산업기술/제조/경영

Nikkei Business_2019.11.18 (p78~80)

Techno Trend 095
차세대 친환경 선박
온실가스 규제 강화로 풍력도 활용

선박의 배기가스에 포함되어 있는 유황산화물(SOx)의 배출이 규제되는 등, 해운업계에도 환경규제의 파도가 밀려오고 있다. 2050년에는 이산화탄소(CO₂)를 포함한 온실가스 배출량을 절반으로 줄일 예정으로 발본적인 대책이 필요하다. 조선(造船) 업체뿐만 아니라, 해운 기업도 끌어 들인 차세대 친환경 선박 만들기가 시작되고 있다.

돛을 이용해 바람의 힘으로 배를 추진시킨다---. 15세기부터의 대항해 시대를 방불케 하는 돛을 단 대형 운항선이 2022년에는 드넓은 세계의 바다를 누빌지도 모른다.

이 배를 개발한 것은 상선미쓰이(商船三井)와 오시마(大島)조선소이다. 반원주 모양의 돛은 섬유강화플라스틱으로 만들어져 있다. 풍향과 수직 방향으로 발생하는 양력(揚力)을 추력(推力)으로 바꿈으로써 배를 앞으로 나아가게 하는 구조이다.

돛은 바람의 방향이나 강도에 따라 각도를 180도 바꾸거나 높낮이를 바꿀 수 있다. 배의 크기게 따라 돛을 증설하는 것도 가능하다. 배의 동력에 풍력을 추가함으로써 엔진의 출력을 낮출 수 있어 CO₂ 등 온실가스 절감이 가능하다고 한다.

-- 돛 1개로 온실가스 5% 줄어 --
상선미쓰이에 따르면 10만톤의 석탄을 운반할 수 있는 배에 돛을 1개 탑재할 경우, 일본과 호주 간의 항로에서 온실가스를 약 5% 절감할 수 있다고 한다. 상선미쓰이의 기술 이노베이션 팀의 오니시(大西) 팀 리더는 “벌크화물선(Bulk Carrier)이나 탱커 등의 대형 외항선을 중심으로 탑재 검토를 추진하고 있다”라고 말한다.

가와사키기선(川崎汽船)도 뱃머리에 부착한 대형 연을 추진력으로 하는 운반선 개발을 추진하는 등 바람을 활용하는 움직임이 확대되고 있다. 상선미쓰이의 오니시 씨는 “자연 에너지를 활용하지 않으면 향후의 환경규제에 대한 대응이 어려워 진다”라는 배경을 설명한다.

국제해운에서의 환경규제가 엄격해진 것은 최근 10년 정도의 일이다. 업계 관계자는 “공해상에서는 어느 나라의 선박이 어느 정도의 온실가스를 배출했는지를 알 수 없어 누가 책임을 질 지 등의 논의가 추진되지 않았기 때문에 규제 강화가 늦어졌다”라고 지적한다.

2000년경에는 선박의 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx)의 배출량 규제가 단계적으로 강화되었지만, 이 규제는 새롭게 건조되는 배를 기준으로 하며 기존 선박은 규제에서 제외된다. 이처럼 환경규제 강화의 움직임은 그리 크지 않았다.

이런 상황이 바뀌게 된 계기 중 하나는 2009년에 국제항공 분야에서 CO₂의 배출규제에 관한 논의가 시작된 것을 들 수 있다. 그때까지는 국제해운과 마찬가지로 환경규제 강화가 뒤처져 있던 상공 분야에서의 논의가 활발해짐에 따라 해운도 규제강화의 파도를 타지 않을 수 없게 된 것이다.

그때부터 국제해사기구(IMO)의 움직임은 빨라졌다. 2011년에 합의된 규제에서는 “새로운 조선(造船)의 CO₂배출량을 2025년까지 당시의 평균치 대비 30% 삭감한다”는 것을 목표로 했다. 또한 2016년에는 모든 선박을 대상으로 연료에 포함되어 있는 유황분 상한선이 낮아지는 SOx규제가 채택되어 선박으로부터의 온실가스 배출량을 2050년까지 2008년 대비 절반으로 줄인다는 전략이 2018년에 채택되었다.

이를 달성하기 위해서는 배의 기본 구조를 반드시 재검토해야 할 필요가 있다. “지금까지는 배의 모양을 개량함으로써 환경규제 강화에 대응했었으나, 그것만으로는 한계에 도달했다”(상선미쓰이 오니시 씨). 각 사가 새로운 기술 개발을 서두르고 있는 것은 그 때문이다.

-- LNG연료로 SOx9 비율 삭감 --
자연 에너지의 활용과 함께 주목 받고 있는 것은 연료에 LNG(액화천연가스)를 이용한 선박이다. LNG는 불순물의 함유량이 적어 CO₂배출량을 중유에 비해 20% 줄일 수 있다. 2020년 1월부터 규제 대상이 되는 SOx의 삭감 효과는 90%에 달한다.

