'제로에 도달하기까지' - 해상 운송업, 탈탄소화로의 길을 제시하다

원문 : https://www.theearthandi.org/post/maritime-shipping-charts-a-course-to-decarbonization

©Maersk

교통 수단에서 탄소 배출을 줄이는 것은 온실 가스 배출에 맞서는 싸움에서 주요 전선 중 하나가 되었습니다. 이 노력에는 전기 자동차로 전환하는 것 이상이 포함됩니다.

운송은 항공 여행, 철도, 차량 함대와 같은 많은 산업을 포함하는 광대한 상업 부문입니다. 이들 모두는 더 깨끗한 연료를 통합하고 탄소 배출을 줄이기 위해 변화를 겪고 있습니다.

탈탄소화 노력은 공해에도 도달했으며, 많은 요인이 화물 운송의 변화를 주도하고 있습니다 . 배출을 줄이고 산업을 "더 녹색" 방향으로 이끌기 위해 새로운 연료 채택이 가속화되고 있습니다.

변화의 흐름

기후 및 에너지 솔루션 센터 에 따르면 , 운송 부문은 온실 가스 배출량의 세계 최대 기여자 중 하나로, 총 배출량의 15%를 차지합니다. 이는 31%를 차지하는 전기와 열에 이어 두 번째입니다.

운송 부문 내에서 국제 해운은  전 세계 에너지 관련 CO2 배출량의 2~3%를 차지하며, 온실가스 배출을 줄이기 위해 여러 측면에서 압박에 직면해 있습니다. 

대중적 압력과 개별 국가의 규제 외에도 해운업계를 책임지는 UN 기관인 국제해사기구(IMO)는  해운업계를 규제하는 새로운 전략과 표준을 채택했습니다.

2008년 배출량을 기준으로 새로운 규정은 2030년까지 최소 20% 감소를 요구하지만 30%를 목표로 합니다. 마찬가지로 규정은 2040년까지 최소 70% 감소를 요구하지만 80%를 목표로 합니다.

녹색 연료와 해운 산업

자동차, 기차, 비행기를 포함한 여행 부문의 각 산업은 녹색이 되기 위해 다른 경로를 탐색해야 합니다. 이러한 각 경로는 산업 자체의 고유한 특성과 한계에 의해 정의됩니다.

해운업계에서는 선박의 크기, 추진에 필요한 전력, 운항 경로 등 여러 가지 요소로 인해 전기 구동 선박으로의 전환이 비현실적입니다.

시장 조사 기관 DNV의 백서 에 따르면  , 해운 산업이 직면한 가장 큰 과제는 추진력을 쉽게 전기화할 수 없다는 것입니다. 심해 운송에서 " 배터리만으로는 가연성 에너지원을 대체할 수 없습니다 ." 다시 말해, 가까운 시일 내에 전기화된 선박 함대가 생기지 않을 것입니다. 탄소 배출을 줄이기 위해 이 산업이 취할 수 있는 더 실용적인 옵션은 대체 연료로 전환하는 것입니다.

DNV는 해운업계가 여러 가지 조치를 결합하여 IMO의 목표를 달성할 것으로 전망합니다. 저탄소 및 무탄소 연료로의 전환이 필요합니다 . 여기에는 액화천연가스(LNG), 액화석유가스(LPG), 메탄올, 수소, 암모니아, 바이오연료가 포함됩니다.

목록의 맨 위에 있는 LNG는 주로 메탄과 일부 에탄으로 구성되어 있으며 화석 연료에 비해 오염이 적은 대안으로 간주되며 수용도가 높아지고 있습니다. 뒤처지지만 인기를 얻고 있는 메탄과 암모니아는 오염이 훨씬 적은 대안이지만 가용성과 안전성과 관련된 고유한 과제에 직면해 있습니다.

©user.geni (CC-BY-SA 4.0)

새로운 건물은 친환경으로 전환됩니다

더 깨끗하게 연소되는 연료로 전환하려면 업계에 큰 변화가 필요합니다. 대부분의 선박은 대체 연료를 사용할 수 있는 장비가 없습니다.

세계자원연구소(WRI)는 대부분의 상업용 선박이 현재 중유를 사용한다고 지적합니다  . 이 연료는 저렴하고 높은 에너지 밀도로 인해 선박이 바다를 가로질러 장거리를 지탱할 수 있기 때문에 이 산업에 적합하지만, 황산화물과 질소산화물 배출에 대한 우려가 제기됩니다.

