- 차세대 먹거리 확보에 나선 국내 조선업계
‘원자력선·플랜트 연구개발’ ‘엔진제조사 인수’ ‘스마트조선소 고도화’ ‘해상풍력 사업 진출’
LNG 탈탄소 과도기적 연료…이중연료·혼소엔진, 재액화로 메탄 슬립 줄여
글로벌 조선업계를 중국과 양분하고 있는 국내 조선업계가 탈탄소·디지털화 흐름에 맞춰 앞으로의 미래 먹거리에 나섰다. 국내조선 빅 3사는 고부가·친환경 선박 기술 개발과 함께 스마트 조선소 고도화, 엔진 개발 내재화, 소형모듈원자로(SMR) 활용한 선박 및 플랜트 등 친환경·디지털 신사업에 대한 확장 동력을 구상하고 있다.
빅 3사는 국제기구의 높아지는 탄소중립 장벽을 넘기 위해 LNG의 메탄 슬립을 줄이기 위한 기술을 고도화시킴과 동시에 다음 단계인 암모니아, 수소로 가기 위한 걸음을 내딛고 있다. 특히 한국조선해양은 지난해 LNG·수소를 혼합한 ‘혼소엔진’을 개발하여 2025년에 상용화하고 STX중공업의 인수를 통해 친환경 엔진 개발에 박차를 가한다는 방침이다. 대우조선해양을 품은 한화그룹도 HSD엔진을 인수하여 조선 벨류체인을 구축하여 친환경 선박시장을 선도한다는 전략이다. 삼성중공업은 해상 원자력 플랜트 개발에 적극 나서 부유식 발전설비에서 생산된 전력을 활용한 수소 및 암모니아 생산설비 개발까지 확대할 계획을 세웠다.
특히 국내 빅 3사는 탈탄소를 위해선 개별적인 사업 방향성을 잡아 경쟁구도로 가기보단 조선산업 생태계 전반의 친환경화 전환 및 탄소중립을 실현하고 있다. 실질적인 탄소중립 실현을 위해 온실가스 배출량 측정 방식을 표준화하여 탄소중립을 주도해 나간다는 계획이다. 이와 관련 3월 17일 HD현대 조선 계열사와 삼성중공업, 대우조선해양과 미국선급협회, 한국선급이 ‘조선업계 온실가스 배출량 스코프3 산정 표준화를 위한 공동개발 프로젝트’ 협약을 체결했다. 이번 협약에 따라 각 사의 스코프3 온실가스 배출 산정 방법을 상호 공유 및 비교, 분석하고 선급의 자문을 거쳐 산출 방법을 표준화해 올해 말까지 글로벌 가이드라인을 마련하기로 했다.
국내 빅 3사 “LNG 선박 메탄을 줄여라”…차세대 친환경 연료 개발
국내 빅 3사는 완전 탈탄소로 가는 징검다리인 현재의 LNG 메탄 슬립을 줄이기 위한 기술 개발과 동시에 다음 단계인 수소, 암모니아 연료로 눈을 돌리고 있다.
국제해사기구(IMO)가 MEPC 79차에서 올해 7월까지 선박 온실가스 배출을 추가로 규제하는 전략을 내놓으면서 LNG추진선이 연료를 연소할 때 발생하는 메탄에 대한 규제 논의가 있었다. 만일 IMO가 MEPC 80차에서 메탄 슬립에 대한 규제를 결정하면 늦어도 2025년부터 관련 규제가 시행될 것으로 조선업계는 전망하고 있다. 이와 관련 일각에서는 해운업계가 당장 LNG추진선을 발주해야 할지 눈치를 보고 있다는 목소리가 나오면서 선사 입장에서도 벙커C유보다 10~20% 비싼 LNG연료를 사용하는 선박을 발주할 이유가 사라질 수 있다는 우려가 나온다. 실제로 머스크의 경우 LNG추진선을 친환경 선박으로 보지 않고 관련 발주를 중단한 상태이고 메탄올 추진선에 집중하고 있다.
