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조선사들 암모니아에 꽂힌 이유

2021년 06월호

조선사들 암모니아에 꽂힌 이유

2021년 06월호

2060년 선박 60%는 수소 아닌 암모니아 선박
수소에 비해 제조·저장·수송 용이, 가격도 저렴
엔진 형태 LNG·LPG와 유사...연료전지도 가능


| 서영욱 기자 syu@newspim.com


바다 위를 다니는 화물선이나 유조선은 석유나 천연가스 같은 화석연료를 태워 동력을 얻습니다. 이 과정에서 엄청난 양의 이산화탄소가 발생합니다. 세계 이산화탄소 배출량의 3%가 선박에서 나온다고 합니다.

이산화탄소 배출량을 줄이려는 노력은 바다 위라도 예외는 아닙니다. 지난해 국제해사기구(IMO)는 2030년 이후 발주 선박의 경우 2008년 발주 선박 대비 탄소배출량을 40%, 2050년에는 50%까지 감축하도록 결정했습니다.

이 같은 흐름에 우리나라를 비롯한 세계 조선업계는 탄소를 배출하지 않는 선박 개발에 매진하고 있습니다. 당장은 이산화탄소를 ‘덜’ 배출하는 LNG 추진 선박이 각광을 받고 있지만, 장기적으로 탄소를 ‘전혀’ 배출하지 않는 말 그대로 친환경 추진 선박 개발이 핵심입니다.

조선업계는 최근 차세대 에너지원으로 각광을 받고 있는 ‘수소’를 연료로 한 선박과 함께 암모니아 추진 선박을 핵심적으로 개발하고 있습니다. 한국조선해양, 대우조선해양, 삼성중공업 등 조선 3사 모두 공통적으로 수소 선박과 함께 암모니아 선박을 동시에 개발하고 있습니다. 2025년 정도면 정말 바다 위를 다니는 암모니아 선박을 볼 수 있을 전망입니다.
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이진태(왼쪽) 로이드선급 아시아 대표가 권오익 대우조선해양 기술본부장에게 암모니아 추진 컨테이너선 기본 인증서를 수여한 뒤 기념촬영을 하고 있다.


수소보다 저장·수송 쉬워...비용도 저렴

수소는 이미 ‘수소경제’라는 신조어가 생겨날 정도로 주목을 받고 있지만, 아직 암모니아가 화석연료를 대체할 수 있을지 의문이 드는 것도 사실입니다. 과연 암모니아로 유조선이나 컨테이너선을 움직일 수 있을까요.

국제에너지기구(IEA)는 ‘2020 에너지 전망 보고서’에서 선박 연료로 암모니아, 수소 등의 사용 비중이 점차 확대돼 2060년에는 신조선의 60% 이상이 사용할 것이며, 특히 이 중 절반 가까이를 암모니아가 차지할 것으로 예상했습니다. 선박에 한해 차세대 에너지원은 수소보다 암모니아가 더 각광받을 것이란 전망이죠.

수소의 대표적인 단점은 부피당 저장 용량이 작아 경제적인 대용량 저장과 장거리 운송이 어렵다는 것입니다. 액화수소로 저장해 이송하는 것이 효율적이지만, 수소를 액화하는 과정과 유지하는 과정에서 비용이 증가해 가격을 높이는 요인으로 작용한다고 합니다.

암모니아는 수소처럼 연소 시 이산화탄소를 배출하지 않아 미래 에너지원으로서 요건을 갖추고 있습니다. 수소에 비해 제조와 저장, 수송 과정이 단순하고 소요 비용이 저렴해 경제성도 우수합니다.

또 가솔린에 비해 폭발 가능성도 낮아 상대적으로 안전한 에너지원으로 평가됩니다. 공기보다 가볍기 때문에 환기성이 좋고 천장이나 높은 곳에 모이는 성질이 있어 누출가스의 제어가 쉬운 편입니다. 암모니아 기체는 무색의 강한 냄새를 가지고 있어 누출 시 바로 알 수 있다는 것도 장점입니다.
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현대미포조선, 만에너지솔루션즈, 로이드선급 관계자들이 현대미포조선 울산 본사에서 열린 암모니아추진선에 대한 선급 기본인증(AIP) 수여식에서 기념촬영을 하고 있다.


탄소 배출 없는 ‘그린 암모니아’ 연구

암모니아는 전통적으로 천연가스나 석탄을 이용한 고압, 고온 반응으로 생산합니다. 하지만 이 과정에서 상당한 이산화탄소를 배출합니다. 이에 따라 탄소 배출이 없는 ‘그린 암모니아’를 생산할 수 있는 방식을 연구하고 있습니다. 물을 전기분해해 수소를 생산하고, 공기에서 분리된 질소를 사용해 전기적으로 합성하면 그린 암모니아를 얻을 수 있다고 합니다.

연료로서의 암모니아는 액체 상태인 액화 암모니아가 필요합니다. 암모니아는 LPG와 같이 상온에서도 일정 압력을 가하면 액화됩니다. 액화 암모니아는 기존 화석연료에 비해 4.1배 정도의 탱크가 필요하다고 합니다. 상대적으로 큰 저장탱크는 단점으로 작용할 수 있지만 운송 비용이 저렴하고 운송 기술 또한 이미 확보된 상태로 경쟁력을 갖추고 있습니다.

현재 상선에 적용할 수 있는 암모니아 연료 기관은 만에너지솔루션(MAN Energy Solution)사와 바르질라(Wärtsilä)사에서 개발이 진행 중입니다. 우리 조선사들도 만에너지솔루션과 함께 암모니아 추진 선박 공동개발 프로젝트를 진행하고 있습니다.

한국선급에 따르면 현재 개발 중인 암모니아 엔진은 LNG나 LPG 연료 엔진과 개념이 비슷하다고 합니다. 암모니아는 자연발화 온도가 높고 연소 속도가 느리기 때문에 점화되기 위해서는 ‘파일럿 오일’이 필요합니다.

암모니아는 내연기관의 연로로서 직접 연소하는 방법뿐만 아니라 연료전지 연료로도 사용될 수 있습니다. 수소연료전지처럼 암모니아연료전지가 가동될 수 있다는 의미죠.

사실 암모니아를 연료로 한 엔진 개발은 처음 시도되고 있는 기술은 아닙니다. 19세기에 이미 암모니아 연료 버스가 운행된 바 있으며, 1940년대 벨기에 브뤼셀에서 전쟁 중 암모니아 엔진이 개발된 바 있습니다. 전쟁으로 인해 석유가 너무 부족했기 때문인데요. 전쟁이 끝난 후 천연가스와 석유가 풍부해지면서 점차 모습을 감췄습니다.

암모니아를 연료로 사용하기 위해서는 고려해야 할 점도 있습니다. 암모니아는 독성과 부식성을 가지고 있기 때문이죠. 따라서 암모니아를 선박 연료로 사용하기 위해서는 암모니아의 특성을 고려한 안전 기준이 필요합니다.
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