해상 탄소중립을 위한 선박 대안 연료 현황과 시사점 정리

2023년 9월 19일 한국수출입은행 해외경제연구소 양종서 수석연구원이 작성한 '해상 탄소중립을 위한 선박 대안 연료 현황과 시사점' 보고서가 발표됐습니다. 해상 탄소 중립에 대한 요구가 갈수록 높아지는 현재 상황과 미래, 그리고 대응 방안이 잘 정리되어 있습니다. 저 역시 이 분야에 관심이 많은데요, 신재생에너지의 종류와 활용을 어떻게 하고 있는지에 대한 사례로 좋은 공부가 되었습니다.

 

1. 해상 탄소중립 요구가 강해지고 있으나 대안 연료의 불확실성이 높아 선사들이 혼란을 겪음

가. IMO의 중기전략은 2050년 순배출량을 0으로 설정하여 초기전략 대비 크게 강화되었습니다.
나. EU는 ‘24년부터 EU ETS, ’ 25년부터 Fuel EU Maritime을 시행하며 해상환경규제를 강화하였습니다.
다. 이러한 시점에서 단기적인 선박의 대안 연료로서 LNG, 메탄올, 암모니아 등이 주목받고 있으나 모든 연료가 공급, 경제성 등 여러 심각한 문제를 가지고 있어 불확실성이 높은 상황입니다. 수년 전까지 무탄소연료인 수소가 탄소중립 연료로서 자리 잡을 때까지 LNG가 단기적인 중간 대안 연료로 사용될 것으로 전망되었고, 암모니아 연료추진 엔진이 1~2년 내 개발 완료될 것으로 예상되고 있습니다.

라. 향후 선박연료로서 수소와 연료전지의 상용화가 실패할 경우 이들 중간 대안 연료는 영구적인 해상탄소중립 연료로서 자리매김할 가능성도 있습니다.

 

2. LNG는 현재까지 대안 연료로서 가장 많은 선박이 건조, 운항되고 있고 경제성 측면에서도 향후 기대감이 높으나 메탄슬립의 문제 등으로 반대 여론이 높음

가. 수년 전까지 무탄소연료인 수소가 탄소중립 연료로서 자리 잡을 때까지 LNG가 단기적인 중간 대안 연료로 사용될 것으로 전망되었습니다.

나. LNG는 대안 연료추진 선박 중 가장 큰 비중을 차지하고 있고 벙커링 인프라도 잘 갖추고 있습니다.
다. 그러나 CO2 대비 약 28배에 이르는 메탄을 배출하는 메탄슬립의 문제가 해결되지 않고 있어 많은 반대에 부딪치고 있습니다.

- 선상 탄소포집(on -board CCS)은 구체적인 탄소 저감책으로 인정받지 못하고 있고 LNG가 근본적으로 화석연료의 일종이라는 점, 온실가스 효과가 매우 높은 메탄올이 공기 중으로 배출된다는 점 때문에 연료로서 반대하는 논란이 일어나고 있습니다.

- 최근 일부 환경운동가들은 'LNG는 청정연료'라는 인식이 잘못됐다는 캠페인('Say No to LNG' 캠페인)을 전개하고 있습니다.

다. 향후 탄소저감률이 높은 LNG바이오 LNG 또는 e-LNG 등으로의 전환을 시도하고 있으며 바이오 LNG의 경우 많은 연구에서 높은 경제성이 인정되고 있는 만큼 해운사들의 기대 또한 높습니다.

- 바이오 LNG: 농업부산물이나 폐기물, 동물 배설물 등 유기물에서 미생물 활용 공정을 통해 메탄을 발생시키고 이를 포집 후 영하 163'C 이하로 냉각하여 제조한 액화가스.

- 합성 LNG: 공장 배출가스에서 포집한 탄소를 수소와 합성하거나 산업폐기물을 가스화하여 메탄올을 추출하는 방법, 석탄에서 추출하는 방법 등 다양한 인공적 공정으로 얻은 메탄올을 냉각하여요 제조한 액화가스.

- e-LNG: 재생에너지로 수전해한 수소와 바이오매스 혹은 공기 중 포집을 통해 얻은 탄소를 합성하여 얻은 메탄올을 냉각한 액화가스.

라. 메탄슬립 문제 해소 등 향후 변수들이 남아있으나 많은 선박이 건조된 만큼 향후 대안 연료로서 일정 부분을 차지할 것으로 예상됩니다.

 

 

3. 메탄올은 향후 공급능력과 경제성이 가장 큰 문제이나 확실한 온실가스 감축 효과와 환경에 미치는 낮은 유해성으로 대한 기대감이 높으며 컨테이너선 위주로 선박 발주가 증가하고 있음

가. 선박의 대안연료로 사용될 그린메탄올은 바이오원료에서 추출하거나 혹은 재생에너지 수전해로 생산한 청정수소에 공기 중 혹은 바이오원료에서 얻은 CO2를 합성하여야 합니다.

나. 기존 메탄올 생산설비를 확대해야 하는 투자와 많은 재생에너지 투자가 필요하여 세계적인 공급능력에 불확실성이 존재합니다.

