선박 온실가스 배출 감축 규제 강화

조선·해운 업계, 그린십(Green Ship)으로 화답하다!

<편집자 주>
전 세계 산업 전반적으로 불고 있는 ‘친환경’ 바람은 선박도 예외가 아니다. 사실, 친환경 선박의 건조는 유가 상승에 따른 선사들의 비용절감 노력의 일환이었으나, 2013년부터 국제해사기구(IMO)가 선박 온실가스 배출 감축 규제를 본격적으로 시행함에 따라 친환경 선박의 건조가 의무화되었다. 이에 친환경 선박건조 의무화가 시장에 커다란 영향을 미칠 것으로 예상됨에 따라 ‘그린십(Green Ship)’에 대한 기술이 조선을 비롯해 해운업계에 뜨거운 감자로 떠오르고 있다.

글 이명규 기자(press6@engnews.co.kr)

1. 그린십 기술의 최근 동향
2. 그린십, 왜 필요한가?
3. 그린십, 조선·해운산업에 새로운 패러다임 불러 일으켜…
4. 국내 조선·해운업계, ‘그린십 바람’을 어떻게 맞이해야 하나?
5. 마무리

<메인> 친환경 초대형 원유운반선
■ 출처. 현대중공업

1. 그린십 기술의 최근 동향

<표1> 그린십 기술
출처. 한국수출입은행 해외경제연구소

(1) 그린십이란?
친환경 그린선박은 일명 ‘저탄소 녹색선박’ 혹은 ‘Green Ship’이라고도 하며, 온실가스 배출량을 획기적으로 감축한 선박을 의미한다. 보통 환경규제와 시장의 변화에 대응하기 위해 조선 및 해운업계의 그린십 개발 기술은 표 1과 같이 크게 에너지효율향상기술, 온실가스저감기술, 새로운 추진동력기술 등 3가지로 분류할 수 있다.

(2) 그린십 국내외 기술동향
1) 구조 최적화
구조 최적화는 최적의 구조설계를 통해 선박이 충분한 강도를 유지하면서 강재 사용을 최소화해 경량화를 실현하고 에너지 효율을 향상시키는 기술로, 새로운 개념의 기술개발은 아니나 대형조선소들을 위주로 고연비선박개발과 관련해 과거보다 더욱 연구개발에 박차를 가하고 있는 것으로 파악된다.

<사진1> 선수부 최적화 사례
출처. 국제해사기구(IMO)

2) 최적화된 선수부 개발
조파저항은 선박이 항해를 하며 만들어내는 파도가 선박으로부터 나온 에너지를 소진시킴으로써 선박에 걸리는 저항을 이르는데, 이는 파도 발생을 최소화시킴으로서 줄일 수 있다. 지금까지 이러한 목적의 기구로서 구상선수(Bulbous Bow)가 장착되고 있으며, 최근에는 구상선수의 최적설계뿐 아니라 수면에서 물의 입사각을 최대한 예리하게 하고 수면에서의 선수부위를 부드럽게 만들어주는 등의 최적설계로 조파저항을 줄이는 연구가 시도되고 있다.

<사진2> Bubble Ship 개념도
출처. 미쓰비시중공업

3) 도료기술과 Air Bubble 연구
마찰저항은 선박의 기동시 선체 표면과 물이 마찰을 일으키며 선박이 받게 되는 저항으로, 선박의 항행시 받는 저항 중 선박의 속도에 따라 50~80%까지 마찰저항이 차지한다. 저항은 선박의 연료소모에 있어서 큰 영향을 미치는 요인이기 때문에 에너지 효율화를 위해서는 저항을 감소시키는 연구가 반드시 필요하다. 이를 위해 마찰저항 감소를 위한 특수도료와 친환경 방오도료를 개발되고 있으며, 약 5%의 연료효율 향상이 기대된다.
또한 마찰저항 감소를 위해 시도되는 방법 중 Air Bubble은 선저부에 대량의 공기방울을 발생시켜 선체와 물의 접촉을 차단함으로써 저항을 줄이는 개념으로 개발사인 미쓰비시중공업은 탄소가스 저감율 10%에서 최대 35%의 효과를 주장하고 있으나, 아직까지는 논란이 있는 실정이다.

<사진3> 현대중공업의 Thrust Fin
출처. 현대중공업

4) 추진기(프로펠러)의 효율성 제고
상반회전프로펠러(Counter Rotating Propeller: CRP)는 서로 다른 방향으로 회전하는 프로펠러를 전후에 위치시킴으로써 효율성을 높인 추진기로 에너지 효율 10~15% 향상을 기대할 수 있으며, 선박의 운항시 물의 흐름을 조절하여 프로펠러의 효율을 향상시키는 부가물을 장착함으로써 에너지효율을 제고하는 연구도 국내 조선소들을 중심으로 진행되고 있다.

