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창간47주년 특집기획/해운산업계 기후변화 대응을 점검하다-대체에너지

기사승인 [565호] 2020.10.05  15:16:41

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- “LNG를 넘어 암모니아, 수소 등 무탄소·탈화석 대체연료 개발해야”

해양전문가들 “LNG 이외에 신재생에너지 활용한 ‘탄소 중립 연료 개발해야”
생산과정부터 소모과정까지의 이산화탄소 배출 모두 방지


전 세계 해사업계는 올해부터 시행되고 있는 국제해사기구(IMO)의 대기오염물질(SOx) 배출규제 강화에 대비하기 위해 노력하고 있다. 하지만 선박의 온실가스 규제의 최종목표인 2030년 온실가스 감축목표 40% 달성은 현존 기술로는 불가능하기 때문에 이를 달성하기 위한 조선업계의 친환경연료, 대체연료, 연료전지 등의 개발이 불가피한 상황이다.  

현재 조선업계에서 주목하고 있는 대표적 대체연료는 액화천연가스(LNG)이다. LNG는 황산화물 규제 대응은 물론 미세먼지 및 이산화탄소 저감이 가능하여 차세대 청정 선박 연료로 각광받고 있다. 

2025년 LNG 추진선 60.3% 시장점유 SOx 90% NOx 80% CO2 15% 저감, 온실가스 저감 한계

LNG는 기존 벙커C유보다 황산화물(SOx)은 90%이상, 질소산화물(NOx)은 80%이상, 이산화탄소(CO2는 15%이상 배출을 저감시킬 수 있어 친환경 고효율 에너지로 꼽힌다. 조선업계에서도 2025년부터 시행 예정인 IMO의 이산화탄소 배출 규제까지 고려하여 LNG 추진선을 대안으로 내놓고 있다. 클락슨과 로이드 선급에 따르면, 2025년에는 LNG 추진선이 세계 신규 발주 선박 시장의 60.3%로 차지할 것으로 내다봤다. 하지만 본질적으로 LNG는 화석연료로서 이산화탄소를 배출해 완전한 탈탄소화에 한계가 있다는 지적이 나오고 있다. 

IMO는 선박 온실가스 규제와 관련하여 2011년 해양오염방지협약 부속서 VI의 제4장(에너지 효율관리)을 개정·채택하고 2013년부터 규제를 시작했다. 

IMO는 2008년 대비 이산화탄소 배출량을 2030년까지 40%, 2050년까지 70% 줄이고, 온실가스 배출량은 2050년까지 50%를 저감하겠다는 목표를 예고하고 있다.

이와 관련하여 LNG는 단기적으로는 현재 규제에 적합하지만, 장기적으로 이산화탄소와 온실가스 목표를 달성하기 위해서는 더 이상 화석연료 사용으로는 대비가 어려우며, ‘무탄소 또는 탈화석 대체연료’로 변화가 필수적이라는 전망이 나오고 있다. 이에 해양전문가들은 “LNG 이외에 신재생에너지를 활용한 ‘탄소 중립 연료’를 개발해야 한다”고 주장하고 있다.  

신재생 에너지를 이용한 연료 생산 및 소비 과정에서 탄소의 총배출량이 ‘0’인 탄소 중립 연료로는 바이오디젤, 바이오가스(메탄), 수소, 메탄올, 암모니아가 대표적이다. 한국선급(KR)에 따르면, 탄소중립 연료의 이산화탄소 배출량은 선박의 운항이 아니라 연료의 생산 과정에서 결정된다. 전 세계적으로 태양광, 풍력에너지 등 신재생에너지를 이용하여 탄소 중립연료 생산이 가능하며, 탄소중립 연료를 이용하여 선박 운항 시에 연료 생산과정부터 소모과정까지의 이산화탄소 배출을 모두 방지하는 것이 가능하다. 