다. 장기적으로 그린메탄올의 높은 경제성을 예측하는 연구도 존재하나 대부분 연구에서 타 연료대비 높은 비용이 예상됩니다.

- 그린메탄올(바이오 원료에서 추출한 메탄올) 또는 블루메탄올(블루수소에 공기 중 포집을 통해 얻은 이산화탄소를 합성해 생산한 메탄올)이 사용돼야 하는데, 이들 모두 아직 생산설비 투자가 턱없이 부족해 경제성 및 공급능력이 낮다는 게 단점으로 꼽힙니다.

라. 2022년 Maersk의 글로벌 그린메탄올 생산 및 공급을 위한 전략적 노력 이후 컨테이너선 업계가 이에 반응하고 있으며 많은 메탄올 연료추진 컨테이너선이 발주되고 있습니다.
마. 경제성과 공급에 대한 불확실성에도 불구하고 상온에서 액체상태를 유지하며 비교적 안전하게 다루어지면서도 온실가스 감축효과가 높다는 장점 때문에 미래 대안 연료로서 지지를 받고 있으며 일정 수준 해운시장에서 역할을 할 것으로 기대하고 있습니다.

 

4. 암모니아는 약 2년 내 상용화가 기대되고 탄소를 함유하지 않은 연료 특성상 시장에서 기대감이 있으나 독성 등 해결할 과제가 남아 있음

가. 암모니아는 탄소를 함유하고 있지 않아 이산화탄소 배출이 없고 수소를 활용하므로 내연기관과 연료전지로서 모두 활용될 수 있어 각광을 받고 있습니다.

나. 내연기관에서 5~10%의 파일럿 화석연료와 함께 사용하여야 하고 온실효과가 CO2 대비 273 배에 이르는 아산화질소를 발생시키나 아산화질소 문제는 해결가능할 전망입니다.

다. 가장 심각한 문제는 독성으로, 피해를 최소화하거나 회피하기 위한 다양한 연구가 진행 중이며 관련 규정도 정비 중입니다. 암모니아는 연료의 연소과정에서의 배출뿐 아니라 연료로 저장 공급되는 과정에서의 누출까지 다양한 독성노출 위험이 있습니다.

라. LNG에서 탄소포집을 병행하여 분리한 수소를 사용하는 블루암모니아는 타 무탄소 연료 대비 현재고 가격 경쟁력을 가지고 있으나 경제성이 있지만, 그린암모니아는 생산 설비에 대한 막대한 투자문제 등으로 공급에 대한 불확실성이 있어 가격 경쟁력 확보에 시간이 소요될 것으로 추정됩니다.

마. 여러 문제에도 불구하고 내연기관은 2025년경 상용화될 것으로 예상되고 이에 따라 선박의 실증선 구축 등 상용화를 위한 노력이 세계 곳곳에서 추진되고 있습니다.

바. 암모니아에 대한 기대와 우려가 공존하고 있으며 문제 해결을 위한 노력이 더 필요할 전망입니다.

대안 연료 비교. 출처:해상 탄소중립을 위한 선박 대안 연료 현황과 시사점

 

 

5. 신조선 발주에 있어서 대안 연료 채택 선박의 비중은 증가하고 있으며 최근 들어 메탄올 연료추진 선박의 발주가 크게 증가함

가. 대안 연료를 채택한 선박의 비중은 2019년 15%(톤수 기준)에서 2023년 36%까지 증가했습니다.

나. Maersk의 글로벌 메탄올 확보 노력 등으로 메탄올 연료를 채택한 선박의 발주량 비중은 2021년 2%에서 컨테이너선을 중심으로 수요가 확대되며 ‘23년 14%까지 크게 증가했습니다.

 

6. 액화천연가스, 메탄올, 암모니아는 경제성과 공급능력 등의 불확실성이 높으며 이 때문에 많은 연구에서 미래에 다양한 연료가 공존할 것으로 전망

가. 향후 해운 연료시장에는 연료의 가용성, 생산비용과 가격, 메탄슬립 해소 정도, 선상 탄소포집의 온실가스 감축 인정 여부, 규제의 방향, 바이오매스 공급 능력 등 많은 변수가 영향을 미칠 것으로 예상되며 이러한 변수들로 인하여 불확실성이 높습니다.

나. 각 연료가 장단점을 가지고 있고 선박과 선사의 특성이 모두 다르므로 지배적인 비중을 차지하는 특정 연료 없이 많은 저탄소 또는 무탄소 연료가 공존할 것으로 예상됩니다.

 

7. 현재의 혼란은 해운업만의 문제가 아니며 국가적인 지원이 필요함

가. 조선업, 해운업의 개별적 경쟁력 유지를 위한 지원도 필요하나 보다 많은 문제의 종합적 해결이 필요한 사안입니다.

나. 국가적으로 해결해야 할 많은 문제점을 도출하고 이를 지원할 필요가 있으며 이러한 노력을 통해 불확실성을 제거해 나가는 것이 바람직하겠습니다.