차세대 선박 연료 : 메탄올과 암모니아

차세대 선박 연료 : 메탄올과 암모니아

대학생신재생에너지기자단 22기 김혜윤

 

선박 연료 전환의 필요성

국제해사기구(IMO)에서는 해양에서의 넷제로 실현을 위해 2050 온실가스 배출량을 2008년 대비 50% 줄이는 결의안을 채택했고, 지난해 7월 이를 100%로 상향조정 했다. IMO의 행보는 선박 연료 변화의 필요성을 의미한다. 또한 선박에서 온실가스 감축을 위해 현 수준에서 동원 가능한 모든 종류의 기술을 동원하더라도 30% 수준의 감축에 그칠 것이란 분석을 고려하면, 무탄소 연료로의 전환은 필수적임을 예상할 수 있다.

IMO는 2020년부터 전 세계 선박 연료유의 황 함유량 제한을 0.5%까지 강화해, 질소산화물과 함께 규제하고 있다. 이에 대부분의 선박은 저유황유 및 LNG 연료를 사용하여 규제를 준수하고 있다. LNG 연료는 황산화물 및 질소산화물이 거의 발생하지 않고, 이산화탄소 배출량도 15~30% 저감돼 좋은 대안이지만 무탄소 연료는 아니기에 신조 발주 선박에서 비중이 줄어들고 있는 추세다.

[자료 1.  신조 발주 선박의 연료 전망  ]

출처 : Clarkson Research(2019)

IMO 규제에 대응하기 위해 대체 선박 연료의 후보로 메탄올, 수소, 암모니아, 바이오 연료 등이 거론되고 있다. 당장의 단계적 온실가스 규제에 대응해 단기적으로는 메탄올이나 바이오연료를 이용하고, 장기적으로는 수소나 암모니아를 이용하기 위한 연구가 진행되고 있다. 그 중에서 메탄올과 암모니아에 대한 비교 연구가 활발히 진행되고 있는 상황이다.

 

차세대 연료로서 메탄올의 가치

메탄올은 LNG 대비 탄소 배출량이 적고 극저온 저장 창고가 필요한 LNG와는 달리 상온에서 액체 상태로 저장과 운송이 가능하다. 또한 연료 전환을 위한 설비 역시 기존 인프라를 개조해 활용할 수 있으며, 메탄올 추진 선박은 건조비용이 LNG 선박보다 저렴하다. 메탄올은 상온 상압 상태에서 액체 상태고 전용 연료 탱크가 필요 없다.

[자료 2. 메탄올 추진 컨테이너선 수주 현황]

출처 : 서울경제

메탄올 인스티튜트 보고서에 따르면, 메탄올은 천연가스와 석탄 등 화학 에너지를 사용해 생산하기 때문에 ‘그레이 메탄올’에 해당한다. ‘그린 메탄올’은 제조원가가 매우 높으며, 연료유의 단위당 발열량이 메탄올의 두 배가 넘어 연료유의 경제성이 메탄올보다 높다.

그럼에도 해운업계 관계자들은 “암모니아, 수소 등 다양한 대체 연료가 있지만 메탄올이 가장 적합하다”고 분석하며, “메탄올이 상대적으로 기존 연료의 단점을 가장 빨리 보완했다”고 덧붙였다. HD 한국조선해양, 삼성중공업, 한화오션 등 국내 조선업계도 메탄올 추진선 시장에서 두각을 나타내고 있다. 이에 해수부는 그린 메탄올 공급망 구축에 나서고 있다. 그린 메탄올은 연료 공급전용선이 없고, 선박 건조에도 시간이 걸리기 때문에 연안액체화물선의 연료공급 겸업이 가능하도록 관련 규제를 혁신하고, 기존 항만의 화학 탱크 인프라를 활용해 연료 확보에 차질이 없도록 할 계획이다.

[자료 3. 친환경 선박 연료 공급 거점 마련 및 가격경쟁력 확보]

출처 : 해양수산부

 

차세대 연료로서 암모니아의 가치

암모니아의 경우 액체 형태고 독성이 있어 취급 과정이 복잡하다. 현재 운항 중인 선박을 암모니아 추진 선박으로 개조하려면 메탄올 추진 선박으로 개조하는 것보다 훨씬 어렵다고 전문가들은 평가한다.

하지만 암모니아는 다른 연료 대비 활용 비용 부담 또한 상대적으로 적어 탈탄소 선박 에너지원이라는 게 업계의 설명이다. 또한 탄소를 함유하지 않은 진정한 무탄소 연료고 재생에너지 전력으로 만들면 대량 생산할 수 있다.

[자료 4. 그린 암모니아 생산 과정]

출처 : 암모니아 연료추진선박 보고서

이와 관련해 삼성중공업은 지난해 6월 경남 거제시에 실증설비를 구축해 연료공급·재액화·배출저감 등 시스템의 파일럿 설비를 갖출 것이라 발표했다. 이렇게 업계에서는 암모니아를 선박의 탈탄소 에너지원으로 활용하기 위한 기반이 마련되고 있다.

[자료 5. 삼성중공업 암모니아 실증 설비 전경]

출처 : 삼성중공업

해수부 역시 암모니아 공급망 구축에 나선다. 해수부는 기존 항만 인프라를 활용하고 향후 수요에 따라 항만 내 생산·저장시설을 구축할 수 있도록 항만개발단계에서부터 입지를 먼저 배정할 계획이다. 이와 함께 친환경 연료공급선 신조 시 선가의 10~30%에 대한 정부보조금 지원을 추진하는 한편, 한국해양진흥공사를 통한 투자·지급보증 등을 통해 친환경 선박연료 인프라에 대한 민간투자를 유도할 계획이다.

