기후 중립적인 선박 운행 가능하다

문광주 기자 / 기사승인 : 2022-01-24 16:22:28
  • -
  • +
  • 인쇄
3'50" 읽기
- 현재 국제적으로 거래되는 상품의 약 90%가 해상으로 운송되고 있다.
- 국제 해운은 현재 전 세계 온실 가스 배출에 3% 기여
- 전기로 생산되는 수소, 암모니아, 메탄, 메탄올 및 합성 디젤과 기존 디젤을 비교
- 암모니아와 메탄올이 가장 좋은 전망, 수소는 부적절

기후 중립적 선박 운행이 가능하지만 비싸다.
대부분의 화물선 운송은 대체 연료로 구현 가능


대체 가능:
과학자들이 기후 중립적인 연료를 기반으로 하는 추진 시스템이 화물 운송에서 구현될 수 있는 정도를 모델링했다. 결과에 따르면, 화석 디젤과 중유는 벌크선 운송의 90% 이상 암모니아, 메탄 또는 메탄올로 쉽게 대체될 수 있다. 연구원들이 전문 저널 "Nature Energy"에 보고한 바와 같이 수소만이 친환경 연료로 적합하지 않은 것으로 보인다. 하지만 그 결과가 어느 정도 컨테이너선에도 이전될 수 있을지는 미지수다. 

▲ 국제 해운은 전세계 온실 가스의 3%를 배출한다. 하지만 각 운행경로의 배출량은 어느 국가에도 할당되지 않는다.

© diegocardini / iStock


파리 기후 목표를 달성하고 기후 변화를 수용 가능한 수준으로 제한하려면 운송도 탈탄소화되어야 한다. 페리나 수상택시와 같은 소규모의 경우 지속 가능한 추진 기술이 이미 널리 보급돼 있지만 전국적으로 운항하는 화물선 수준에서는 여전히 중유와 경유를 주로 사용한다.

현재 국제적으로 거래되는 상품의 약 90%가 해상 운송되기 때문에 기후 변화와 관련해 화물선에서 배출되는 오염 물질을 무시해서는 안 된다.

국제 해운은 현재 전 세계 온실 가스 배출에 3%를 기여한다.
문제는 국제 항공 교통과 마찬가지로 배출량은 어느 국가에도 할당되지 않기 때문에 관련 통계에 나타나지 않거나 규정의 영향을 받는다. 따라서 유엔 산하 국제해사기구(IMO)에 의해 향후 선박 배출을 더욱 엄격하게 규제할 예정이다.

유조선 및 벌크선을 기본으로

취리히에 있는 스위스 연방 공과 대학(ETH)의 보리스 스톨츠(Boris Stolz)와 막시밀리안 헬드(Maximilian Held)가 이끄는 연구팀은 현재의 화물 할당량으로 기후 중립적인 화물 운송이 구현될 수 있는지 계산했다.

모델링에서 그들은 다양한 지속 가능한 추진 시스템을 선박의 기존 디젤 엔진과 비교했다. 그래서 그들은 화물선이 대체 연료를 사용하여 동일한 하중과 거리로 목적지에 도달할 수 있는지 확인하고 싶었다.

과학자들은 2018년에 유럽 항구에 입항하거나 출항한 모든 유조선과 벌크선을 계산의 기초로 사용했다. 벌크선은 광석, 석탄 또는 곡물과 같은 느슨한 상품을 운송하는 것이 특징이다. 벌크선과 유조선은 유럽 선박의 모든 운영 온실 가스 배출량의 약 21%를 차지한다.

5가지의 연료 후보

이러한 배출을 줄이기 위해 다양한 대체 연료를 사용할 수 있다.
ETH 연구원들은 재생 가능한 자원에서 전기로 생산되는 수소, 암모니아, 메탄, 메탄올 및 합성 디젤과 기존 디젤을 비교했다. 탄소질 연료의 경우 과학자들은 계산에서 CO2 포집 과정도 가정했다. 또한 리튬 이온 배터리의 적용 가능성도 계산했지만 곧 명백히 부적합한 것으로 판명됐다.
과학자들은 연료를 포함한 구동 시스템의 무게를 기반으로 5가지 합성 연료 중 하나가 화석 디젤의 적절한 대안이 될 수 있었는지 여부를 계산했다.

