“2020년 넘어 2050년까지 친환경 연료, 소재, 기자재 개발 필요”
11월 6일, 부산 롯데호텔 크리스탈 볼룸 200여명 참석
해양산업통합클러스터(Mac-Net)가 부산광역시와 공동으로 11월 6일 부산 롯데호텔 크리스탈볼룸에서 ‘에너지패러다임 변화 대응 미래기술 개발전략 포럼’을 개최했다.
이번 포럼은 미중무역전쟁과 증가하는 친환경 기술 개발 수요에 효과적으로 대응하기 위해 마련된 자리로, 부산광역시와 해양산업통합클러스터가 주최하고 해양수산부와 산업통상자원부가 후원했다.
본 포럼에는 이정기 한국선급 회장, 양진영 해양수산부 해사산업기술과 사무관, 김성철 산업통상자원부 조선해양플랜트과 사무관, 정규삼 부산광역시 항만정책과장, 이철중 한국선주협회 이사, 허윤 대우조선해양 부장, 김성준 한국조선해양기자재공업협동조합 이사 등 한국선급을 비롯하여 한국선주협회, 한국조선해양플랜트협회 등 47개 기관 관계자와 해양산업관련 산학연관 전문가 200여명이 참석했으며, 고조되는 환경규제와 에너지패러다임의 변화에 대해 해양산업 전반의 동반성장을 위한 토론의 장으로 성황을 이뤘다.
이번 포럼은 1,2부에 걸쳐 주제발표가 이어졌다. 한종길 성결대 교수가 ‘한국 해양산업통합클러스터의 발전방향’이라는 주제의 기조연설로 1부를 시작했다. 2부에서는 ‘에너지 패러다임 변화에 대응한 미래기술개발 전략’이라는 대주제로 △대체 에너지 기술개발 동향 (천강우 한국선급 팀장) △수소에너지와 조선해양산업의 미래 (김병수 부산대학교 교수) △조선해양용 초소형원자로 개발동향 (황일순 UNIST 교수) △LNG 추진선박관련 기술동향 (이재무 VALMAX 상무) 등 4개 주제발표가 이어졌다. 또한 주제발표가 끝난 후에는 하태범 한국선급 연구본부장을 좌장으로 산·학·연·관 전문가 12명이 모여 에너지 패러다임 변화 대응을 위한 미래기술 개발 전략 토론을 통해 다양한 질의와 의견교환이 이루어졌다.
이정기 해양산업통합클러스터 의장은 개회사에서 “2019년은 미중 무역분쟁, 한일 무역분쟁 등 자국의 이해관계에 따른 경제정책으로 인해 세계경제의 불확실성이 증가하고 있고, IMO 2020, GHG배출량규제 및 선박평형수관리강화 등 환경규제 강화에 따라 화석연료에서 신재생에너지로 에너지 패러다임이 변화하고 있다”라며, “맥넷(MacNet)은 관련 정보의 교류와 협업을 통해 각 회원기관 뿐 아니라 우리나라 해사산업 전반의 동반성장을 위해 노력하겠다” 라고 소회를 밝혔다.
이어 오거돈 부산광역시 시장의 환영사를 대독한 정규삼 부산광역시 항만정책과장은 “공유, 초연결, 융복합을 특징으로 하는 4차 산업혁명은 생존과 발전을 위해 미래기술개발을 필연적 과제로 요구하고 있다”라며, “부산시는 맥넷과 긴밀한 협력을 통해 해양산업의 상생발전으로 이어질 수 있도록 노력하겠다. 앞으로 맥넷이 국내해양산업의 씽크탱크로써 우리나라 해양산업의 발전을 위한 견인차역할을 해주기를 기대한다”라고 당부했다.
해양산업통합클러스터는 2015년에 출범된 해운, 항만, 조선, 금융, 해운서비스 등 해양관련 산업간 상생 네트워크 조직으로, 매년 해양산업 분야의 협력이슈를 발굴하여 논의의 장을 마련해오고 있다.