CO2 무배출 암모니아 탄소중립 연료로 주목 
친환경적 생산 기술난이도 평이, 상용화 가능성 높아

 

   
 

특히 한국해양수산개발원(KMI)과 한국선급(KR) 등 해양유관기관들은 국제해사기구(IMO)의 대기오염물질 배출 규제 강화에 대비해 탄소 중립 연료 중 암모니아에 주목하고 있다. 암모니아는 연소할 때 이산화탄소를 전혀 배출하지 않으며, 재생에너지를 통해 친환경적으로 생산 가능하고 기술적 난이도가 높지 않아 상용화 가능성이 높은 것으로 알려졌다. 재생 가능한 전기를 사용해 생산된 그린 암모니아는 많은 이점이 있다. 수소는 영하 235도에 보관해야 하지만 암모니아는 저온 보관이 불필요하고, 비교적 에너지 밀도가 높으며 암모니아 관리를 위한 기존 표준 및 절차도 마련돼 있다. 암모니아는 미국선급(ABS) 분류에서도 미래의 해상 연료로 인정받고 있다. 키르시티카 ABS 수석 해양 고문은 “암모니아는 유독성 같은 일부 부정적인 특성이 있지만 극저온 환경에 보관하지 않아도 되기 때문에 다소 유리하다”고 밝혔다. 

세계적인 선사인 머스크 역시 현재 추진되는 탈탄소화 정책을 따르기 위해서는 2030년까지 새로운 선박용 청정연료 연구에 주력해야 한다고 강조하고 있다. KMI 관계자는 “머스크는 로이드와 함께 2050년까지 탈탄소화를 위한 대체 연료로 알코올, 바이오메탄, 암모니아를 선정했으며 연구·개발 자원의 80%를 활용하고 있다”고 말했다. 

머스크·로이드 알코올, 바이오메탄, 암모니아 탈탄소화 대체연료로 선정 수소 이용 연료전지에 주목
 

   
 

KR 연구진도 “화석연료를 더 많이 사용하면 IMO 정책에 대한 대비가 어렵다. ‘무탄소 또는 탈화석 대체 연료’로의 변화가 필요하다”고 주장했다.

이와 더불어 해운업계는 수소를 이용한 연료전지를 주목하고 있다. 수소 연료전지는 연료전지 시스템에 의해 생성된 전기를 사용하여 전기 모터를 작동시키는 차세대 연료전지이다. 결국 연료전지 효율의 관점에서는 순수 수소가 연료가 사용되는 것이 가장 바람직하지만 선상에 효율적으로 저장하기 위한 방법도 고려되어야 한다. 이에 해운 업계에서는 수소 연료전지 발전시스템이 기존의 내연기관에 비해 효율이 높고 연료소비와 관련 오염 물질을 줄일 수 있음을 주시하고 있다. 수소 연료전지는 수소와 산소 사이의 전기 화학 반응을 통해 전기와 열을 발생시키는 시스템으로 NOx, SOx 및 미립자 물질(PM) 배출을 제거하고 CO2 배출량을 줄일 수 있다. 선박용 연료전지 시스템의 또 다른 이점은 선박의 종류에 따라서 달라질 수는 있지만 소음, 진동 감소, 모듈식 및 유연한 설계가 가능한 점 등을 꼽을 수 있다. 

특히 고체산화물 연료전지(SOFC)는 수소나 탄화수소연료를 공기와 반응시켜 전기와 물을 발생시키는 친환경 에너지원으로 알려져 있다. 가격이 저렴하고 오염물질을 적게 배출하며 태양열이나 풍력 발전보다 공간 효율성도 높다는 특징이 있다. 이와 관련 천강우 KR 팀장은 암모니아와 마찬가지로 그린수소를 생산 시 신재생에너지 이용하지 않으면 오히려 생산과정에서 각종 대기오염물질 발생시킨다. 따라서 대체연료를 적용할 경우 생산 이후부터 아니라 생산단계부터 분석이 필요하다고 설명했다. 

