNG연료 발전기 △복합(Hybrid) 발전 : 발전기와 밧데리(에너지저장장치), 발전기에 연료전지 및 밧데리 △밧데리 또는 연료전지 : 육상전원으로 밧데리 충전, 육상수소 스테이션에서 연료전지로 연료 충전 등으로 요약할 수 있다.
전세계 선박들의 친환경 자율운항선박화
환경규제 대응의 대안이 되며 향후 자율운항선박으로 가기 위한 전기추진선박 기술을 확보하기 위해 정부는 다양한 과제(사업)을 통해 업계를 지원하고 있다. 해군에서도 수상함 전기추진시스템을 국산화하기 위한 사업이 진행 예정이어서 민간과 연계된다면 국내 산업 경쟁력 기반이 향상될 것으로 기대된다.
궁극적으로 전세계 운항하는 선박들은 친환경 자율운항선박화의 과정을 밟게 될 것이며 기술과 경제성에 따라 시장은 중장기적으로 크게 확대될 것으로 전망된다. 잘 준비한다면 우리 조선산업도 지속성을 확보하며 발전할 수 있을 것으로 기대한다. 