한종길 교수 ‘한국해양산업 클러스터의 발전방향’
“해사클러스터, KR, KMI, KMOU 중심지식집약형 사업으로 추진돼야한다”
1부 기조연설은 한종길 성결대학교 교수 맡아 ‘한국해양산업 클러스터의 발전방향’이라는 주제로 우리나라의 해사클러스터 현황과 한국과 세계각국의 해사클스터 정책에 대해 논의했다. 그는 “우리나라의 해사산업은 세계 최고수준이라고 이야기하지만 과연 세계최고에 도달했는 지는 의문이다. 우리나라는 세계 각국의 해양정책에 대해 밴치마킹 해야 한다”라며, “우리나라의 해양산업이 지속가능한 산업인지, 해양산업에 대한 청년의 미래는 있는지 고민해봐야한다”고 문제제기를 했다.
한 교수에 따르면, 한국의 해양산업은 다른나라에 비해 단기간에 압축성장 했고 해사관련 전문교육기관과 세계적인 조선, 항만이 잘 마련되어 있다. 하지만 한진해운파산사태처럼 문제를 해결하는 경험축적이 부족하고 해사관련 지식축적의 부족, 선박금융, 국제 네트워크의 부재 등 부족한 점이 있다. 기회측면에서는 IR4.0으로 새로운 룰이 생겨났다. 이를 통해 새로운 해양산업을 만들어 낼 수 있다. 또한 해양산업 분류체계에 따른 해양산업 클러스터를 분류하여 해운, 항만, 선박, 해양플랜트 건조 해양기기, 장비 제조, 해양관광, 해양건설 등 세부산업을 발전시켜나가야 한다.
이어 한 교수는 “일본과 중국 등 해양관련 제조업 국가의 경쟁에서 앞서나가기 위해 새로운 산업의 비전을 만들어야 한다”라며, “우리나라는 기술경쟁력, 기술인력수준, R&D 투자가 부족하다”고 지적하고 부산 해양관련 제조업 항목별 중요도 및 경쟁력 수준의 자료를 보여주며 보완을 촉구했다.
특히 그는 “일본, 유럽 등 해양선진국들은 새로운 해양산업 진흥책을 제시할 때 해사클러스터를 위한 정책이 포함되어있다”라며, “우리나라 해사클러스터의 경우 어떤 지역을 지향하는 지 불분명하고 집적에 의한 산업내 경쟁의 심화, 혁신 촉진, 신사업창출, 정보공유, 신규시장 참여 증가를 수치로 확인할 수 없다”고 지적했다. 이어 “우리나라는 동남권을 중심으로 해양산업의 집적은 있지만, 지리적 근접성 뿐이고, 해사클러스터를 실현하는 장이 되는 플랫폼이 없다”고 덧붙였다.
한 교수의 클러스터 드라이버(Cluster Driver) 자료에 따르면, 우리나라가 해사클러스터를 실현하기 위한 제반 요인으로 국제수준의 인재양성 시스템, 국제수준의 열린 연구기관, 대기업, 세계적인 인프라 등이 있다. 우리나라가 보강이 필요한 드라이버는 탁월한 조정기관과 인재와 벤처 캐피털이다. 이를 위해 정부와 지자체에서 △외국의 해양산업클러스터와 연계 △국제기관(IMO등)의 기능 일부 유치 △연안해운 활성화 △항만물류 고도화 △항만 접근성 개선 등 25개 과제에 대한 지원과 향후 계획을 세워 해사클러스터를 구축해야 한다.
한 교수는 “청년들에게 해양산업이 돈이 될 수 있다는 것을 인지시켜야 하고 이를 위해 해양산업에서 벤처가 성공할 수 있도록 지원해야한다”라며, “한국산 해양산업 전문가를 양성하기 위해서는 지식집약형 해양산업클러스터를 목표로 해야 한다”고 주장했다.
한 교수는 세계각국의 해사클러스터 정책 동향을 설명하며, 우리나라가 앞으로 나가야할 해사클러스터 추진방안을 △현황분석 △조직화 △홍보계획 △장례발전계획 수립 등 4단계로 나눴다. 특히 수준별로 차별화된 홍보전략을 수립하여 지역, 국내, 국제적으로 홍보해 전세계적으로 알려야한다고 강조했다.
마지막으로 한 교수는 맥넷의 비전을 구체화할 것을 당부하며, “맥넷을 중심으로 클러스터의 인프라를 형성해야한다”라며, “우리나라의 해양산업 클러스터를 대표하는 지식허브기관인 KR, KMI, KMOU를 중심으로 지식기반 해사클러스터를 추진해야한다”고 강조했다.
