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2019년 10월호

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수소연료선박시대에 우리는 어떻게 대비해야하는가?

김병수 부산대학교 조선해양공학과 교수

2019-09-30 16:33:29

  수소연료선박은 깨끗한 에너지인 수소를 연료로 사용하여 동력을 발생시켜 운항되는 순수 친환경적인 미래형 선박이다. 대부분의 선박은 중유를 엔진에서 폭발시켜 얻어지는 동력으로 운항됨으로 황 및 질소 산화물 등 환경 유해물질을 많이 발생시킨다. 수소연료선박에는 그러한 엔진이 없으며 대신에 연료전지가 들어간다. 선박에 설치된 연료전지에 수소를 넣고 산소와 반응시키면 물과 전기가 발생하게 되는데 이러한 전기를 사용하여 모터를 회전시키고 프로펠러를 돌림으로 선박이 운항되는 추진동력을 얻게 된다. 연료전지는 엔진의 연소과정을 거치지 않아 유해가스와 이산화탄소의 배출이 없으며 소음·진동도 없는 친환경적인 전기에너지를 생산하는 발전기인 것이다.

 

   수소연료선박이 상용화되기까지 앞으로 많은 시간이 걸릴 것이다. 수소에너지 사용에 대한 안전성 검증이 이루어져야 하고, 연료전지가 비싸고 내구성도 약한 단점에 대한 기술혁신도 필요하다. 또한, 선박에 수소를 공급하는 벙커링(Bunkering) 등 항만 인프라도 갖추어야 한다.

 

   이러한 상황에도 불구하고 최근 우리나라뿐만 아니라 세계적으로 수소에너지 사용에 대한 기대가 날로 커지고 있다. 20191월 정부는 세계 최고수준의 수소경제 선도국가로 도약하기 위한 수소경제 활성화 로드맵을 발표하였다. 수소에너지가 부상되는 이유는 온실가스로 인한 지구온난화 때문이다. 온난화에 따른 지구 생태계의 위기를 극복하기 위해 국제사회는 2015년 파리기후협정에서 2100년까지 지구평균온도가 산업혁명 이전 대비 2도 이상 상승하지 않도록 노력한다고 합의하였고 195개국이 서명하여 2016114일부터 발효 중에 있다.

 

 

그림1. 수소연료선박 이미지, The Marine Executive, 2019.1.29

 

 

 

  온실가스의 80%는 석유·석탄·가스 등의 화석연료를 태울 때 발생하는 이산화탄소(CO2)이다. 국제에너지기구(IEA)2도 상승을 억제하기 위해서는 화석연료 사용으로 인한 세계  CO2  배출량을 2013년 대비 2050년까지 50%를 감축시켜야 한다고 제시하였다.

    

   국제해사기구(IMO)20184월에 국제 해운업계에서 발생시키는 온실가스 배출량을 2008년 대비 2050년까지 50%를 감축하기로(CO2  80% 감축 해당) 결정하였다. 세계 바다에는 대략 10만 척의 선박이 운항되고 있는데, IMO가 설정한 감축 목표를 달성하기란 무척이나 어려운 일이다. 현재의 조선공학기술로 감축이 가능한 수준은 최대 15%이며, LNG를 선박연료로 사용한다 하더라도 최대 20%에 불과한 실정이다. 온실가스의 주범인 CO2를 발생시키지 않는 선박연료 사용에 대한 근원적인 대책이 필요한 것이다.

 

   OECD 산하 국제운송포럼(ITF)IMO의 감축 목표를 달성하기 위해 2035년 경에 수소 혹은 암모니아를 연료로 사용하는 선박의 비중이 70%까지 대체되어야 한다고 제시하였다(2018.3.27). 국제선급인 DNV-GL은 수소 혹은 암모니아를 연료로 사용하는 선박이 2050년에 전체 선박의 30%~40%가 될 것이라고 전망하였다(2019.9).

