IMO(International Maritime Organizatoin)의 규제 -> 고효율/친환경 선박은 선택의 문제가 아니라 생존의 문제 !
- 2020년부터 황성분 사용량을 3.5% -> 0.5%이하, 이것은 사실상 저유황유라는 연료비의 인상 문제만 있을 뿐 해운업 시스템의 특별한 변화는 없음.
- 2030년까지 탄소 배출량을 2008년 수준(10억톤) 에서 40% , 2050년까지 2008년 기준 50% 이하(5억톤) 문제는 2050년
30억톤의 탄소배출량이 예상되는데 5억톤까지 낮춘다면 사실상 80%의 탄소배출량을 저감하는 것. Net zero에 도전.
->이를 위해서는 LNG등 기존의 화석연료의 개선으로는 불가능, 수소 및 암모니아 혼입 연소나 수소연료전지 개발 필요
그런데, 2023년 7월 IMO에서 2050년 탄소배출량 100% 감축 예정!!!!
또한, 2023년 1월 부터 온실가스 배출 억제를 위한 두가지 규제가 시행된다.
현존선박 에너지 효율지수인 EEXI(Energy Efficiency Existing Ship Index)와 탄소집약도지수인 CII(Carbon Intensity Indicator)의 실행!
1) EXXI : 1톤의 화물을 1마일 운송하는데 배출되는 이산화탄소량을 기관출력, 중량톤수등의 선박의 재원을 활용하여 사전적으로 계산 및 지수화한 값.
-400톤이상의 선박에 적용하고, 2023년 1월 1일 이후 도래하는 첫 번째 선박 검사일까지 EXXI 규제 충족 여부를 선박 검사기관으로부터 검증 받아야 함. 못할시 선박운행 불가!!
-EXXI 기준값은 1999년~2009년까지의 선박의 에너지 효율 평균값을 기준으로 하여 2024년 까지는 20%, 2025년 이후부터는 30%의 감축률을 가져야 한다.
-즉, 기존의 운항하던 선박에 잣대를 들이댐.
2)CII : 1톤의 화물을 1마일 운송하는데 배출되는 이산화탄소량을 운항거리, 사용연료량등을 활용하여 사후에 계산 및 지수화한 값
-5,000톤 이상의 선박이 규제대상. 1년 간의 운항정보가 필요하므로, 첫 CII정보는 2023년 운항정보를 바탄으로 2024년 부터 실시될 예정.
-등급이 A,B,C,D,E 5가지고 있는데, 3년연속 D등급이나 1년이상 E등급을 받을 경우, 에너지 효율 개선 계획을 수립하고 계획의 타당성을 선박검사기관으로 부터 승인받기전까지 운항 불가.
-감축률은 2019년 대비 2023년 5%, 2024년 7%, 2025년 9%, 2026년 11%이며, 그 이후는 차기 IMO에서 결정 예정!
-2020~2022년 신선박은 규제대상이 아님
3)EXXI와 CII에 대응하기 위한 방안들
-선박의 출력을 감소시키는 개조(EPL). 저속운항 실시
-궁극적으로 친환경 선박(무탄소 연료) 확대 및 친환경
-친환경 연료 사용 확대
-노후선은 폐선
-예를들어 우리나라의 경우 규제 적용대산 선박이 991척, 이중 기준 미달이 655척으로 현실적인 대안은 출력 제한해 속도를 줄이는 EPL 개조를 진행. 건당 대략 2,000~4,000만원. 국가에서 10% 지원
-문제는 저속운항으로 물류량이 감소한다는 것과, 이 기준이 매년 강화된다는 것으로 선박출력 감소는 한계가 있다. 결국은 친환경 에너지 사용의 보조가 필요하다.
-유럽도 개조대상 선박 100여척. 선박속도를 줄이는 개조 작업중. 하지만 친환경 연료로 보조를 해줘야 앞으로 강해지는 규제에 대응가능. 총 친환경 선박 개조시장 규모는 7조원.