탈탄소화를 위해 업계는 이 오염 연료에서 벗어나는 전환 과제를 받아들이는 듯합니다. 대체 연료 연소 기술로 건조되는 신규 선박에 대한 주문 수가 증가하고 있습니다. DNV는 백서에서 2023년에 주문된 신규 선박의 50%가 대체 연료 용량을 포함하는 반면, 현재 업계에서 운항 중인 선박의 7%에 불과하다고 언급합니다.

현재 건조 중인 선박의 유형을 보면 산업이 탄소 배출이 없는 방향으로 전환하는 데 도움이 되는 가장 유망한 연료가 무엇인지 알 수 있습니다.

예를 들어, 올해 1월, 글로벌 해운 대기업 Maersk는 "세계 최초의 대형 메탄올 컨테이너선"을 건조했다고 발표했습니다  . Maersk 가문의 저명한 구성원인 Ane Mærsk Mc-Kinney Uggla의 이름을 딴 "Ane Maersk"는 이 회사가 2024년과 2025년 사이에 인도할 18척의 대형 메탄올 컨테이너선 시리즈 중 첫 번째 선박입니다.

©Methanex

메탄올이 유일한 옵션은 아닙니다. 작년에 핀란드의 해양 기술 개발업체인 Wartsila는 Wartsila 25 Ammonia의 상업적 생산을 발표했습니다   . 이 회사는 이를 세계 최초의 "4행정 암모니아 구동 엔진"이라고 설명합니다.

메탄올과 암모니아는 아직 도입 초기 단계이지만 LNG는 해운업계에서 화석 연료에 대한 주요 대안으로 남아 있습니다. 해상 서비스 회사인 Lloyd's Register 에 따르면 2023년 신규 주문 으로 LNG 연료 선박이 90% 증가해 1,938척에 이를 것으로 예상됩니다. 

대체 연료의 역류

해운회사들이 대체 연료를 사용하는 미래를 받아들이는 듯하지만, 이러한 연료 중 어느 것이 가장 좋은 선택으로 나타날지는 아직 알 수 없습니다.

각각 장단점이 있습니다.

이 단계에서 LNG는 가장 강력한 경쟁 우위를 가지고 있는 것으로 보입니다. DNV에 따르면 현재 글로벌 함대의 대체 연료로 구동되는 선박의 약 90%가 LNG로 구동됩니다. 주문된 신규 선박의 점유율은 약간 낮아 다른 연료가 점차 우위를 점하고 있지만 여전히 약 78%로 전체의 압도적인 우위를 차지합니다.

LNG의 단점은 생산, 운송 및 보관 중에 메탄이 ​​누출된다는 것입니다. 왜냐하면 이 가스는 이산화탄소  (CO2)보다 온난화 효과가 더 크기 때문입니다. WRI는 LNG 연소 엔진의 누출을 고려할 때, LNG가 달성한 탄소 감소를 상쇄하고 어떤 경우에는 초과할 수도 있다고 지적합니다  . 이 감소는 LNG를 원래 매력적인 대안으로 만들었습니다.

메탄올은 다른 일련의 과제에 직면합니다. Lloyd's Register 에 따르면 , 해운 산업에서 이 연료를 광범위하게 채택하는 데 직면한 가장 큰 과제는 충분한 저장 공간이 부족하다는 것입니다. 다른 연료보다 에너지 밀도가 낮기 때문에 동일한 양의 전력을 생성하는 데 더 많은 연료가 필요합니다. 이는 장거리 항해를 하는 선박에 공급하기에 충분한 연료를 저장하기 위한 더 큰 공간이 필요합니다. 또한 천연 가스를 사용하는 것과 같은 일부 메탄올 생성 방법은 유해한 열을 가두는 가스인 메탄을 누출할 수 있기 때문에 친환경적이지 않은 것으로 간주됩니다.

다른 친환경적 방법도 있습니다. 예를 들어, 메탄올은 재생 에너지에서 얻은 전기, 수소를 생성하기 위한 물의 전기 분해, 포집된 이산화탄소와의 촉매 반응을 결합하는 공정을 통해 생성될 수 있습니다. 그러나 이러한 친환경적 방법은 비용이 많이 들고 해운 산업에 전력을 충분히 공급할 수 있는 규모로 개발되지 않았습니다.

