암모니아 밸류체인이라는 주제로 암모니아의 합성방법과 암모니아의 수송, 그리고 저장에 대해서 알아보았습니다.
아래는 그동안 암모니아의 생산방법과, 수송, 그리고 보관하는 저장탱크에 대한 내용을 다룬 글 목록입니다.
2021.09.30 - [투자 아이디어] - 암모니아(NH3)공급 체인 분석 : 암모니아를 통한 대용량 수소 공급체인
2021.10.02 - [투자 아이디어] - 암모니아(NH3)공급 체인 분석 : 암모니아 생산방법과 그린 암모니아 생산관련 기업
2021.10.15 - [투자 아이디어] - 암모니아(NH3)공급 체인 분석 : 암모니아의 해운수송
2021.10.17 - [투자 아이디어] - 암모니아(NH3)공급 체인 분석 : 암모니아의 특성과 암모니아 저장탱크 분석
이번 글에서는 마지막 주제로 암모니아 추진 선박인 '암모니아 레디'와 등장 배경에 대해서 다루어보도록 하겠습니다.
'암모니아 레디'의 등장 배경
IMO에서는 2030년 이후 발주되는 선박에 대해서 2008년 발주된 선박 대비 탄소 배출량을 40%, 2050년에는 50%까지 감축하는 것을 결정함에 따라, 선박 연료로써 탄소배출을 줄일 수 있는 선박 연료에 대한 필요성이 높아졌습니다.
이에 현재까지 예상되고 있는 차세대 친환경 선박의 대체연료는 다음과 같습니다.
1. LNG/LPG 연료 추진 선박
최근 친환경 에너지로 각광받고 있으며, 현재 우리나라 조선산업에서 가장 핵심적인 기술로 해외로부터도 많은 러브콜을 받고 있는 LNG/LPG 연료 추진 선박은 기존의 선박 연료인 벙커C유보다 탄소 배출량을 30% 가까이 줄일 수 있지만
IMO가 요구하는 2050년 이산화탄소 배출 기준인 2008년 이산화탄소 배출량 기준 50% 감소는 충족시킬 수 없다는 한계가 있습니다.
보통 선박 선령이 25년이라고 한다면, 2030년까지는 LNG혹은 LPG를 연료로 하는 선박으로도 이산화탄소 배출량을 지킬 수 있으나, 그 이후부터는 추가적으로 이산화탄소를 저감 시킬 수 있는 장치를 추가하거나, LNG보다 이산화탄소를 획기적으로 줄일 수 있는 대체연료로의 선박이 필요하다는 뜻이 됩니다.
2. 수소 연료 추진 선박
수소는 태양열 또는 풍력 등의 재생에너지를 통해 얻어진 전기로 물을 전기 분해하여 얻기 때문에, 생산과정에서 탄소 발생이 사실상 없으며, 또한 추진체 연료로 사용하더라도 황산화물이나 질산화물과 같은 미세먼지를 전혀 배출하지 않기 때문에 대표적인 친환경 에너지로 불립니다.
그러나 선박의 대체연료로 사용하기 위해서는 반드시 수소를 -253도라는 극저온으로 액화시켜야 하는데, 아직 성숙되지 않은 기술이라 운송 및 저장과정에서 큰 에너지가 소모된다는 단점이 있습니다.
3. 메탄올 추진 선박
메탄올은 본래 천연가스나 석유, 석탄과 같은 메탄 수소계 화합물로부터 개질을 통해 생산하여왔으나, 근래 들어 이산화탄소 포집 및 활용이라 불리는 CCUS 기술이 개발되기 시작하면서 포집된 이산화탄소를 광합성을 하는 미세조류와 반응시켜 바이오매스라 불리는 메탄올을 생산할 수 있게 되었습니다.
또한 포집된 이산화탄소와 수전해를 통해 얻어진 수소를 화학적 합성과정을 거쳐 메탄올을 생산할 수 있는데요.
이렇게 얻어진 메탄올은 기존 선박 연료로 쓰이던 벙커C유 대비 이산화탄소 배출양을 최대 95%를 줄이는 것으로
확인되었습니다.
실제로 지난 8월 세계 최대의 해운선사인 머스크는 현대조선해양에 메탄올을 추진연료로 하는 1만 6천 TEU급 중형 컨테이너 선박 12척을 제작 의뢰하였습니다.
관련 글
2021.08.30 - [투자 아이디어] - 메탄올이 친환경 연료로 주목받는 이유
그러나 메탄올 추진연료 선박의 경우, 메탄올을 합성하는데 필요한 수소를 생산하는 데 있어, 선박 연료로써 즉시, 대체할 수 있을 만큼 대량 생산이 되고 있지 못하고 있으며, 바이오매스 계열 메탄올 생산의 경우, 메탄올을 경제성 있게 생산할 수 있는 미세조류의 개발이 필요하기 때문에 아직까지 대량생산이 어려운 한계가 있습니다.