->무탄소 보조동력으로 수소연료전지 적합! 2025년 부터는 수요가 나올것으로 예상!
기존의 IMO 2020을 위한 방편들
현재 황산화물 SoX를 줄이기 위해 황 사용량을 3.5% -> 0.5%로 줄이기 위한 방안.
이것은 사실 커다란 문제가 안된다.
저유황유(VLSFO) 사용
- 문제점
:원유 수급에 의해 가격 상승시 저유황유의 급격한 가격 상승
품질문제 대두( 기본적으로 벙커 C유는 점도가 매우 높은데 황이 이를 해소하는 역할, 황을 줄이면서 점도도 낮추는 기술적 한계등)
② 스크러버 설치
- 문제점 : 개방형 스크러버의 해야오염 문제 인식에 따른 각국의 항구에서 개방형 스크러버 설치 선박의 정박 불허
★ 스크러버의 종류
- 개방형 스크러버
배기가스가 스크러버로 유입되면 해수가 분무. 배기가스의 황산화물은 물과 반응하여 황산 생성. 이 후 필터 시스템을 거치고 희석하여 PH를 해수와 맞추어 배출. 여과 공정의 잔류물은 슬러지 탱크로 회수되며, 항구에서 폐기
여기서 문제점은, 황산을 보관할때 부식을 막기 위해 알루미늄등을 이용한 탱크가 필요한데 고가임. 그렇더라도 폐쇄형
스크러버 보다 저렴.
또한 배출되는 해수의 오염정도에 대한 신뢰를 못하여 각국의 항구에서는 개방형 스크러브의 정박을 거부하기도 함.
③ 폐쇄형 스크러버
폐쇄루프에서 세척수를 연속 사용. 디젤 엔진의 배기가스가 스크러버로 유입되면 가성소다(NaOH), 산화망간(MnO)가 포함된 세척수 분무. 중화된 물은 다시 세척수로 사용. 이 과정에서 생기는 슬러지는 탱크로 회수. 최종적으로 환경적으로 문제가 없는 세척수는 바다로 배출, 슬러지는 항구에서 처리.
사실상 황성분 0.5%이하 배출은 연료비의 상승 및 시스템 구축비의 돈이 들지만 커다란 문제가 아님!
IMO 2050은 시스템의 근본적인 변화가 필요함 .
예를들어 이를 위한 5가지 필요조치(클락슨)
① 2020년 이후 톤-마일 증가율은 연간 1.5%로 억제
-친환경 알루미늄(FRP를 대체) 선박등
②선속을 현재 평균보다 8% 감속
- 선속이 줄어들면 운송에 문제 발생. 결국 선속을 줄이면서 운송량을 맞춰 줄라면 기항지에서 연체시간을 최소로 해야함. 즉 스마트 물류시스템이 필요함
③전체 선대의 45%의 LNG 연료 추진으로 구성
④전체 선대의 40%를 Zero-Carbon 선박으로 구성 -> 가장 불확실
⑤전체 선대의 15%는 선박연료유를 사용하는 일반 선박으로 구성
즉 Zero-Carbon 연료의 고민이 가장 심각함.
이를 위한 방안! 친환경 선박으로!
①수소연료 추진 선박 개발
- 수소 혼소 및 수소연료전지등
②암모니아 연료 추진 선박
-암모니아의 유독성 및 부식성에 대한 대비
-암모니아의 인화점이 높고, 자연발화 온도가 높아서 석탄등의 화력이 필요한 상황
③혼합연료 추진 선박
- MFO , HFO나 LNG등에 수소, 암모니아, 바이오 연료등을 혼합해서 제조
-이것도 IMO 2050 탄소배출량 Zero에는 현재의 임시방편
④친환경 알루미늄 선박
-FRP와 달리 수분을 흡수하지 않아, 선체 중량 증가의 위험성이 낮고, 약 30~40% 가벼워 연비 효율 높음.