천강우 한국선급 팀장 ‘대체 에너지 기술개발 동향’
“IMO 3단계 정책에 따라 탈탄소화 해야”
천강우 한국선급 팀장은 조선해운산업의 탈탄소화를 제시했다. IMO에 따르면, 기후변화 대응을 위해 2018-2023년, 2023-2030년, 2030년 이후로 저탄소화 정책 시행을 3단계로 나눴다. 한국은 항만지역 등 대기질 개선에 관한 특별법이 2020년부터 시행된다. 이에 따라 암모니아, 하이드로젠(수소연료), LNG 등 선박에서 친환경적으로 쓸 수 있는 연료를 검토해야한다. 하지만 친환경 연료는 선박의 제한된 공간과 연료적재량의 제한이 있기 때문에 화물공간을 차지하기 때문에 화물량이 줄어든다. 천 팀장은 “공간최적화를 위한 배치설계와 대양 항해선박의 연료 벙커링 가능성을 생각해봐야 한다”라며, “부피와 무게 등 에너지밀도에 대한 검토가 필요하다”라고 말했다.
경제성 측면에서 단기적으로 LNG가 좋지만 장기적으로는 암모니아, 수소 등 탈탄소 연료가 경제적이다. 친환경 연료의 가격이 하락하고 있는 추세이며, LNG연료는 HFO대비 경제성을 확보했고 향후에 쓸 하이드로젠 연료의 경우 HFO대비 4.43배 이상 가격이 높다. 천 팀장은 “정부에서 탄소세, 지원금 등 정책에 따른 비용분석이 필요하다”라고 강조했다.
천 팀장에 따르면, 그린수소를 생산 시 신재생에너지 이용하지 않으면 오히려 생산과정에서 각종 대기오염물질 발생시킨다. 따라서 대체연료를 적용할 경우 생산이후부터 아니라 생산단계부터 분석이 필요하다. 천 팀장은 “작은 선박은 태양광, 해수, 풍력을 이용해 운항할 수 있고 배터리 선박도 상용화되어 있다. 이미 해외에서는 배터리 선박이 상용화되어 노르웨이의 경우 무선으로 전기를 충전하는 선박이 나왔다”라며, “대형선박의 경우 연료의 대량생산을 위해 연료생산 및 저장설비를 구축하고 액화수소 벙커링 터미널, 조력 풍력을 이용한 수소생산설비 등이 필요하고 대용량 연료를 운반하기 위해 벙커링 선박도 필요하다”고 대체연료를 선박에 적용하기 위한 방안을 소형 선박과 대형 선박으로 기준을 나눠 설명했다.
이어 천 팀장은 대체연료를 사용해 선박을 추진하는 방식도 다변화하고 있다고 지적했다. LNG/LPG, 에탄올/메탄올, 수소/암모니아 등 친환경연료를 안정적으로 사용하기 위해서 벙커링 시스템 구축, IGF Code와 같은 국제표준 마련, 엔진개발, 연료전지의 대형화 등이 필요하다고 해결방안을 제시했다. 특히 전기를 대체연료로 쓰기 위해 제너레이터, 배터리, 연료전지 등 선박을 전기로 추진하기위한 중요한 요소이다.
천 팀장의 발표자료에 따르면, 배터리(ESS)를 탑재한 선박이 전세계 350척정도이다. 현재는 배터리 추진선박이 추진용으로 사용되기 보다는 보조발전용으로 쓰이는 추세이고 주로 페리선 등 작은 연안선박위주로 탑재됐다. 해외에서는 프랑스, 노르웨이, 스웨덴 등 유럽국가와 중국이 배터리 선박을 건조했으며, 한국도 부산항만공사(BPA)와 한국선급(KR)이 협업하여 배터리 추진선박을 건조할 예정이다.
천 팀장은 “탈탄소화를 위해 수소 뿐만 아니라 암모니아, 에탄올, 메탄올 등의 대체연료를 써야한다. 해양업계는 IMO의 3단계 계획에 따라 단계별로 2050년까지 탈탄소화를 완성해야한다”라며, “대체에너지의 생산부터 추진에 이르는 전단계 과정에서 수급가능성, 경제성, 선내연료저장공간 문제 등 연구개발과 기술검토가 필요하다”고 제언하며 발표를 마쳤다.
