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바닥 드러내는 화석연료, 우리의 선택은 ‘대체에너지 선박’?

메탈넷코리아(월간 해양과조선) 취재부 이 명 규 기자
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  • 인터뷰 ①: DNV 도면승인센터 검사관 정문화(LNG연료를 공급할 수 있는 인프라 구축 시급!)
    하이브리드 선박 및 대체에너지 선박이란 환경 오염의 주범으로 인식되는 화석 연료를 이용해 추진되는 선박이 아닌 천연 가스, 연료 전지, 전기, 풍력 에너지, 태양광에너지 등의 청정 또는 신재생 에너지
  • 인터뷰 ②: 대우조선해양㈜ 홍보팀 (강화되는 환경규제에 효율적인 기술로 맞서야 한다!)
    대체에너지 선박이란 HFO(Heavy Fuel Oil), MDO(Marine Diesel Oil) 등의 기존 화석연료를 이용한 선박에서 나아가 전기, 천연가스 등 새로운 대체에너지로 추진되는 선박들을 의미한다.
  • 인터뷰 ③: STX마린서비스 팀장 김세일(하이브리드 선박 개발을 통한 국제 경쟁력 확보!)
    선박에 적용 가능한 대표적인 대체에너지로 태양광(Solar), 풍력(Wind Power), 수소(H) 등의 재생 가능 에너지와 바이오디젤(Bio-Diesel), DME(Dimethyl ether) 등의 대체연료를 들 수 있다. 이런 대체
  • 인터뷰 ④: S-MARINE CEO 서한동(해외 선행기술의 격차를 축소하고 신기술 개발에 주력!)
    현재 신재생에너지라고 언급을 하면 EEDI나 EEOI의 규정만을 준수하는 것을 중요하게 생각하는 경향이 있다. 하지만 그보다 더 깊게 짚어보면 재료 자체를 비롯하여 건조하는 공법에 이르기까지 친환경적
  • 인터뷰 ⑤: 동경대학교 교수 카즈유키 오우치(장기적으로는 가격경쟁력 보다는 기술력 향상이)
    현재 일본의 조선업계는 글로벌 경기 침체, 고유가, 무모할 정도의 엔화평가 절상, 2011년 일어난 지진 쓰나미의 영향 등에 맞닥뜨려 있다. 게다가 해운 시황 침체로 인해 많은 선주들이 선박을 매각했고
  • 인터뷰 ⑥: 동경해양대학 교수 츠요시 오데(환경의 중요성 강조, 전기추진선박이 키워드!)
    일반적으로 선박은 디젤기관이나 증기터빈으로 프로펠러축을 구동하는 것에 비해 전기추진선박은 동력실 내의 발전기를 돌려 그 전력으로 동력을 얻는데, 디젤기관이나 터빈기관에서 필요한 전·후진 변환
  • 인터뷰 ⑦: 미쓰비시중공업 유지 우지에(Eco-Ship 등 에너지 절감형 선박개발에 매진!)
    2008년 말 미국발 재정위기, 리먼쇼크 이후로 조선에 대한 수요가 상당수 하락했으며, 그에 따라 수요와 공급이 불균형을 이루고 있는 실정이다. 여기에 한국 조선소의 기술력이 향상되고 규모가 극대화
  • 인터뷰 ⑧: 도쿄계기공업㈜ 아츠시 스가와라(조선경기 침체될수록 에너지 절감형 제품의 선호도↑)
    일본 조선업계에서는 엔고 현상과 높은 운영비로 인해 어려움을 겪고 있는 실정이나 사실 당사는 기자재 업체이기 때문에 전체적인 분위기 외에는 정확하게 파악하기는 어려운 실정이다.
  • 일본 대지진으로 후쿠시마 원전 사고가 난 지 1년이 훌쩍 지나버렸지만, 사고 원전은 지금도 엄청난 양의 방사능을 내뿜고 있다.
    현재 일본 국민의 적극적인 전기 절약과 순번제 공장 운영을 통하여 가동 중단된 원전으로 인한 전력 부족사태를 이겨내고 있으나 안전점검을 통과한 상당수 원전도 주민들의 반대로 가동을 재기하지 못하고 있는 실정으로 전력 수급 불안은 장기화될 것으로 전망된다.

    일본뿐만 아니라 주요 원자력발전국의 전력공급 안정성 및 이산화탄소 배출저감 등의 정책적 목적으로 추진한 원전 확대 정책이 이번 사고로 인해 타격이 불가피해 보인다.
    독일이나 이탈리아 등 유럽 국가들은 탈원전을 선언하였으며, 이를 계기로 에너지안보와 지속가능한 녹색성장에 대한 관심이 높아졌고, 원전의 핵심 대안으로 신재생에너지의 필요성이 부각되고 있다. 태양광, 태양열, 풍력과 같은 대체에너지는 기존의 화석연료와 달리 이산화탄소를 전혀 배출하지 않는 청정에너지원이다.