LNG연료로 쓰는 LNG추진엔진의 큰 단점은 질소산화물, 황산화물 등 오염물질을 적게 배출하지만 낮은 압력으로 연료를 분사하는 엔진 특성상 불완전 연소돼 배출되는 메탄이 발생하는 것이다. 이와 관련 국내 조선업계는 그동안 친환경 선박은 해운업계 대체 연료시장의 주류로 자리 잡은 LNG선이 대부분이었지만, LNG 역시 탈탄소 목표 달성을 위한 과도기적 연료로 평가된다. 다만 국내 조선업계는 완전 탈탄소화를 위한 과도기인 LNG의 수명이 얼마남지 않은 것으로 판단하면서도 아직은 LNG가 유일한 대안이라는 입장이다. 본지 취재 결과, 조선 빅 3사는 친환경 선박 기술로 메탄슬립 문제를 줄임과 동시에 수소, 암모니아 등 친환경 연료 개발에 주력하고 있다.
이미 머스크에 메탄올 추진선을 수주한 경험이 있는 한국조선해양은 LNG 이외에 메탄올, 암모니아, 수소 등 대체연료에 대한 미래 원천기술 확보에 주력하고 있어 큰 문제가 없다는 입장이다. 지난해 9월 가스텍에서 4~6만입방미터급(㎥) 암모니아 추진‧운반선에 대한 기본인증(AIP)을 획득했으며, 12월에는 수소엔진의 첫 단계인 LNG·수소를 혼합한 ‘혼소엔진’ 개발에도 국내 최초로 성공한 바 있다. LNG·수소 혼소엔진은 디젤연료와 LNG·수소 혼합 연료를 선택적으로 사용해 각종 유해 배기가스 배출량을 크게 줄인 친환경 엔진이다. 한국조선해양은 올해까지 수소 비중을 높여 혼소엔진 개발을 완료하고, 2025년에는 완전한 수소엔진을 개발해 육·해상 수소생태계 구축을 완성한다는 로드맵을 그리고 있다. 한국조선해양 관계자는 “앞으로 메탄올, 암모니아, 수소 등 대체연료를 사용하는 친환경 선박을 찾게 될 것으로 예상한다”고 강조했다.
삼성중공업은 IMO 3차 규제 타입(Tier III) 규정 준수를 위해 EGR(배기가스순환)을 추가해 모든 질소산화물(NOx) 배출 규정을 준수하고 있다. LNG 메탄 슬립과 관련해선 만(MAN)사 차세대 LNG 이중연료엔진(ME-GA)를 도입하여 메탄 슬립을 30~50% 감소시키는 효과를 보고 있으며, LNG 재액화시스템인 ‘엑스·렐리’를 지난해 개발하여 LNG 연소 후에 남는 메탄가스를 재액화해 화물창에 다시 넣어 배출을 줄일 수 있다는 것이 삼성중공업 측의 설명이다.
대우조선해양은 이중연료추진선박으로 글로벌 시장에 대응하고 있다. 2019년부터 이중연료추진선박 발주량이 증가하고 있는 추세이며, 이에 더해 재액화 시스템 NRS, 완전재액화시스템 FRS 등을 통해 메탄슬립을 줄이고 있다. 대우조선해양 관계자는 “당장은 LNG·LPG추진 선박을 중심으로 사업을 전개해 나갈 예정이며, 중기에는 암모니아 추진선박 상용화와 대체연료 기술을 고도화할 예정”이라며 “궁극적으로 수소 추진선박 상용화와 연료전지 기술의 확대를 목표하고 있다”고 강조했다.
올해 3월 20일 기준으로 빅 3사의 오더북 기준 LNG선박 수주잔량만 보더라도 △한국조선해양 LNG운반선·추진선 163척 △삼성중공업 LNG운반선 80척, DF선 21척 △대우조선해양 LNG운반선 64척이 남아 있어 친환경 선박 시장에서 아직은 LNG추진선박이 우세하다는 것이 국내 조선업계의 입장이다.