LNG연료선도 연료를 태워 엔진을 가동시키는 점에서는 기존의 선박과 동일하다. 다만 LNG는 마이너스 162도라는 초저온에서 액화되어 증발한 가스가 발생하기 쉽다. 따라서 초저온의 고압에도 견딜 수 있는 구형(球形)이며 가마니 모양의 전용 탱크가 필요하다. 탱크 안의 연료를 기화∙압축하는 기계도 필요해 연소 방식에 따라서는 고압에 대응한 설비도 요구된다.

가아사키중공업∙선박해양컴퍼니 기본설계부의 모토이(本井) 부장은 “중유에 비해 관련기기의 설치에 필요한 부피는 2배, 선박에 따라서는 3~4배가 되는 경우도 있다. 자동차 운반선에서는 적재 가능 대수가 수백 대 줄어드는 경우도 있다”라고 말한다.

연료공급의 인프라 설비도 과제이다. LNG의 공급방식으로는 전용 연료공급선이 기대되고 있으나, 현재는 전세계에서 6척만이 운행되고 있다. 일본에서는 2020년도에 니혼유센(日本郵船) 및 가와사키기선, 중부전력, 도요타(豊田)통상의 4사에 의한 연합과, 스미토모(住友)상사를 중심으로 합병회사가 운용을 시작할 예정이 있으나, 현재로는 1척도 운항되지 않고 있다.

그럼에도 세계에서는 LNG연료선의 도입이 확대될 경향이다. 선박 인증의 세계적인 대기업인 노르웨이의 DNV GL에 따르면, 세계에서 운항하고 있는 LNG선과 현재는 중유로 운항되고 있으나 LNG연료로도 대응 가능한 선박은 2019년 현재 총 282척이 있다. 2022년에는 311척으로 늘어날 예정이다.

LNG연료선의 설계∙건조에는 LNG운반선의 경험이 필요하다. 배의 종류나 취항 거리에 따라 최적의 탱크나 엔진의 종류 등의 조합은 각기 다르다. 가와사키중공업에서는 이런 엔지니어링 기술의 수요가 높아질 것을 예상해 “엔지니어링 기술을 패키지로 제안하는 것을 검토하고 있다”(모토이 씨).

엄격해지는 환경규제에 대응하기 위해 형태나 연료가 변화하고 있는 선박. 그러나, 바람과 같은 자연 에너지 및 LNG연료의 활용에는 새로운 설비가 필요하며 기존 배에 설치하는 비용 부담 또한 크다. 설비 설치를 위해 배의 구조를 재검토하는 것이 필요한 경우도 있다. 그러므로 새로운 조선(造船)에서의 도입이 메인이 되고 있으며 기존 배로의 도입은 현실적이지 못하다는 목소리가 많다. 배의 수명은 20년 정도라고 하며 2050년의 온난화 가스의 배출량 삭감 규제까지는 아직 시간적 여유가 있다.

-- 기존 배는 정화 시스템으로 대응 --
여기에 2020년 1월부터 시작되는 SOx규제에 대응하기 위한 설비로서 주목을 받고 있는 것이 스크레버(탈취기)로 불리는 정화 시스템이다. SOx규제로의 대응책으로서 후보로 오르고 있는 저(低)유황연료는 공급력을 불안하게 보는 시선이 있을 뿐만 아니라, “본 항행에서 문제없이 운행될 수 있을지 우려하는 목소리도 있다”(업계관계자). 따라서 기존 배에도 설치가 가능한 스크레버의 수요가 늘어나고 있다. 국내에서는 미쓰비시중공업 자회사인 미쓰비시조선(요코하마 시)이 스크레버를 취급하고 있으며 2018년에는 후지덴키(富士電機)가 사업에 참여했다.

스크레버의 대부분은 배기가스가 대기에 방출되기 전에 해수 등의 정화수를 뿜어내어 SOx를 씻어내는 구조이다. 통상적으로는 배기가스를 유인하기 위한 팬(Fan)을 필요로 하지만, 후지덴키는 장치 내부에 소용돌이를 일으키는 사이클론 기술을 채용함으로써 팬 등의 추가장치가 필요 없어 장치의 소형화를 실현했다.

동일한 엔진 출력으로 비교할 경우, 장치의 부피는 경쟁 제품의 절반으로, 기존의 선박에도 설치하기 쉽다고 한다. 후지덴키의 FA시스템기술제3부의 아오키(青木) 기획과장은 “2019년 10월 시점에 누계의 70%가 넘는 발주를 획득했다. 향후 엄격해질 입자형 물질(PM)에 관한 규제에도 대응한 기기 또한 개발하고 있다”라고 말한다.

국제해운에 있어서의 환경규제가 강화되는 가운데 관련장치 및 환경규제에 대응한 새로운 배의 수요는 확대될 전망이다. 당장은 배의 갱신 수요가 일단락되었으나, 어느 업계 관계자는 “선주는 어떤 것이 최적의 규제 대응책인지를 확인하고 싶어할 것이다. 2020년 1월에 SOx 규제대책의 실제 운용이 시작된다면 투자에 나서게 될 것이다”라고 기대감을 내비쳤다.

일본 기업의 강점인 성(省)에너지 분야에서 세계를 리드할 수 있을 지가 앞으로의 조선(造船) 및 국제해운에 있어서 일본의 경쟁력을 좌우하게 될 전망이다.

 -- 끝 --