한편 KR은 한국전력공사와 협업해 신재생에너지인 풍력발전을 이용하여 수소를 생산·저장하는 기술과 수소 연료를 선박에 저장하는 기술을 연구하고 있다. 또한 선박내 전기추진시스템을 작동하기 위한 기술을 소형선박보다 중형급 선박을 대상으로 LNG발전기와 배터리연료전지를 혼합해서 쓰는 하이브리드(Hybrid) 추진선박에 대한 연구를 2020년까지 진행할 예정이다.
김병수 부산대학교 교수 ‘수소에너지와 조선해양산업의 미래’
“우리나라 자체적으로 수소관련 소재와 기자재 개발... 원가경쟁력 갖춰할 것”
김병수 교수 역시 IMO규제에 따른 CO2저감을 위해 수소에너지를 선박에 적용하는 방안에 대한 발표를 통해 “우리나라는 수소선박에 관한 기술개발이 상당수의 선진국보다 10년정도 뒤처져있다”고 지적했다.
김 교수는 “친환경 수소를 선박에 적용하기 위해 일본이나 유럽 등 선진국에서는 여객선, 관공선 등에 20여개 이상 시범적인 수소연료전지 프로젝트를 시행하고 있다”라며, “IMO의 GHG 감축 전략에 따라 2030년부터 다수 수소추진선박이 등장하고 수소연료가 해운산업에 적용 시에 상당한 경제성 확보가 가능할 것으로 전망한다. 수소선박이 상용화되는 시점은 2040년에서 2045년으로 예상하고 있다”고 제언했다.
김 교수의 발표 자료에 따르면, 수소연료 추진 선박은 선박 주기관 구동 연료로 친환경 수소를 사용하여 기존 중유를 사용하는 선박 대비 오염 물질 배출량을 획기적으로 저감할 수 있다. 수소연료 추진 선박의 주요 시스템은 △선박용 수소연료 저장·공급 시스템 △수요연료 전지(ESS 시스템) △추진·제어 시스템 등 세 가지로 나눌 수 있다.
선박용 수소연료 저장·공급 시스템은 영하 253도 이하로 절대온도에 가까운 수소에너지를 사용해야하는 제약조건이 있다. 이를 해결하기 위해 LNG보다 화물창, 연료탱크부분에서 이중진공 및 다층단열을 활용한 초저온 단열 기술이 요구되며, 단열성능을 보존하기 위해 장기간 수소와 접촉해도 내구성을 발휘하기 위한 소재개발이 추진돼야한다는 지적이다. 이어 김 교수는 한국의 수소연료전지 기술개발 상황에 대해 “디젤, 가솔린엔진 등 내연기관은 우리나라가 많이 개발하고 있지만, 전지 시스템은 외국업체에 의존 하고 있다”라며, “수소연료전지나 배터리를 국산화해야한다”고 지적했다. 마지막으로 김 교수는 “추진·제어 시스템은 선박에 들어가는 기자재업체가 부족하다”라며, “우리나라는 전기추진방식, 연료전지, 수소저장탱크 등의 기술을 확보해야한다”고 주장했다.
김 교수는 선박 내 액화수소 저장을 위한 기술제언으로 △내조 경량화 통한 BOG(기화) 감소 △저장탱크 지지대 소재 및 구조 △복사열 차폐 MLI 기술 △초저온 환경 단열성능 평가 △수소취화 저항소재 및 방지기술 등을 제시했다.
김 교수는 “앞으로 우리나라는 수소관련 소재와 기자재 산업을 산·학·연·관 협력하여 기술을 개발하여 조선사에 기술 이전을 시켜 수소산업의 발판을 마련해야한다”라며, “이를 위해 성능설비를 구축하고 실증선박을 10년동안 10척에서 30척까지 건조해야 2020년 이후 수소선박 관련 대응선이 나왔을 때, 유럽이나 일본 등 해외에 의존하지 않고 우리나라가 자체적으로 개발하여 원가경쟁력을 갖출 수 있다”고 당부했다.
황일순 UNIST 교수 ‘조선해양용 초소형원자로 개발동향’
“유해가스 배출하지 않는 핵연료... 초소형 원자로 선박에 탑재해야”
황일순 교수는 미세먼지, 이산화탄소 등 유해가스를 배출하지 않는 원자력을 이용해 선박을 추진 시킬 수 있는 ‘초소형 원자로(Micro Reactor)’를 소개했다.