<사진4> 태양광발전 선박(자동차운반선) 사례 - STX 도브호
출처. STX팬오션

<사진5> 연(Kite)을 이용한 선박의 개념도
출처. www.kiteship.com

5) 신재생 에너지를 보조 동력으로 활용
무역풍을 타는 연(kite)를 이용한 선박은 15knot 엔진에서 엔진동력을 15~20%까지 절감할 수 있는 것으로 알려졌으며, 선박의 유휴공간에 태양전지를 설치하여 전력을 생산함으로써 전력생산을 위한 보조엔진의 연료유를 줄일 수 있는 실증연구가 이뤄지고 있다.

6) Dual Fuel 기술 상용화 및 전기추진방식과 혼재된 하이브리드 추진 개발
국내 조선소들은 LNG선에서 자연적으로 기화되어 버려지는 천연가스를 엔진으로 주입해 기존의 벙커유와 함께 사용하는 Dual Fuel 기술을 이미 많은 LNG선에 적용 중이며, 세계적인 엔진회사들과 함께 연료전지를 이용한 전기추진방식을 혼용한 하이브리드 기관을 개발 중이다.

<표2> 온실가스 규제 관련 논의사항
출처. 국제해사기구

2. 그린십, 왜 필요한가? - IMO의 선박 탄소가스 규제와 장기적인 경쟁력 확보
(1) IMO의 선박 탄소가스 규제 강화
국제사회의 온실가스 저감 노력에 부응하여 선박의 탄소가스 규제를 오랫동안 논의해왔다. 이에 국제해사기구(IMO)는 표 2와 같이 2013년부터 EEDI(Energy Efficiency Design Index) 2013년부터 건조되는 신조선박에 적용되고 있으며, 2015년까지는 5%, 2019년까지는 10%, 2024년까지 20%, 2030년까지 30%의 온실가스 저감을 목표로 하고 있다. EEDI는 선박이 단위무게의 화물을 단위거리만큼 운송할 때 배출되는 CO₂가스의 양으로 표시되는 지수로 규제치 이하를 만족시키지 못할 경우 운항이 금지되는 강력한 규제이다.
이로 인해 현재 전 세계 조선소와 관련 기관들은 규제에 대응하고 연비기술의 발전을 통한 경쟁력 확보를 위해 기술개발에 집중하고 있으며, 획기적인 기술진보의 가능성도 점쳐지고 있다.
향후 강화되는 환경규제에 따라 현재의 선박추진 시스템 하에서는 규제 통과가 어려울 수 있으므로 새로운 추진시스템이 개발되는 등 획기적인 기술진보의 가능성도 열어 둘 수 있으며, 결과적으로 향후 에너지 효율화로 이어져 높은 경쟁력의 신 선형 선박이 개발될 것으로 기대된다.

<표3> 연비 1% 향상시 연간 연료비 절감액(단위: US$)
출처: Clarkson(주: 표준선박을 근거로 계산했으며 운항일수 280일 기준)

(2) 장기적인 경쟁력 확보의 키워드
선박의 환경규제는 향후 조선과 해운산업의 패러다임을 바꿀 수 있는 변수로 작용할 것으로 예상되며, 단기적으로 조선소는 EEDI 규제를 만족시킬 수 있는 선박의 건조 능력이 요구되고 중장기적으로는 고연비, 저탄소 선박의 개발이 반드시 필요할 것으로 판단된다.
선박의 연비는 표 3과 같이 1% 향상시 대형선박의 경우, 약 10만~40만 달러까지 연료비를 절감할 수 있는 것으로 나타났다. 연비절감액은 연료유의 가격수준에 따라 달라지는데 약 600달러를 기준으로 한다면, Capesize 벌크선의 경우 9.4만 달러, VLCC는 15만 달러, Post-Panamax 컨테이너선은 35만 달러까지 절감이 가능할 것으로 보인다. 이에 따라 해운사의 경우에는 고연비 선박의 확보가 경쟁력의 핵심이 될 수 있으며 이러한 선박을 확보하지 못하면 시장에서 퇴출될 가능성도 염두에 둬야 할 것으로 판단된다.