-재활용이 가능한 소재(FRP는 열경화성 소재로 재활용 및 소각 어려움)
⑤LNG 선박 기자재 기술 고도화
-스마트 엔진기술 및 후처리 기술 개발로 메탄 방출 문제 해결
--이것도 IMO 2050 탄소배출량 Zero에는 현재의 임시방편
친환경 선박의 연료에 따른 분류 및 기술 심화 분석
1)LNG선
-에너지 효율화 및 SoX,NoX,이산화탄소,메탄등의 배출 저감기술의 발전
-LNG 공급 방식 : TTS(Tank To Ship), STS(Ship To Ship), PTS(Pipe To Ship)이 있는데 이중 신속성, 안전성,경제성이 뛰어난 STS방식이 많이 사용될듯
-이것도 IMO 2050 탄소배출량 Zero에는 현재의 임시방편
2)수소연료전지 선박
- 크게 선박용 수소 저장 및 공급시스템과 수소연료전지-ESS시스템 그리고 추진 및 제어 시스템으로 분류
가) 수소 저장
-고압 저장탱크 : 상온에서 기체를 30~70MPa 가압하여 저장 , 연료소모가 적은 소형선박용
-액화 저장탱크 : 0.5~1MPa를 가압하여 수소를 영하 250도 이하로 액화시킨 후 저장, 연료소모가 많은 대형선박용
나)수소 공급 시스템
- 수소 공급장치, 열교환기, 수소 기화기로 구성. 일정한 온도와 압력으로 공급하는 기술력 필요
다)수소 연료전지와 ESS
- 선박용 수소 연료전지는 중소형선박은 PEMFC, 대형선박은 SOFC를 주로 이용하게 된다.
- 생산된 전기중에 남는 부분은 ESS에서 저장하였다가 필요시 사용
- 암모니아를 연료로 사용하는 SOFC 개발중. 가스를 연료로 할경우 개질시 이산화탄소가 배출되나 암모니아는 이산화탄소 배출 없음
3)바이오연료
-LNG선과 비슷한 맥락. 즉 기존의 화석연료와 거의 비슷한 성질로 인하여 기존의 추진 시스템을 변경하지 않고 사용 가능
-바이오매스를 원료로 하여 바이오디젤과 바이오 가스 생성
-다만 식량과의 경합이 발생하고, 그렇다고 산업 폐기물로는 감당 안됨.
-바이오연료를 생산하는 원료로 1세대 곡물류, 2세대 목질계, 3세대 미세조류로 미세조류로 만든 바이오 연료는 "녹색금"이라 불리며, 수요를 만족하는 가능성이 보임. 연구필요함.
※바이오매스 : 태양에너지를 받은 식물과 미생물의 광합성에 의해 생성되는 식물체, 균체 그리고 이를 먹고 살아가는 동물체를 포함하는 생물유기를 뜻함.
★참고사항
-에스테르화
트리글리세라이드는 중성지방(TG)을 뜻한다. 촉매반응에 의해 글리세린과 바이오디젤인 에스테르를 만든다.
-에탄올
친환경 연료추진 선박 시장 전망
-IMO 2050년 50% 탄소배출 감소일때의 전망은 위와 같았으나,
-2023년 7월 IMO에서 2050년 탄소배출 100% 감축을 예정하고 있음.
-따라서, 2030년까지는 LNG,메탄올의 이중연료 선박이 발주되다가, 2030년 이후에는 무탄소인 암모니아, 수소 연료 추진 선박이 확대될 것으로 예상.
- EXXI, CII에 의해 기존의 선박에 대해서도 온실가스 감축 규제가 매년 강화되고 있음.
-기존의 선박을 수명 다할때까지 운항할라면 친환경 연료의 보조가 필요함.
->따라서, 기존의 선박 개조 및 신조선에 대해서 2025년 부터 상용화되는 수소연료전지 선박에 대한 수요가 생길것으로 예상
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