대부분의 기후 중립적 연료는 기존 디젤 및 중유보다 에너지 밀도가 더 높기 때문에 동일한 주행 거리에 대해 더 무겁다.

연구원들은 “특정 항해에 더 무거운 추진 시스템을 사용할 때 선박의 최대 허용 흘수를 초과한 경우, 우리는 새로운 추진 시스템을 주어진 화물 및 항해 기간에 '부적합'한 것으로 정의했다"고 말했다. 이러한 분류에 기초하여 그들은 궁극적으로 기후 중립 연료의 일반적인 실행 가능성을 모델링했다.

대부분 실행 가능

모델링 결과는 대부분의 여정이 화물 별 변경 없이 대체 드라이브 기술과 함께 작동한다는 것을 보여준다. 연구에 따르면 수소는 에너지원으로서 최악의 성능을 보인다. 동일한 화물 적재로 여정의 79%만 구현할 수 있다. 암모니아는 이미 91%, 메탄올은 93%이다.

약간만 조정하면 수소를 제외한 모든 기후 중립 연료를 기반으로 모든 여정을 구현할 수 있다. 화물 중량의 3%를 연료로 사용할 수 있는 경우 가능하다. 수소로 모든 운송을 실현하려면 팀이 결정한 대로 화물 중량의 6% 이상을 포기해야 한다.

상당히 높은 운영 비용

과학자들은 화물 중량을 줄여야 할 가능성 외에도 해운 회사가 직면한 다른 과제도 고려했다. 현재의 전력 가격 추이를 기반으로 그들은 "재생 연료로 움직이는 선박의 운영 비용은 화석 연료로 움직이는 기존 선박의 운영 비용보다 약 2~6배 더 높을 것"이라고 계산했다.

베를린 응용 생태학 연구소의 Martin Cames는 이것이 구현될 수 있다고 믿는다.
연구에 참여하지 않은 연구원은 "모든 선박이 관련 규정에 동등하게 영향을 받는 것이 중요하다"고 말했다. "EU와 같은 큰 국가 또는 그룹은 재생 에너지원 법을 통해 독일과 유사하게 전기 연료로의 전환을 촉진함으로써 개발을 더 빠르게 추진할 수 있다.”

선호하는 연료 암모니아와 메탄올

반면에 Cames는 벌크선의 분석이 컨테이너선과 같은 다른 유형의 선박에도 이전될 수 있다는 연구의 진술에 대해 더 비판적이다. 벌크선과 달리 컨테이너선은 중량 제한이 아닌 부피가 특징이다. “벌크선의 경우 부피 제한을 무시하는 것은 허용되지만, 예를 들어 분석이 컨테이너 선박으로 확장되는 경우 문제가 된다. 이를 위해서는 그에 따라 방법론이 더욱 발전되어야 한다”고 그는 설명했다.

중기적으로 어떤 연료가 우세할 것인지 묻는 질문에 Cames는 두 가지 분명한 선택을 했다. “암모니아와 메탄올이 가장 좋은 전망이다. 암모니아는 대기에서 직접 CO2를 제거할 필요가 없기 때문에 더 저렴하지만 암모니아 엔진은 아마도 2025년까지 사용 가능하지 않을 것이다”고 Cames는 말했다. "메탄올은 생산 비용이 더 비싸지만 취급 비용이 더 저렴하고 에너지가 적으며 이미 메탄올로 운행하는 선박이 약 20척 있다. 세계 최대 컨테이너 운송 회사인 Maersk는 2025년부터 5척의 메탄올 동력 선박을 주문했다.”
(Nature Energy, 2022, doi: 10.1038/s41560-021-00957-9)
출처: Science Media Center

[더사이언스플러스=문광주 기자]

[저작권자ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]

  • 글자크기
  • +
  • -
  • 인쇄
뉴스댓글 >

주요기사

+

많이 본 기사

Basic Science

+

Technology

+

Photos

+