이재명 정부가 공약한 해운 탈탄소... 3년 뒤 탄소배출 '제로' 암모니아 추진선 뜬다

IMO "2027년부터 탄소 톤당 최대 52만원"
한화-베이커휴즈 탄소배출 '0' 목표 세우고
선박용 100% 암모니아 가스터빈 개발 중
2030년대까지만 화석연료 한시 사용 가능
대체연료 공급망 확보, 기술 활용 서둘러야

편집자주

우주, 인공지능, 반도체, 바이오, 에너지 등 첨단 기술이 정치와 외교를 움직이고 평범한 일상을 바꿔 놓는다. 기술이 패권이 되고 상식이 되는 시대다. 한국일보는 최신 이슈와 관련된 다양한 기술들의 숨은 의미를 찾고 사회에 미치는 영향을 심층 분석하는 '테크 인사이트(Tech Insight)'를 격주 금요일 연재한다.

한화파워시스템과 한화오션, 베이커휴즈가 공동 개발 중인 암모니아 가스터빈 적용 액화천연가스(LNG) 운반선 '오션1'의 모형이 2024년 9월 미국 휴스턴에서 열린 '가스텍 2024' 행사장에 전시돼 있다. 한화오션 제공

“조선업의 미래 먹거리가 무엇이냐 고민했을 때 답은 ‘지속가능성’이었어요. 단순히 내연기관의 탄소를 저감하는 것을 넘어서, 아예 탄소배출이 없는 전기추진선으로 전환하는 게 답이라고 생각했습니다.”

지난달 20일 경기 성남시 한화파워시스템에서 만난 김세미 친환경GT개발팀장은 선박용 암모니아 가스터빈을 개발하는 이유를 이렇게 설명했다. 질소와 수소로 구성된 암모니아는 연소될 때 이산화탄소를 배출하지 않아 선박 탄소중립을 위한 대안 연료로 주목받고 있다. 한화파워시스템은 특히 소량의 ‘파일럿 오일(점화용 연료)’조차 쓰지 않고 100% 암모니아로 가동되는 추진 시스템을 개발하고 있다. 탄소배출 ‘제로(0)’가 목표이기 때문이다. 지상에서 쓰는 발전용 암모니아 가스터빈은 개발된 적 있지만, 선박용 개발을 시도하는 건 한화파워시스템이 처음이다.

탄소비용 제도 첫 시행 앞둔 해운산업계

무탄소 암모니아 추진선을 만들겠다는 이 회사의 구상은 하나둘씩 실현되고 있다. 2023년 9월 미국선급협회(ABS)로부터 암모니아 가스터빈에 대한 개념승인(AIP)을 받았고, 올해 3월 실압 조건에서 100% 암모니아만을 사용한 연소기 시험에 성공했다. 현재 개발률은 약 50%. 2028년 암모니아 가스터빈 추진을 탑재한 선박을 바다에 띄우는 것을 목표로 한화오션, 글로벌 에너지기업 베이커휴즈와 기술 개발·실증에 속도를 내고 있다.

5월 20일 경기 성남시 한화파워시스템에서 김세미 친환경GT개발팀장이 선박용 암모니아 가스터빈 개발에 관해 설명하고 있다. 박시몬 기자 simon@hankookilbo.com

해운 산업은 다른 어떤 산업보다도 탄소중립에 적극적이다. 국제해사기구(IMO)는 ‘2050년까지 국제 해운산업 탄소중립 달성’이라는 목표를 세운 데 이어 구체적인 규제까지 도입하고 있다. 지난 4월 IMO의 제83차 해양환경보호위원회에서 최종 합의한 탄소비용 제도가 대표적이다. 2027년부터 탄소배출량 5,000톤 이상 선박에 톤당 100~380달러(약 14만~52만 원)의 탄소비용을 부과하고, 적용 대상을 점차 확대한다는 내용이다. 탄소배출량에 비용을 부과하는 일종의 ‘탄소배출권’ 같은 제도가 글로벌 산업 규제에 채택된 것은 처음이다. 이에 더해 유럽연합(EU)도 올해부터 역내 운항 선박에 탄소감축 목표를 달성하지 못하면 벌금을 부과하는 제도를 시작했다.

지난 수년간 조선사들은 기존에 쓰던 디젤 엔진 선박의 탄소배출량을 줄이기 위해 여러 기술을 개발해왔다. 그러나 규제가 강화하면서, 저탄소 연료를 이용하는 새로운 선박을 활용하려는 수요가 더욱 커지고 있다. 특히 컨테이너선, LNG운반선 등 대형 선박일수록 빠르게 연료 전환을 추진하고 있다. 차세대 무탄소 선박 기술은 다양하지만, 국내 주요 기업들은 암모니아에 주목한다.