이와 관련 산업통상자원부는 조선산업의 경쟁력 확보를 위해 올해 1,300억원을 암모니아, 전기추진 시스템 등 조선 분야 핵심 기자재 기술개발과 LNG 저장 시스템 상용화 및 극저온 펌프 등의 고도화에 집중할 방침이다. 산업통상자원부 측은 “IMO가 2025년부터 LNG 추진선을 규제한다는 것은 현재까지 결정된 바 없다”며 “정부는 향후 IMO의 온실가스 감축 전략 및 규제 등 관련 동향을 예의주시하고 우리 산업계의 의견이 최대한 반영될 수 있도록 대응할 계획”이라고 밝혔다.
한국조선·대우조선 엔진제작사 인수전 치열…엔진사업 확장으로 내재화 이뤄
한국조선해양과 대우조선해양을 품은 한화그룹이 엔진사업 확장을 통한 몸집 불리기에 나서면서 엔진 제작사 인수전이 한창이다. 한국조선해양은 STX중공업 인수를 통해 중대형부터 중소형까지 선박엔진 제작 능력을 확보한다는 방침이다. 한국조선해양 관계자는 “한국조선해양의 자회사인 현대중공업 엔진기계사업부와 동시에 STX중공업의 인수를 통해 기존에 보유한 엔진 기술을 접목해 중소형 엔진까지 스펙트럼을 다양화하고, 그룹 내 조선사업과의 시너지를 통해 경쟁력을 높일 계획”이라고 밝혔다. STX 중공업은 중소형 엔진에 강점을 갖고 있으며, 특히 선박용 디젤 엔진, LNG·LPG 엔진 제작 역량을 갖추고 있다.
대우조선해양을 인수한 한화는 엔진 내재화를 통해 엔진 제작 역량을 확보해 유연하게 선박 수주를 가져간다는 전략이다. 대우조선해양 측은 “자체적인 엔진 제조 역량을 확보하여 수직계열화로 엔진사와 생산 일정을 공유하며 유연하게 납기 일정을 잡을 수 있어 LNG추진선박 등의 친환경선박 엔진의 제작 역량을 강화할 수 있을 것”이라고 밝혔다. 조선업계에 따르면, 조선소에 자체적으로 엔진 내재화를 이루면 선박 수주의 우선권을 점할 수 있고 선박 건조 가격의 10%의 비용을 절감할 수 있는 것이 장점이다.
빅 3사 중 삼성중공업은 아직 엔진사업을 내재화할 계획은 없다는 입장이다. 삼성중공업 관계자는 “LNG와 메탄올, 암모니아, 수소 등 대체연료를 사용하는 친환경 선박에 대한 기술력에 집중할 계획”이라며 “외연확장보단 내실을 다지면서 올해 흑자전환을 달성할 계획이다”라고 밝혔다. 삼성중공업은 그동안 선박엔진 제작을 담당해 오던 HSD엔진이 한화에 인수되는 것과 관련해선 “엔진제작사 인수 계획은 없다”며 “한화가 HSD엔진을 인수한다고 해서 엔진을 수급하는데 큰 에로사항은 없을 것으로 보인다”고 설명했다.
한편 대우조선해양과 한화그룹 간 경쟁당국의 기업결합 승인에 대한 결과가 윤곽을 드러내고 있다. 3월 20일 기준으로 튀르키예, 일본 경쟁당국이 승인했으며, 영국 당국도 사실상 승인 조치를 내렸다. 가장 까다롭다고 평가받는 유럽연합(EU) 경쟁당국은 4월 18일 잠정 심사결과를 공개할 예정이다.