 

 

그림2. 국제운송포럼의 선박연료별 비중 제시(2015~2035)

 

  앞으로 10년이 지난 2030년 경부터 선박연료에 대한 새로운 패러다임 변화가 도래할 것이다. 기존의 중유 및 LNG연료선박 기술에서의 경쟁력 우위는 더 이상 유효하지 않을 것이며, 저탄소기반의 친환경선박에 대한 많은 기술혁신이 이루어질 것이다. 진정한 의미의 친환경 선박은 Zero-CO2 가 되어야 하고, 이를 그대로 실현해내는 것이 수소연료선박이다. 수소연료선박이 차세대 고부가가치 미래선박으로 성장할 것이 확실하다.

 

   이에 따라 일본, 미국 및 독일 등 선진국에서 수소연료선박에 대한 국가 연구프로젝트가 추진되고 있으며, 우리나라보다 한 발 앞서가고 있다. 일본의 가와사키중공업(KHI)은 세계 최초로 액화수소운반선을 개발하여 건조 중에 있으며, 2020년에 운항할 계획이다. 미국의 SW·TCH Maritime사도 샌프란시스코에 운항할 수소연료여객선을 건조 중에 있다. 독일은 2009년에 수소연료여객선을 건조하여 함부르크 내륙 수로를 3,000시간 이상 운항해 오고 있다. 선진국에서는 발 빠르게 수소연료선박과 관련 기자재 적용 실증이 같이 이루어졌으며 선박 운항을 통해 선박 및 기자재에 대한 안전성과 내구성에 대한 실적 검증도 진행 중이다.

우리나라 조선업에서 수소연료선박시대의 출현은 매우 좋은 기회이다. 그러나 LNG선에서 차별적인 기술경쟁력을 확보해서 시장을 독점하고 있지만 반드시 개선해야 할 것은 LNG선에 들어가는 고부가가치 핵심기자재가 유럽 및 일본에 의존하고 있는 것을 낮추어야 한다는 것이다. 국산기자재의 개발이 늦었고 개발되었다 해도 실적 검증이 미흡해 해운회사들이 적용하지 않는 악순환이 되풀이 되고 있다.

 

   다행스러운 것은 수소연료선박시대가 이제 시작되고 있다는 것이다. 아직 시간적 여유가 있다고 투자를 미루어서는 안 된다. 수소연료선박에 들어가는 국산기자재 개발에 관련된 투자도 함께 이루어져야 한다. 수소소재, 수소연료탱크, 연료전지 및 전기저장시스템, 전기추진시스템, 수소배관 및 수소밸브, 안전운항시스템 등 등 핵심기자재의 개발이 필요하다. 다행히 정부는 올해부터 5년간(2019~2024) 380억원을 투자하여 수소연료저장 및 소재 성능평가, 연료전지 및 배터리 성능평가, 전기추진시스템 성능평가 시설 구축 등 수소연료선박 R&D플랫폼 구축 프로젝트를 추진 중이다. 여기에 한국조선해양(현대중공업), 대우조선해양, 삼성중공업, 포스코, 현대자동차 등이 참여하고 있어 좋은 성과가 기대된다.

 

   이러한 연구와 병행해서 반드시 추가로 추진해야 할 필수적인 과제가 있다. 수소연료선박을 많이 건조하고 안전 운항한 실적을 쌓아야 한다는 것이다. 수소연료선박 설계 및 건조기술 뿐만 아니라 개발된 국산기자재의 내구성과 안전성에 대한 실증 및 실적을 충분히 쌓도록 정부가 기회를 많이 제공해야 한다는 것이다. 여기에는 산업통상자원부와 해양수산부간 수소연료선박에 대한 건조 및 운항 실적의 중요성에 대해 공감하고 이를 위해 정부부처간의 이해를 넘어선 통합적이고 체계적인 지원노력이 필요하다.

 

   세계 조선업에서 우리나라는 중국과 치열하게 다투고 있으며 고부가가치 미래형 선박에서 중국이 따라오기 전에 앞서 나가는 1등 전략을 지속적으로 유지해야 살아남을 수 있다. 수소연료선박시대에도 우리나라 조선업이 선두를 유지하기 위해서는 기업과 정부가 협력하여 수소연료선박에 대한 투자를 속도감 있게 전략적으로 적극 추진해야 할 것이다.

 

김병수

부산대학교 조선해양공학과 교수