마지막으로, 암모니아는 해운 산업의 주요 연료원으로 부상할 수 있습니다. 연소로 인한 탄소 배출이 없습니다. 재생 에너지를 사용하여 암모니아, 수소 및 질소에 필요한 원소를 만들면 전체 사이클이 완전히 녹색이거나 탄소가 없습니다.

다른 모든 연료와 마찬가지로 단점이 있습니다. 암모니아의 가장 큰 단점은 높은 독성입니다. 이 화학 물질은 인간과 해양 생물에게 위험하며 유출, 누출 및 노출은 위험할 수 있습니다. 운송을 위한 실용적인 대체 연료가 되려면 업계에서 이러한 안전 문제를 해결하기 위한 적절한 기술과 프로토콜을 개발해야 합니다. 연소로 인한 NOx 배출도 문제입니다.

역풍 속의 항해

청정 연료 대체 사용에 직면한 또 다른 과제는 전 세계의 기존 선박 함대의 적응성입니다. DNV에 따르면 "현재 기존 함대의 일부만이 대체 연료로 운행할 수 있습니다."

대부분의 선박은 대체 연료를 연소할 수 있는 장비가 없으므로 적절한 기술을 갖춘 신조 선박으로 개조하거나 교체해야 합니다. 여기에는 대규모 투자가 필요합니다.

DNV는 좋은 소식은 "신규 선박 중 대체 연료를 사용하는 선박이 빠르게 증가하고 있다"는 것이라고 보고했습니다.

위에서 언급했듯이, 이 중 대부분은 LNG용이지만 DNV는 많은 선주들이 "메탄올 준비 완료" 또는 "암모니아 준비 완료"와 같은 대체 연료로 개조할 준비가 된 선박을 주문함으로써 "선택권을 열어두고 있다"고 말합니다.

새로운 선박을 설계하거나 기존 선박을 대체 연료로 연소하도록 개조하는 데는 많은 고려 사항이 있습니다. 이러한 고려 사항은 연료의 조달 및 생산, 운송, 벙커에 있는 지상 연료 저장, 선박 내 탱크에 있는 저장, 특정 연료로 작동할 수 있는 엔진 유형, 배출, 누출, 유출 및 기타 안전 요소로 시작하여 전체 공급망에 걸쳐 있습니다.

해운 산업은 훨씬 더 많은 옵션을 가지고 있습니다. 예를 들어, 탄소 포집 및 저장(CCS)  은 화석 연료의 연소로 인한 CO2 배출을 포집하여 다른 용도로 저장하는 진화하는 기술입니다. CCS는 다양한 육상 기반 응용 프로그램을 위해 개발되고 있으며 해상 선박에 사용될 수 있습니다. CCS를 통해 해운은 탄소 배출을 줄이면서 화석 연료를 계속 사용할 수 있습니다. 산업이 대체 연료를 포함하는 장기적 솔루션으로 전환하는 동안 해운이 탄소 발자국을 줄이는 데 도움이 되는 일시적인 "전환 기술"로 적용되고 있습니다.

그러나 대체 연료와 마찬가지로 CCS는 상당한 비용이 드는 개발 중인 기술이며, 해상 선박에서 사용 가능한 공간을 두고 경쟁이 벌어집니다. CCS 설비에 전용된 구역은 선박 운영자의 수익을 창출하는 화물에 사용할 수 없는 구역입니다.

탈탄소화의 느리게 돌아가는 기어

국제 운송은 탄소 배출을 줄이기 위해 노력하고 있습니다. 이 과정은 길고 느리며 비쌉니다. 선박 소유주는 기존 선박을 개조하고 대체 연료로 운행할 수 있는 신조를 주문하여 탈탄소화에 대한 기대에 부응하고 있습니다.

많은 유망한 대안이 산업을 탄소 없는 미래로 이끄는 데 도움이 될 수 있습니다. 그러나 이러한 대안 중 어느 것도 그 자체로 또는 단기적으로 산업을 변화시킬 준비가 되어 있지 않습니다. 지금으로서는 변화는 점진적으로 이루어질 것이고, 탄소 배출 화석 연료에서 벗어나 운송의 전환을 돕기 위해 함께 일하는 혼합된 솔루션을 통해 이루어질 것입니다.

*Rick Laezman is a freelance writer in Los Angeles, California, US. He has a passion for energy efficiency and innovation. He has covered renewable power and other related subjects for over ten years.