탄소중립 미래 신성장 동력 ‘원자력’ 선박·플랜트 개발 시동
올해 빅 3사가 설계 단순화·공정화로 안전성과 경제성을 높일 수 있는 300㎿ 이하의 차세대 친환경 에너지원인 ‘소형모듈원자로(SMR)’를 본격적으로 선박에 적용하기 위한 연구·개발에 시동을 걸었다.
SMR은 최근 북극항로의 중요성이 부각되면서 극한 환경에서도 원자력으로 추진 선박의 필요성이 높아지면서 주목받고 있다. 올해 3월에 열린 KR 컨퍼런스에서는 이제경 한국조선해양 박사는 조선소의 모듈화된 선박 건조 기술을 통해 ‘모듈 기반’인 SMR의 대량생산이 가능할 것으로 내다봤다. 국내 조선업계는 2035년 이후 해상 SMR 개발이 본격화할 것으로 보고 있으며, 2040년 육상을 포함한 SMR시장이 130조원 이상 성장할 것으로 예측하고 있다.
이와 관련 먼저 HD현대가 미래 에너지 기술 확보를 위해 SMR 발전선 개발에 뛰어들었다. 한국조선해양은 2022년 말 해양산업에서 SMR의 가능성을 내다보고 빌 게이츠가 설립한 원자력 회사 테라파워(TerraPower)에 3,000만달러(약 393억원)를 투자하면서 지속적인 원자력 분야 기술 개발과 차세대 에너지 시장 선점에 나선다는 방침이다. 한국조선해양은 SMR를 탑재한 선박의 구체적인 디자인 콘셉트를 공개했다. 60메가와트 수준의 원자로 4개 세트를 만드는 방식으로 SMR 발전선을 구상하겠다는 전략이다. ‘부유식 SMR’ 형태로 바다에서도 SMR을 가능하게 한다는 것이다. 조선업으로 축적한 기술을 바탕으로 해안가에 SMR 발전선을 띄우고, 바로 육지에 접안시킨다. 또한 파도를 막는 방파제 시설도 설치하여 바다 위에 대형 원전 부지를 지속적으로 확장할 수 있다는 것이 한국조선해양 측의 설명이다.
대우조선해양은 인도네시아 원자력 발전 개발회사 토르콘 인터내셔널이 추진하는 해상 원전 사업에 참여 중이다. 지난해 10월 토륨 용융염원자로(TMSR) 관련 연구용역이 완료됐으며 대우조선해양은 설비를 바다 위에 띄우는 부유체를 공급할 예정이다. 상용화는 2027년 예정이다.
삼성중공업도 해상 원자력 플랜트 개발에 적극 나서고 있다. 삼성중공업 올해 1월 SMR 일종인 소형용융염원자로(CMSR)의 파워 바지 개념 설계를 완료해 미국선급협회(ABS) 인증을 받았다. 2028년까지 CMSR 제품을 상용화할 방침이다. 삼성중공업 측은 “화석연료 발전 설비를 대체할 수 있고 열, 수소 생산과 해수 담수화 설비에 필요한 전기와 열에너지 공급원 역할을 할 것”이라며 “부유식 발전설비에서 생산된 전력을 활용한 수소 및 암모니아 생산설비 개발까지 확대할 계획”이라고 밝혔다.
스마트 조선소 고도화…전 공정에 IoT 기술 접목, 작업환경 안전부터 생산성 제고
국내조선소 빅 3사 중 맏형인 HD현대는 올해 1월 초에 열린 세계 최대 전자·IT 전시회인 ‘CES 2023’에서 ‘오션트랜스포메이션’을 비전으로 내세워 2030년까지 스마트 야드로 탈바꿈하겠다는 전략을 내놓았다.