3. 그린십, 조선·해운산업에 새로운 패러다임 불러 일으켜…
전술한 바와 같이 환경규제로 인해, 그린십은 조선과 해운산업에 새로운 패러다임을 불러올 것으로 전망되며, 그와 더불어 침체된 조선·해운경기 활성화에 결정적 요인이 될 가능성도 높은 것으로 판단된다.
현재 심각한 과잉선복량 문제로 침체에 빠진 조선산업은 향후 그린십 기술의 발전 속도에 따라 경기회복 속도가 달라질 것으로 예상된다. 연비기술이 고도화될 경우 고유가에 의해 선박의 경쟁력이 큰 차이를 나타낼 수 있으며, 선주들의 최신 선박 확보를 위한 경쟁을 부추길 수도 있기 때문이다. 이러한 경우, 기존 선박의 폐선속도가 빨라지게 되고, 선복량 과잉해소와 회복시점을 크게 앞당길 수도 있다.
다만, 우려스러운 점은 한국 조선업계가 유럽이나 일본보다 환경기술에 대한 대응이 늦게 시작되어 다소 기술력 격차가 존재할 것이라는 점이다. 만일 기술력 격차로 인해 유럽이나 일본의 기술을 구입해 사용하게 될 경우, 원가경쟁력에 오히려 악영향을 미칠 가능성도 배제할 수 없다. 이러한 점에 대해서는 냉정한 평가와 이에 따른 대응책의 논의가 필요할 것으로 사료된다.

(1) 시장의 양분화 가능성
향후 연비가 향상된 선박이 시장에서 일정 비중을 차지하게 될 때, 용선시장에서 그린십과 기존 선박은 뚜렷한 용선료의 차이를 나타내며 시장이 양분화 될 가능성이 있다.
물론 단기적으로 정확한 연료비 절감액이 용선료에 그대로 반영되기는 어려울 것으로 보이나, EEOI가 활성화된다면 용선시장의 선박들이 비교적 정화한 연비데이터를 갖추게 되고 연비차이에 의한 연료비 절감액이 용선료에 그대로 반영될 것으로 추정된다.

(2) 중장기적 신조선 시황회복 - 그린십 기술 발전속도가 큰 변수?
향후 신조선 시황회복에 있어서 그린십 기술개발에 따른 연비혁신이 얼마나 빠른 속도로 이뤄질 것인지가 관건이 될 것으로 전망된다. 현재로서는 최신 선박들의 연비향상이 어느 정도인지 가늠하기 어렵기 때문에 시황에 미칠 영향이 제한적일 것으로 판단되나, 향후 연비는 점차 큰 변수가 될 것으로 추정된다.
연비가 현재보다 약 10% 이상 개선된다면 그린십을 보유한 선주와 그렇지 못한 선주간의 경쟁력 차이는 매우 크게 벌어질 것으로 보인다. 이러한 상황 발생한다면 폐선속도가 빨라지고 해운시황 회복이 늦어지더라도 선주들의 선박투자가 재개될 것으로 예상된다.

(3) 그린십, 중장기 해운시황의 회복 요인 or 재침체 원인?
중단기적으로 해운시황은 그린십에 의한 영향은 제한적일 것으로 예상되나, 향후 그린십 기술의 급속한 발전으로 이에 대한 투자가 이뤄질 경우에는 투자가 이뤄지는 수 년간은 폐선속도가 빨라지면서 선복량 과잉이 해소되고 해운시황도 호전될 가능성이 있다. 그러나 역사적으로 선주들의 투자 붐은 항상 과잉투자를 낳으며 과잉선복량 문제를 일으켜왔던 만큼 2018년 또는 2020년을 전후해 또 다른 과잉선복량 문제가 발생할 우려도 무시할 수는 없다.

4. 국내 조선·해운업계, ‘그린십 바람’을 어떻게 맞이해야 하나?

<사진6> Green Ship in Future
출처. 한국선급

(1) 2020년까지 그린십 기술의 키워드, ‘연비향상 기술’
2020년까지는 그린십 기술에 있어서 연비향상 기술이 핵심이 될 것으로 판단되며, 그 이후부터는 기술개발 상황을 주시할 필요가 있다. 탄소가스를 직접 포집하는 기술은 비용과 공간의 문제로 향후에도 어려움이 많을 것으로 예상되며, 가스추진 엔진과 연료전지 추진 선박 등 청정연료 선박은 상용화 시점을 예측하기 어려워 점진적으로 기술의 진전을 지켜봐야 할 것으로 판단된다. 그에 따라 당분간은 선형 개발 및 연료효율화 기술에 집중해야 할 것이다.