이중 연료 추진 선박의 대두
앞의 글에서 언급되었다시피, 현재 다양한 저탄소 배출 연료가 언급되고 있으나, LNG기반을 제외한 나머지 연료는 아직
상업화 초기 또는 기술개발 단계이기 때문에 상용화까지는 기간이 다소 걸리지만 당장 2030년까지 이산화탄소 30% 저감 시켜야 하는 IMO 규제를 충족시키기 위해서 선박 건조계약에 하나의 옵션을 추가하게 되는데요. 그것이 바로 이중 연료 추진 선박입니다.
이중 연료 추진 선박이란, LPG나 LNG와 같은 저탄소 배출 가스연료를 기존의 벙커C유를 사용하는 디젤기관과 같이 함께 사용하는 이중연료 엔진이 탑재된 선박을 뜻하는 것으로써, 본래 LNG의 잠열로 인해 발생되는 LNG의 증발가스의 낭비를 막기 위해 개발된 LNG 연료 추진방식이었습니다.
그러나 최근 전 세계적인 탄소중립 정책과 더불어 글로벌 해운업계가 20~30년의 선박 연령을 감안해 2050년까지 이산화탄소 70% 감축해야 하는 IMO의 탄소 규제안을 지키면서 메탄올이나, 수소 등의 대체연료가 대량 생산되어 경제성을 가지게 되었을 때, 선박의 간단한 개조만으로도 원료를 바꿀 수 있는 방법으로 등장한 것이 바로 이중 연료 추진 선박입니다.
'암모니아 레디'의 등장
올해 국내 조선 3사(한국조선해양, 대우조선해양, 삼성중공업)의 수주액 중 이중연료 추진선의 비중은 총 수주한 174척 중거의 절반에 육박하는 78척에 이르는데요. 이 같이 이중연료추진선의 비중이 높은 이유 중 하나는 바로 '암모니아 레디'라는 옵션이 걸려있었기 때문입니다.
'암모니아 레디'란 수주한 이중연료 추진선에 추후에 최소한의 개조만으로도 암모니아를 연료로 한 연료탱크를 만들어 주는 옵션을 뜻하는 것으로 2050년까지 사용해야하는 선박에 대한 신규발주시, 선주들에게 연료에 따른 이산화탄소 배출규제에 대한 우려를 낮출 수 있도록 이산화탄소를 전혀 배출시키지 않는 암모니아 기반의 연료추진 옵션을 최소한의 비용으로 추가할 수 있도록 한 것입니다.
암모니아 연료 기반 추진선박의 특징
암모니아 연료 기반 선박의 엔진은 액화 암모니아를 기반으로 암모니아를 연소시키는데, 기본 엔진 구조는 현재의 메탄올 혹은 LPG 엔진 개념과 유사한 것으로 알려져 있는데요. 단 암모니아는 자연발화 온도가 높고 연소 속도가 느리기 때문에 점화시키기 위해서는 MDO 혹은 HFO를 파일럿 오일로 사용해야 한다는 차이점이 있습니다.
암모니아를 연소시키게 되면, 아래의 화학식에 따라 질소와 물을 발생시키게 되는데요. 질소의 경우 잘못 배출되게 되면,
온실가스의 일종인 질산화물이 배출될 수 있기 때문에, 배기가스 후처리 기술 및 선택 촉매 감소(SCR) 시스템을 통하여 거르게 됩니다.
암모니아 추진선 현황과 전망
현재 암모니아 연료 기반 추진선은 국내 조선 3사 모두가 참여하고 있는 것으로 알려져 있으며, 최근 기사에 따르면,
삼성중공업은 지난 2021년 8월 노르웨이 선급인 DNC로부터 '암모니아 레디 초대형 원유 운반선'에 대한 기본 설계 인증을 받았으며, 현대조선해양의 경우에는 지난 2021년 9월 한국선급으로부터 암모니아 연료공급시스템에 대한 개념설계 기본 인증(AIP)을 받았습니다.(아래 관련기사 참조)
https://www.mk.co.kr/news/business/view/2021/09/853756/
현대重, 암모니아 추진선 상용화 눈앞
연료공급시스템 개발성공
www.mk.co.kr
조선업계에서 전망하고 있는 암모니아 추진선의 등장 시기는 대략 2024년 경이될 것이라 예상되고 있는데요 이는 글의 서두에서 대체 연료 중 하나인 액화수소를 기반으로 한 수소 추진선보다는 다소 앞서 상용화되는 것으로써,
사실상 암모니아 추진선은 수소 추진선으로 이행하는 과정에 탄소중립에 대한 목표를 맞추기 위한
중간 다리로써 역할을 할 것으로 예상됩니다.
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