HD현대는 스마트 야드를 만들기 위해 ‘FOS(Future of Shipyard)’라는 로드맵을 정하고 정량적으로 생산성을 현재보다 30% 끌어올려 선박 건조 시간을 줄이고 불필요한 낭비 요소를 제거한다는 방침이다. 올해까지 1단계 목표로 ‘한눈에 보이는 조선소’를 구축하여 플랜트에서 이뤄지는 작업을 디지털 데이터로 시각화하여 모니터링할 계획이다. 여기에는 사물인터넷(IoT) 기술을 접목하여 장비에 센서를 부착·통신을 가능하게 하고 데이터를 수집·저장 후 분석해 데이터를 광범위하게 활용할 수 있다. 이후 2단계 ‘연결되어 예측되고 최적화된 공장’ 3단계 ‘지능형 자율운영 조선소’로 발전시켜 사람의 개입이 최소화하고 설계에서 인도까지 모든 공정이 최적의 조건으로 자동화되는 자동화·무인화 웨어러블(Wearable) 기반의 공정의 고효율화를 이룰 것으로 전망된다.
현재 HD현대는 가상 조선소 플랫폼인 ‘트윈포스(Twin FOS)’를 통해 각종 안전, 품질, 생산, 공정, 설계, 자재, 물류 등 모든 정보를 한눈에 파악하여 각종 대기 시간을 줄이고 작업의 비효율성을 제거할 수 있도록 데이터의 신뢰성을 높였다. 또한 조선업계의 인력난 해소를 위해 로봇 기술 상용화에 속도를 높이고 있다. HD현대는 1987년부터 생산자동화 연구에 착수하고 소부재 자동인식 로봇 등 100여종의 로봇을 개발하고 있다. 현대중공업도 2018년 대조립 공정에 협동로봇을 도입, 현대삼호중공업은 2022년 10월 현대로보틱스 등과 공동 연구한 ‘소조립부재 로봇용접 시스템’을 구축해 소조립 용접 완전 자동화에 열을 올리고 있다.
삼성중공업도 제조 혁신 고도화를 위해 디지털 트랜스포메이션(DT) 기술을 활용한 스마트 조선소 전환에 박차를 가하고 있다. 최초로 견적부터 제품 인도까지 선박 건조 전 과정(EPC)에서 생성되는 모든 정보를 한눈에 확인하고 관제할 수 있는 데이터 기반 ‘전사 통합모니터링 시스템(SYARD)’을 개발하고 올해부터 본격 적용한다는 방침이다. 동 시스템의 적용으로 데이터에 기반한 최적의 의사결정이 가능해 인력, 자재, 에너지 등 경영 자원의 효율적 관리, 리드타임 단축은 물론 위험요인을 사전에 파악하고 제거할 수 있게 된다.
2019년부터 삼성중공업은 △메타버스 기반 원격 품질검사 플랫폼 △대화형 설계 챗봇(ChatBot) △3D 모델링 및 디지털트윈 기술을 활용한 생산 무도면 시스템 등을 개발해 적용하고 있다. 이를 통해 올해 총원가 10% 개선을 달성하고 2025년까지 축적된 스마트 기술을 선급, 협력사, 고객으로 확대해 공급망 전방위에 걸쳐 스마트 생태계를 구축해 나갈 계획이다.
대우조선해양도 2021년 디지털 생산센터를 개소하고 ‘스마트 생산관리센터’와 ‘스마트 시운전센터’를 운영 중이다. 스마트 생산관리센터는 IoT 기술을 접목해 1분마다 갱신되는 정보를 대형 스크린을 통해 공유하고 빠른 의사결정을 돕는다. 스마트 시운전센터는 시운전 선박의 장비별 성능과 연료 소모량, 문제점을 수집하고 이를 빅데이터화해 개선점을 제안한다.
또한 올해 1월부터 작업환경을 개선하고 생산성 향상을 위한 ‘탄소강관 용접 협동로봇’을 개발하여 충돌 안전분석을 통해 작업자가 안전하게 작업할 수 있도록 하고 정밀 용접 및 용접변수에 대응하여 용접시간을 대폭 줄였다. 이를 통해 작업준비 시간이 60%가량 줄어들어 생산성 향상과 작업자의 피로도 개선에 기여하고 있다.