(2) 선박규제는 위기인 동시에 기회!
선박규제는 위기인 동시에 기회라고 할 수 있으므로, 기술개발에 박차를 가해 우리의 조선경쟁국인 중국과의 격차를 확실히 벌려야 한다.
조선업계는 기업뿐 아니라 관련 산업, 전문 연구기관, 해외 선진국 전문기관 등 모든 네트워크와 연계한 총력적인 기술개발에 대한 노력이 필요하다. 유럽, 일본 등 선진국들이 국내 조선소에 위협이 될 조선경쟁국은 아니나 향후 중국이 기술개발에 실패할 경우, 선진국 기술을 매입해 경쟁을 할 가능성 역시 염두에 두어야 할 것이기 때문이다.
우리가 기술을 보유할 경우, 중국과의 가격격차가 축소되는 효과도 있지만 해외에 기술료를 지불하지 않으면서 더 우수한 기술을 통해 확고한 경쟁력을 유지할 수도 있다.

(3) 중소 조선사를 위한 정부의 지원 필요
국내 중소 조선산업의 경우에는 그린십 기술개발에 대한 대비가 거의 이뤄지지 못하고 있는 것으로 판단된다. 그러므로 향후 산업의 지속을 위해서는 정부의 적극적인 지원이 필요하다.
중소 조선산업을 위한 연구기관의 설립이나 기존 연구기관의 확충을 통해 선형개발 등 관련 연구개발을 시급히 추진할 필요가 있다. 연구원을 설립한다면 대형 조선소의 선형 경력 개발자, 퇴직연구원 등을 우선적으로 중용하는 것도 현실적인 방안으로 판단된다. 즉, 중소 조선사들의 경쟁력 있는 선형 개발을 먼저 추진 후, 요소기술들을 접목하려는 노력이 필요하다.

(4) 그린십 관련 금융지원의 필요성 인식
그린십 관련 수출선박 및 관련 분야에 대한 적극적인 금융지원이 이뤄져야 할 것으로 판단된다. 국내 우량한 선박관리회사들 중에서 해외 선박관리 업무를 수주해 실행하고 있는 기업들에 한해 우선적으로 서비스 수출금융 지원을 검토해야 할 것으로 사료된다.
국내의 우수하고 풍부한 조선 엔지니어 등을 활용하면 해외 해운선진국에 비해 강한 경쟁력이 있어 성장 가능성이 높을 것으로 예상된다.

<사진7> 친환경 컨테이너선(18,000TEU)
출처. 대우조선해양

5. 마무리
그린십, 즉 친환경 선박이 해운업계에 처음으로 등장하게 된 것은 장기적으로 침체되고 있는 어려운 해운현황에서 위기를 타개하기 위한 방편이었던 것으로 판단된다. 2008년 금융위기 이후 전 세계 경기는 침체를 겪었고, 이는 물동량 감소와 운임하락의 주원인이 되었다. 여기에 설상가상으로 선박의 주 연료로 사용되는 벙커유가 금융위기 이후 두 배 이상의 높은 상승률을 기록하는 등 고유가 기조가 지속됨에 따라 선사들은 저운임과 고유가의 이중고에 시달려야 했다.
이러한 상황을 벗어나기 위해 선사들은 연비향상과 운임상승 노력의 일환으로 저속운항을 실시했지만 효과는 미비했고, 신조선 가격은 국내 조선사들을 중심으로 한 기술혁신으로 연비가 크게 향상되었음에도 불구 하락세를 거듭했다. 이 가운데 그린십은 선주들에게 매력적인 발주의 대상으로 자리 잡게 되었다. 게다가 국제해사기구(IMO)가 2013년부터 선박 온실가스 배출 감축 규제를 본격적으로 시행함에 따라 선주들의 친환경 선박 발주에 대한 관심은 더욱 더 증대되었다.
이러한 상황에 그린십은 전술한 바와 같이 조선과 해운산업에 새로운 패러다임을 불러올 것으로 전망되며, 그와 더불어 침체된 조선·해운경기 활성화에 결정적 요인이 될 가능성도 높은 것으로 판단된다. 현재 심각한 과잉선복량 문제로 침체에 빠진 조선산업은 향후 그린십 기술의 발전 속도에 따라 경기회복 속도가 달라질 것으로 예상됨은 물론, 장기적인 경쟁력을 보유하기 위해서라도 국내 관련업계에서는 그린십 기술 개발에 박차를 가해야 할 것으로 사료된다.

<월간 엔지니어링 플러스 2014년 4월호에 게재된 내용입니다.>