    선박에서도 이러한 청정에너지를 적용하기 위한 연구가 속도를 내고 있다. NYK라인은 태양광 판넬을 화물선의 갑판 위에 설치하여서 전력의 일부를 태양열 에너지로 얻을 수 있었으며, 유럽에서는 초대형 연을 설치해서 풍력에너지를 이용하는 Skysail이라는 선박이 개발했다.
    독일은 승객수 100명 규모의 Zero emission ship개발을 위한 ZEMShip 프로젝트를 진행 중으로 2008년부터 실증선을 운행하고 있다.
    이 밖에도 노르웨이의 Fellowship 프로젝트, 유럽국가들의 FCShip 프로젝트, 독일의 e4Ships 과제 등이 활발히 진행 중이다. 한편, 미국의 경우는 방위산업을 중심으로 선박 주 동력용 2.5MW급 연료전지 시스템을 개발하고 있으며, 일본에서는 NYK Super Eco Ship이라는 새로운 컨셉트 선박을 개발했다.

    이 선박은 주 동력원으로 연료전지를 사용해서 40MW의 에너지를 얻으며, 태양광으로 1∼2MW, 풍력으로 1∼3MW를 생산한다.
    육상용으로는 풍력이나 태양에너지 같은 신 재생에너지가 차세대 친환경 에너지원으로 각광을 받지만, 선박은 설치 면적이 한정되어 있기 때문에 NYK Super Eco SHip에서도 수치로 보이듯이 많은 에너지를 생산할 수 없고 따라서 이러한 대체에너지는 주 동력원은 될 수 없다는 한계가 있어 해결하기 위한 방안에 힘써야 할 것으로 사료된다.

    Ⅰ. 대체에너지 선박의 개요
    1. 대체에너지의 정의 및 종류
    대체에너지는 표 1과 같이 온실가스를 획기적으로 감축하는 혁신적 에너지기술에 기반한 산업으로 신재생에너지, 화석연료 청정화, 효율향상 분야로 나눌 수 있다. 그 중 주요 기술 몇 가지를 짚어보면 다음과 같다.
    (1) 태양광 발전
    (2) 태양열 발전
    (3) 풍력발전
    (4) 수력발전
    (5) 조력발전
    (6) 지열발전
    (7) 열병합 발전
    (8) 수소-산소 연료전지
    2. 대체에너지 선박의 정의
    3. 대체에너지 선박의 중요성
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    Ⅱ. 대체에너지 선박의 현황
    1. 국내 현황
    (1) 시장규모
    (2) 기술현황
    (3) 국내 사례
    1) 대우조선해양
    2) STX마린서비스
    3) 현대중공업
    2. 일본의 현황
    (1) 현황 및 제도
    1) 비주택용 신재생에너지
    2) 태양광발전
    3) 풍력발전
    4) RPS제도
    5) 태양광발전 잉여전력 매수제도
    (2) 일본의 대체에너지 선박 육성방안
    1) 2050년까지 탄소배출량을 현저하게 감축시킬 수 있는 기술
    2) 현격한 성능개선, 비용감축 및 보급확대가 가능한 혁신적 기술
    3) 일본이 선도할 수 있는 기술(현재 일본이 기초기술연구개발에 앞서 있는 기술부문 포함)
    (3) 개발 사례
    3. 미국의 현황
    (1) 대체에너지에 대한 의무구매제도(Feed-in-trariff)
    (2) 생산세액공제(PCT)
    (3) 대채에너지 생산 인센티브(REPI)
    (4) 비용회수가속시스템 및 보너스 감가상각
    (5) 사업용 에너지 세액공제
    (6) 청정신재생에너지 채권(CREB)
    4. 영국의 현황
    5. 캐나다의 현황
    6. 호주의 현황

    Ⅲ. 대체에너지 선박의 기대효과 및 전망

    Ⅳ. 대체에너지 선박의 당면과제
    1. 기술 및 가격경쟁력이 취약하고 산업 기반 형성이 미흡
    (1) 기술경쟁력에서 유럽, 일본, 미국에 열위, 가격경쟁력에서는 중국에 밀린다?
    (2) 소수 선도기업의 세계시장 독점으로 인한 높은 진입장벽
    (3) 부가가치가 높은 핵심분야의 국산화가 여전히 미흡
    2. R&D 지원체계 및 국제표준화 미흡
    (1) 체계적이고 장기적인 R&D 전략 수립 및 추진 부족
    (2) 국제표준화 관련 활동부족, 선진국의 기술규격 및 산업구조 추종 경향 다분

    Ⅴ. 대체에너지 선박의 육성방안
    1. 기존의 녹색성장 산업 협의체의 활동을 강화하여 특화분야별 수출확대 전략 제시
    2. 대체에너지 분야의 R&D 투자, 금융 및 세제지원 확대
    3. 신재생에너지 국제표준화 전문인력양성 프로그램 실시
    4. 아시아-태평양 대체에너지 국제표준화 협력체 창설 제안
    5. 대체에너지 해외시장 조사역량 강화
    6. 성장동력화가 필요한 분야를 선정해 중점 육성
    7. 대기업-중소기업간 R&D 네트워킹 강화 유도