태양광, 부유식 해상풍력 신재생에너지 사업다각화 탄력
조선 빅 3사는 ‘부유식해상풍력’ ‘태양광’ 등 신재생에너지를 미래 먹거리로 점찍고 조선 중공업의 기술력을 바탕으로 사업다각화에 속도를 내고 있다. 현대중공업은 그린에너지사업의 일환으로 지난 1997년 태양광 발전 사업성 연구를 시작하여 대체 에너지 시장에 발을 들였다. 2006년 스페인 태양광 발전단지에 6,000만 달러 규모로 태양광 발전설비를 수출하고 2007년에는 민간 아파트와 병원에도 발전설비를 설치하는 등 태양광 사업을 확장시켰다. 현재는 미국, 일본 등 미주와 아시아 지역에도 태양광 설비 사업을 확대하여 미국에 142MW급 태양광 발전소용 모듈의 공급을 완료하는 등 대형 프로젝트에 참여하고 있다. 한국조선해양의 태양광 사업 자회사인 현대에너지솔루션은 2016년 현대중공업그린에너지로 분할 설립된 후 2019년 현재의 사명으로 바꿔 태양광 모듈 판매를 주력 사업으로 하고 있다. 태양광 모듈이 전체 매출의 90%를 책임지고 나머지 10%를 에너지저장장치(ESS)와 전력제어장치(PCS)가 담당하고 있다. 태양광 솔루션, 유지보수(O&M) 분야로 사업을 확대해 최적화된 태양광 솔루션을 제공한다는 목표이다.
현대중공업은 선박 프로펠러 원리를 응용한 풍력발전 사업에도 투자했다. 2013년 군장국가산업단지 내에 풍력 발전기 공장을 설립하여 연간 800MW 규모의 전기를 생산하고 있다. 또한 HD현대의 계열사인 현대일렉트릭은 세계에서 가장 큰 15MW급 풍력 터빈 제조 기술을 보유한 미국의 GE리뉴어블에너지와 협력을 강화하고 있다. 지난해 12월 파트너십을 맺고 풍력 터빈의 핵심 부품인 ‘나셀’과 발전기의 국내 생산을 맡기로 했다. 현대중공업그룹은 해상풍력발전에서 발생한 전력으로 바닷물을 분해해 수소를 생산하는 그린수소 플랜트 조성도 추진 중이다. 기존에도 현대중공업은 바다에 띄우는 부유식 풍력발전기 개발을 지속해왔다. 지난해 부유식 해상풍력발전기에 대해 프랑스에서 설계 인증을 받았고 제주, 울산 등 국내에서 바다에 띄우는 부유식 해상풍력발전단지 조성 사업에도 참여하고 있다.
삼성중공업도 2021년 ‘해상 풍력 발전’으로 신재생 에너지 시장에 뛰어들었다. 삼성중공업은 19일 9.5㎿급 대형 해상 풍력 부유체 독자 모델을 개발해 노르웨이 선급협회(DNV)로부터 기본설계 인증을 획득했다. 이를 바탕으로 삼성중공업은 정부가 6GW 규모의 전력생산을 목표로 추진 중인 ‘동해 부유식 해상 풍력 발전’ 프로젝트부터 공략해 나갈 방침이다. 올해는 15MW급 부유체 모델을 개발하고 선급 승인을 앞두고 있다.
대우조선해양은 2021년부터 대형 해상풍력발전기 설치선(WTIV) 분야에 진출했다. 2021년 모나코 에네티로부터 14~15MW급 대형 풍력발전기 5기를 해상에 설치할 수 있는 선박 2척을 수주해 현재 옥포 조선소에서 건조 중이다. 또한 대우조선해양이 자체 개발한 스마트십 시스템(DS4)도 탑재해 최적 운항을 돕는 다양한 솔루션을 공급한다.이번에 대우조선해양을 인수한 한화는 해상풍력설치 관련 사업에 지속적으로 투자한다는 방침이다.
류지훈 ryujihoon93@naver.com