초소형 원자로는 SMART원전보다도 규모가 훨씬 작다. 황 교수에 따르면, 초소형 원자로의 직경은 1.7m, 높이는 약 6m 규모에 불과하다. 대략적으로 대형 원전에 비해 직경이 10분의 1, 높이가 5분의 1, 부피는 500분의 1 규모다.
원자로를 초소형으로 줄임으로써 오는 가장 큰 이점은 수송 중 안전성을 극도로 높일 수 있다는 점이다. 초소형 원자로의 경우 핵연료를 주입한 상태라도 사용 후 핵연료 전용 특별용기에 담으면 수송이 가능해진다. 이 용기는 시속 100㎞로 달리다가 절벽에 부딪혀도 파손되지 않을 만큼 튼튼하다.
황 교수 발표자료에 따르면, 초소형 원자로는 냉각재로 반금속 원소광물인 비스무스와 납을 50 대 50으로 섞은 액체 금속을 사용한다. 이 금속은 녹는점이 섭씨 123도인 반면 끓는점은 섭씨 1700도로 매우 높다. 평상시 가동은 섭씨 300~400도에서 한다. 아무리 사고가 나도 섭씨 1000도를 넘는 경우가 없기 때문에 액체가 날아가지 않고 쉽게 고체화된다. 만약 원자로에서 사고가 날 때, 발생할 수 있는 문제점을 원천적으로 근절할 수 있다.
황 교수는 “만약 사고가 나더라도 123도 이하가 되면 굳어버리기 때문에 사고가 나서 바다에 빠지거나 외기에 노출돼도 전체가 고체로 굳어버려 방사능이 발생하지 않는 혁신적 안전성을 지니고 있다”고 말했다.
또한 냉각재로 물 대신 액체 금속을 쓰면, 물보다 열과 중성자를 전달할 수 있는 능력이 월등히 뛰어나 일반 원자로에 비해 훨씬 경제적이다. 황 교수는 “물로 냉각하는 원자로는 3년에 한 번씩 갈아줘야 하는데 이 원전은 40년에 한 번만 갈면 된다”라며, “한 번 핵연료를 주입하면 폐로할 때까지 교체할 필요가 없는 획기적인 원자로”라고 말했다.
이재무 VALMAX 상무 ‘LNG 추진선박관련 기술동향’
“LNG와 전기로 항만내 오염물질을 줄일 수 있다”
발맥스(VALMAX)는 2002년 설립된 이후 발전산업, 육상 및 해양 플랜트용 미터링 및 분석기 패키지를 제조하는 업체이다. 현재는 액화천연가스의 액화 및 재기화 설비뿐 아니라 특수 계랑 및 분석기 패키지의 새로운 사업을 시행하고 있다. 이재무 상무는 발맥스에서 한국선박에 LNG 연료를 탑재한 선박과 전기 추진 선박을 소개했다.
국내 LNG 선박은 △인천항만공사 에코누리호 △울산지방해양수산청 청화2호 △포스코 광양항 아이리스호 등 3척이 있다. 이와 같은 예인선은 항내 대형선, 바지선을 밀고 당겨야 하기 때문에 소형선박 규모에 비해서 엔진 출력이 높고, 주로 항만, 연안에서 운영되기 때문에 예인선에 배출되는 오염 물질이 인근지역에 직접적인 영향을 준다. 또한 다른 선박에 비해 예인선은 설계가 표준화되어 있고 국내 예인선 신조 비율이 높다. 이와 같은 이유로 LNG연료를 예인선에 적용시켜야 항만에서 오염물질을 줄일 수 있다.
이어 이 상무는 △디젤연료엔진과 전기모터 △엔진과 배터리, 전기 모터 △배터리와 전기모터 등 전기 추진 선박의 종류를 소개하고 “특히 배터리의 경우 급격한 과부하를 감당할 수 있고 육상에서 충전하여 사용할 수 있는 장점이 있다”고 주장했다.
이 상무 발표자료에 따르면, LNG연료선박은 검증된 시스템과 배터리충전보다 LNG 충전시간이 짧다는 장점이 있고 전기추진선박의 경우 엔진이 필요가 없어 시스템 구성이 간단하여 선박내 공간 활용도가 높고 유지보수 비용이 저렴하다. 이 상무는 “자동차 배터리기술을 선박기술에도 적용할 수 있어 충분히 안정성 확보가 가능하다”고 순수배터리 전기추진선박의 장점을 제시했다.