이러한 민간 기업 및 정부의 노력에도 불구하고, 재생에너지 전력 원가 의존성 때문에 빠른 시일 내에 암모니아로 선박 연료를 대체할 수는 없을 것이라는 전망이 나온다.

 

대한민국 선박 차세대 연료는?

친환경 선박 연료는 해운 업계 재편을 촉발할 수 있는 주요 변수이자, 정유 업계에도 영향을 주는 요인이기 때문에 해운사의 친환경 선박 연료 선택은 신중할 수 밖에 없다. 또한 메탄올, 암모니아는 미래 선박 연료로 주목받고 있지만 각각의 장단점이 뚜렷하기 때문에 차세대 선박 연료에 대한 의견이 분분하다. 이에 따라 주요 해운사는 LNG 추진선과 메탄올 추진선을 함께 발주하고 있는 추세다.

[자료 6. 세계 주요 선사 친환경 선박 발주 현황]

출처 : 매일경제

국내 기업 역시 친환경 선박 연료에 대한 연구개발 작업을 진행 중에 있다. 국내 1위 해운사인 HMM은 메탄올, 암모니아, 바이오선박유 등 다양한 연료를 차세대 연료 후보로 두고 연구 중이다. 또한 GS칼텍스, 롯데정밀화학, 삼성중공업은 조선/정유 업계와의 공동 연구 협약을 체결하기도 했다.

선박 연료에 대한 규제 적용 기준이 또 어떻게 변화할지 불확실한 상황 속에서 어느 하나를 친환경 연료로 선택하기보다 다양한 연료에 대한 연구가 필요할 것으로 보인다. 또한 각각의 친환경 연료를 뒷받침할 탄소 전략을 세우는 것이 가장 중요할 것으로 예측된다. 조선 업계 관계자는 “대체 연료 분야는 단순히 시장성, 경제성 뿐 아니라 선점 효과와 같은 측면도 살펴봐야 하는 대단히 복잡한 사안이다.”고 말한다. 따라서 차세대 연료 후보로 암모니아와 메탄올 중 하나를 선택하기 보다 다중 연료 채택 가능성을 염두에 두고 기술 개발에 전념해야 할 것이다.

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선박연료에 대한 대학생신재생에너지기자단 기사 더 알아보기

1. "LNG가 불러온 간만의 활황, 다음 목표는 암모니아다", 23기 강민수, https://renewableenergyfollowers.tistory.com/4250

LNG가 불러온 간만의 활황, 다음 목표는 암모니아다

2. "바다 위 친환경 연료전환의 블루칩, 'LNG 벙커링'", 14기 김준호, 19기 염지원, https://renewableenergyfollowers.tistory.com/3389

바다 위 친환경 연료전환의 블루칩, 'LNG 벙커링'

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참고문헌

[선박 연료 전환의 필요성 ]

1) 김연숙, ““LNG 선박 탄소중립 실현 불가능…무탄소 선박연료 전환 필요””, 에너지경제신문, 2023.08.22, https://m.ekn.kr/view.php?key=20230822010005519

2) 박준성, 김진희, 박기호.(2020).선박 연료유 품질 규제 현황 및 기술기준.한국해양환경·에너지학회 학술대회논문집,(),105-105.

3) 이제명, “차세대 선박 연료의 방향성-선박의 ‘탄소배출제로’를 이룰 열쇠는?”, 부산대학교 수소선박기술센터, 2022.01.04, https://his.pusan.ac.kr/bbs/cmri/8582/925683/artclView.do

[차세대 연료로서 메탄올의 가치]

1) 리룽첸, “친환경 무탄소 선박으로 가는 길”, Economy Insight, 2023.10.01, http://m.economyinsight.co.kr/news/articleView.html?idxno=6328

2) 박연정, “친환경 선박 시대 여는 ‘메탄올 추진선’”, 뉴스펭귄, 2023.06.20, https://www.newspenguin.com/news/articleView.html?idxno=14369 

3) KRISO 홍보팀, “친환경 선박연료, LNG에 이어 메탄올 주목”, 선박해양플랜트연구소, 2023.06.28, https://kriso.re.kr/gallery.es?mid=a10403000000&bid=0019&list_no=806&act=view

[차세대 연료로서 암모니아의 가치]

1) 리룽첸, “친환경 무탄소 선박으로 가는 길”, Economy Insight, 2023.10.01, http://m.economyinsight.co.kr/news/articleView.html?idxno=6328

2) 성재경, “해수부, 차세대 선박연료 공급망 구축 나선다”, 월간수소경제, 2023.11.15, https://www.h2news.kr/news/articleView.html?idxno=11502 

3) 이영완, “이산화탄소 배출 제로…’암모니아 선박’ 나온다”, 조선일보, 2024.01.02, https://www.chosun.com/economy/science/2021/03/17/FK23TCZJSVA6FDWQKWJZUTVAVE/

[대한민국 선박 차세대 연료는?]

1) 오수현, ““메탄올이냐, 암모니아냐” 미래 선박연료 주도권 경쟁”, 매일경제, 2023.05.01, https://www.mk.co.kr/news/business/10725848