    Ⅵ. 마무리
    사실 선박의 친환경기술 개발은 이미 오래 전부터 시작되어 왔다. 고속화와 대형화도 선박의 운송효율을 높인다는 측면에서는 넓은 의미에서 친환경기술개발, 근래에 더욱 강화되는 선박평형수처리 규정 등도 해양생태계를 지키기 위한 노력의 일환이라고 할 수 있다.
    특히 산성비 등을 일으키는 황산화물(Sox), 질산화물(NOx)를 줄이고자 하는 노력은 이미 오래 전부터 진행되어 왔다. 바다 위에 떠 있는 선박은 물의 저항을 뚫고 앞으로 나아가야 한다.
    이를 위해서 배는 연료를 엔진에서 연소시켜서 발생하는 힘으로 프로펠러를 돌려서 추진력을 얻는다. 따라서 선박의 에너지 효율을 향상시키는 일차적인 방법은 같은 연료를 사용해도 보다 높은 추진력을 낼 수 있게 만들거나 배에 걸리는 물의 저항을 보다 줄이는 방법 등이 있다.
    대우조선해양이 설치한 전류고정날개는 프로펠러 앞에 설치된 고정날개를 거쳐서 물의 흐름이 균일하게 되어 프로펠러의 효율이 증가시킬 수 있으며, 현대중공업이 개발한 추력날개는 프로펠러 뒤에 날개를 설치하였다. 이러한 장치로 향상된 에너지 효율은 연료 절감효과와 더불어 이산화탄소 배출량 감소 효과가 있다.
    물론 물의 저항을 최소화하는 선형에 대한 연구는 예전부터 계속되고 있다. 각진 자동차보다 부드러운 형상의 자동차가 공기 저항을 덜 받듯이, 선박도 형태에 따라서 물의 저항과 공기 저항이 바뀌게 된다.
    특히 선박은 물과 공기의 경계면에 접해 있기 때문에 파도의 저항도 받게 되며 이러한 모든 현상을 고려해서 저항을 최소화하는 선박의 개발이 에너지 효율을 높이는 시작점이 된다. 형상변화뿐만 아니라 새로운 페인트 개발을 통해서 저항을 줄이고자 하는 연구도 진행되고 있다. 배의 표면에 거칠면 아무래도 저항은 더 증가될 수 밖에 없기 때문이다.
    그 외에도 항상 물에 닿아 있는 선박의 표면은 해양생물이 부착되어 저항이 증가되기도 하기 때문에 이러한 표면에는 해양생물체가 잘 부탁될 수 없게 처리된 특수 페인트를 사용하여 이러한 페인트에 의해 해양오염이 되지 않는 보다 친환경적인 페인트를 개발하고 있다.
    한편, 선박에서도 운항 중 배출되는 이산화탄소를 직접 포집해서 저장하는 기술이 개발중이다. 노르웨이 선급인 DNV가 선박용 이산화탄소 포집 기술 개발을 진행 중이고 국내에서도 학계와 산업계를 중심으로 이산화탄소 포집 선박에 대한 초기연구가 진행 중이다.
    이러한 기술 개발을 위해서는 선박에 최적화된 포집 기술의 개발과 포집 된 대용량 이산화탄소를 선박에 저장하는 방안에 대한 방법이 제시되어야 할 것이다. 또한 새로운 미래선박으로 이산화탄소 운송선에 대한 컨셉트 디자인도 발표 되고 있다.
    CCS사업으로 핀란드의 발전소에서 포집 된 이산화탄소를 해저지하저장소로 저장하는 FINCAPP 프로젝트는 초대형 해운사인 머스크사가 이산화탄소 운송선을 활용하는 것을 검토 중이며, 이산화탄소 운송선 및 이를 이용한 운송사업이 새로운 미래사업으로 조명을 받으면서, 2010년 5월에는 세계 최초로 CO2 Shipping conference가 런던에서 개최되었다.
    이 자리에서 대형 조선소로서는 유일하게 대우조선해양은 DSME ECO2 Carrier라는 컨셉트 디자인을 발표해서 조선기술로 다양한 크기의 이산화탄소 운송선을 충분히 제공할 수 있음을 보여줬다. 향후 이처럼 한 두 개의 기술이 아닌 복합기술이 선박이 융합되어야 하며 종합시스템을 개발하기 위해서는 조선소만의 노력이 아니고 다양한 분야에서의 기술개발과 정책적 지원이 수반되어야 할 것으로 사료된다.

    ■ 참고문헌
    · 국토해양부
    · 지식경제부
    · 에너지경제연구원
    · 대우조선해양
    · STX마린서비스
    · 현대중공업
    · 일본동경대학교
    · Green Ship 핵심기술개발(안) 2010.4.30.
    · 월간<해양과조선> 2011년 3월호
    상 호: 메탈넷코리아 매체사업부문(Metal Network Korea Company)
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