메탄올로 추격하는 中, 암모니아로 앞서려는 韓

선박용 대안 연료로는 주로 수소, 메탄올, 암모니아가 꼽힌다. 액화천연가스(LNG)도 기존 엔진에 쓰던 중유에 비하면 탄소배출량이 낮아 최근 전환 연료로 많이 활용되고 있다. 하지만 재생에너지로 생산된 청정 수소·암모니아 등에 비하면 탄소배출량은 최대 60배나 된다.

수소 연료전지 추진선은 기술적으로는 무탄소 운항에 가장 가깝다. 그러나 액화수소를 선박에 운송하는 것이 쉽지 않은 데다, 대형 선박에 탑재할 만한 대형 연료전지가 아직 개발되지 않았다. 메탄올 추진선은 대안 연료 중 가장 기술 개발 수준이 높다.

메탄올은 상온에서도 운송이 용이한 것이 장점이다. 다만 부피당 에너지가 낮아 연료탱크가 기존보다 2배 정도 커야 한다는 단점도 있다. 국내 조선사들은 이미 메탄올 추진선 건조 경험이 있다. 김진형 한국선급 친환경기술팀장은 “세계 최대 해운사인 머스크가 2023년 HD현대에 세계 첫 메탄올 추진 컨테이너선을 주문하며 메탄올이 대안으로 크게 각광 받았다”고 말했다.

그러나 이는 2~3년 전 얘기다. 청정 메탄올 공급망 확대가 더딘 데다, 기술 장벽이 높지 않아 중국 조선사들이 빠르게 추격하고 있기 때문이다. 조선·해운 시황 업체 클락슨리서치에 따르면 지난해 상반기 전 세계에서 발주된 메탄올 추진선 38척 중 36척을 중국이 수주했다. 국내 기업들이 암모니아 추진선을 차세대 기술로 점찍은 이유다.

암모니아는 극저온 냉각이 필요한 수소에 비하면 액화와 장거리 운송이 용이하다. 내연기관이나 연료전지 등 다양한 방식으로 활용할 수 있는 것도 장점이다. HD현대중공업은 암모니아 엔진을 이용한 추진선을 올해 안에 상용화하겠다는 목표를 세웠고, 삼성중공업 역시 올해 2월 스타트업 ‘아모지’와 손잡고 대형 선박용 암모니아 연료전지 시스템 개발에 나섰다.

삼성중공업의 암모니아 운반선. 삼성중공업 제공

기술 성숙도로 따지면 암모니아 엔진이 가장 상용화에 가깝지만, 완전한 무탄소 달성에는 한계가 있다. 압축착화 방식을 사용하는 특성상 안정적인 점화를 위해 약 5~10%의 화석연료를 분사해야 하기 때문이다. 한화파워시스템이 가스터빈을 선택한 이유다. 김세미 팀장은 “암모니아 가스터빈은 초기에 점화기를 사용해 점화한 뒤 연소가 자체적으로 유지되는 방식”이라고 말했다.

물론 암모니아가 실제 활용되기까지는 넘어야 할 산도 있다. 독성 탓에 누출될 경우 선원들에게 치명적일 수 있다. 한화파워시스템은 가스터빈에 ‘인클로저’라는 외부 공간을 설치해 해결한다는 계획이다. 김세미 팀장은 “가스터빈은 엔진에 비해 단위출력당 크기가 작은 편이라 외부 밀폐공간으로 안전성을 높이려 한다”며 “만약 노출이 있더라도 인클로저에 자체 배기시스템이 있어 선원들에게 영향을 주지 않을 것”이라고 설명했다.

머지않아 탄소비용이 연료비용 추월

차세대 암모니아 추진 시스템은 대부분 이중연료 방식으로 개발되고 있다. 암모니아와 LNG를 섞어 사용하거나, LNG만 사용할 수도 있다. 무탄소 선박을 목표로 하면서도 굳이 화석연료 활용 여지를 남긴 건 선사들의 부담을 덜기 위해서다. 청정 암모니아는 여전히 LNG에 비하면 비싸기 때문에 여러 연료를 활용해 경제성을 확보하면서, 매년 강화하는 규제에 맞춰 친환경 연료 비중을 조절하는 방식이 현실적이라는 것이다.

결국 기술뿐만 아니라 공급망이 확보돼야 해운 산업의 탄소감축이 현실이 될 수 있다. 이재명 대통령의 대선 공약 중 ‘친환경 연료 공급 선박의 설계·실증 지원’은 물론 ‘산업 수요 연계 등을 통한 친환경 연료 공급 확대’가 고루 이행돼야 하는 이유다. 김진형 팀장은 “2030년대까지는 한시적으로 화석연료 이중 사용이 허용되지만, 향후 규제가 강화할수록 탄소비용이 연료비용을 크게 추월할 것”이라며 “청정 연료 공급망을 확보해야 대안 기술도 시장에서 활용될 수 있다”고 말했다.

신혜정 기자 arete@hankookilbo.com