국제내연기관협의체(CIMAC)에서 발표한 자료에 따르면, 풍력, 태양광, 지열 등을 활용해 전기를 생산해낸 뒤 물을 전기분해시켜 나온 수소로 다양한 합성공정을 통해 합성연료를 생산하고 있다. 또한 문건필 KR 팀장도 “기존의 저유황유보다는 향후 미래연료로 수소를 원자재로 이용하여 합성공정을 통해 만들어진 재생산 에너지가 GHG 대응연료로 적합할 것이다”고 강조했다.

바이오 연료도 CO2 배출 ‘0’ 주목

이외에도 바이오 연료의 경우, 연료 생산을 위한 식물이 이산화탄소를 흡수하여 이산화탄소 배출량을 ‘0’으로 만들 수 있다. 바이오 연료는 바이오 디젤, 바이오 가스가 있다. 특히 바이오 연료는 저장과 운반 측면에서 가장 우수한 탄소중립 연료로 알려져 있으며, 기존 화석연료와 거의 동일한 에너지 밀도를 가지고 있어 상온·상압에서도 보관이 가능하여 연료 계통 시스템 및 저장 탱크를 기존 선박과 거의 동일하게 사용할 수 있다. 

바이오 가스는 주 성분이 메탄으로써 LNG와 거의 동일한 특성을 가지고 있다. 바이오 가스를 액화시키기 위한 온도는 ­162도로 상당히 낮은 온도이지만, LNG 저장 탱크, 연료 공급 시스템 등 관련 기술들이 충분히 개발되어 선박에서 사용하는 것이 가능하다고 알려져 있다. 하지만 바이오 가스의 원료가 되는 축산분뇨, 음식물 쓰레기, 농수산 쓰레기는 타 산업에서 부수적으로 생성되는 폐기물이 나와 생산 목적으로 원료 생산량을 증대시키기는 어려운 실정이다. 바이오 디젤의 경우도 작물 및 해양 조류 등을 원료를 주성분으로 연료 생산 시 식량 수급 문제와 충돌하게 되는 식량 안보 문제가 있다. KR은 “바이오 디젤은 현재의 선박에 큰 변화 없이 바로 사용할 수 있지만 해운업 전반에 걸쳐 대량으로 사용되지는 못하고 제한적으로만 사용할 수 있다”고 밝혔다. 

기후변화는 현재의 코로나19보다 우리에게 더 큰 위기를 가져다 줄 것이라는 경고도 나오고 있다. 최근 자주 발생하고 있는 태풍의 근본적인 원인은 지구온난화로 바닷물 온도가 올라가 세력이 강한 태풍을 발생시키고 있다고 전문가들은 말하고 있다.  

클레어 누리 세계기상기구 대변인은 “우리는 지구온난화의 결과로 앞으로 더 강력한 폭풍을 보게 될 것으로 예상된다. 폭풍은 따뜻한 물을 먹고 살고 수온이 높으면 해수면도 올라간다. 이는 다시 조수가 높아진 동안 홍수 위험을 증가시키고 계속 돌고돈다”고 우려했다.

또한 전 지구에 배기가스 증가율이 지금 수준을 유지할 경우 기후 변화로 2100년에는 인구 10만명 당 73명이 사망할 수 있다는 경고도 나오고 있다. 

빌 게이츠 마이크로소프트 창업자는 “확실히 기후 변화는 전체 생태계를 차례차례 파괴할 것이고 세계 일부를 살 수 없게끔 만들 것이다. 기후변화로 인한 실제 경제와 사망피해는 코로나19 피해보다 훨씬 더 클 것”이라고 지적했다. 

이처럼 한번 시작되면 어떤 재난으로 일어날지 가늠이 어려운 기후변화는 지구가 우리에게 보내는 마지막 메시지로 전해지고 있다. 지구온난화와 기후변화를 막기위한 우리 해운업계가 짊어진 짐은 막중하다. 이제는 항만·조선업계의 해양대기오염을 줄이기 위한 친환경 정책은 ‘선택’이 아닌 ‘필수’가 되었다.

류지훈 ryujihoon93@naver.com

<저작권자 © 해양한국 무단전재 및 재배포금지>
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