<사진. KISTI 미리안 사진자료
출처. KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』>

풍력으로 움직이는 화물선

선박을 더욱 환경효율적으로 만들려면, 대체 연료를 통한 운전이 가능해야 한다. 노르웨이 공학자는 최근, 이를 위한 새로운 접근법을 고안하고 있다. 액화천연가스(LNG)와 풍력으로 움직이는 Vindskip은 지속가능한 해상 운송을 위한 하이브리드 화물 선박이다. 독일 프라운호퍼(Fraunhofer) 연구진에 의해 개발된 소프트웨어를 통해, 언제든지 사용 가능한 풍력의 최적 사용을 보장할 수 있도록 하였다.

전세계 무역 교역량의 90% 가량은 국제 해상 운송을 통해 이뤄지며, 중유 선박 운전은 환경 오염에 상당 부분 기여하게 된다. 국제해사기구에서는 해상 운송에 의한 환경 영향을 줄이고자, 2020년부터 특정 지역에서는 선박 연료의 황 함량을 최대 0.1%로 규제하기로 하였다. 하지만 황 함량이 낮은 고품질 연료는 현재 사용되고 있는 중유보다 고가이다. 선박 회사에서는 배출 가이드라인을 만족하는 동시에, 연료 비용을 줄여야 하는 도전에 직면하고 있다.

연료 사용량, 오염물질 배출량, 벙커 지출비용을 줄이기 위한 새로운 방법으로, 노르웨이 공학자 Terje Lade 박사는 Vindskip을 바탕으로 한 중유 비사용 선박 형태를 설계하였다. 그 대신 풍력을 이용하여 선박 추진력을 얻어내고자 하였다. 본 기술의 핵심은 날개 모양의 돛으로 선체를 대신하는 것이다. 공해상에서, Vindskip은 자유롭게 부는 바람(free-blowing wind)을 통해 매우 에너지 효율적인 이점을 얻을 수 있다. 바람이 잔잔한(low-wind) 통항 중의 공해 상에서 일정한 속력으로 선박을 조종하기 위해서, LNG를 이용한 환경 친화적이고 비용 효율적인 추진장치를 추가로 장착하였다. 중유를 대신하는 연료로 풍력과 LNG를 통합함으로써, 평균 선박 연료 소모량의 단 60%만을 필요로 하게 된다. 이산화탄소 배출량 또한 80%가량 감소하는 효과를 얻었다.

기후 경로 모듈을 통한 최적 코스 결정

효율적인 운전을 위해서, 이용가능한 풍력을 가능한 최대한도로 활용하는 것이 중요하다. 최적 항해 경로를 계산하기 위해서, 독일 프라운호퍼 연구소에서는 Vindskip에 대한 맞춤형 기후 경로 모듈을 개발하였다. 기후 데이터를 바탕으로, 새로운 선박을 위한 소프트웨어는 바람 활용을 위한 최적 각도를 가진 경로를 계산하는 운항 알고리즘을 활용한다. 이를 통해 선박 설계의 최대 효과를 이끌어 내고자 하였다. Laura Walther 박사는 “기후 경로 모듈을 통해, 연료 소모량을 최대한 줄일 수 있는 최적 경로를 계산할 수 있다. 연료 비용 절감으로 인해, 벙커 지출이 선박 산업의 전체 비용 중 큰 부분을 차지하게 된다. 복잡한 계산을 위해, 공기역학 및 유체역학 데이터뿐만 아니라 기상 서비스로부터 전송 받은 날씨 예보(풍속, 파고 등)와 같은 다양한 매개 변수를 적용하였다”고 설명하였다.

Vindskip선박은 전통적인 동력 선박만큼 빠른 최대 18~19노트의 속력을 낼 수 있다. 매우 낮은 연료 소모량으로 인해, 최악의 조건에서도 Vindskip은 액화천연가스 사용을 별도의 추가 공급 없이 70일간 유지 가능하다. 이를 통해, 현재와 미래의 연료 경제 및 배출 제어 도전 과제를 충족시킬 수 있게 되었다. Vindskip은 풍동 시험 또한 성공적으로 마무리하였다. 연구진은 추가적으로 기후 경로 도구를 개발하고 있으며, 1차 버전은 2014년 12월 중순부터 이용이 가능하다. 2015년 1월 말까지, 소프트웨어는 Lade AS 사(社)에 양도된다. 기후 경로 모듈을 장착할 수 있는 Vindskip과 관련 있는 선박 형태는 자동차나 트럭 운송 선박, 대형 연락선, 컨테이너 선박, LNG 운송선 등이 있다. Terje Lade 박사는, 우선적으로 해양 연구 모델 탱크 내에서 다양한 시험을 통과한 후, 빠르면 2019년부터 Vindskip의 운항이 가능할 것으로 내다보고 있다.

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