자오쉬안 趙煊 <차이신주간> 기자

▲ 2022년 9월 벨기에 안트베르펜 항구에 세계 3위 컨테이너선사 CMA CGM의 화물선이 정박해 있다. 이 회사는 최근 중국 다롄선박중공에 메탄올 이중연료 컨테이너선 6척을 발주한 것으로 전해졌다. REUTERS

탄소배출 감축과 탄소중립 목표의 이중 압박 속에서 차세대 녹색연료를 결정하지 못하고 주저하던 해운업계가 방향을 찾기 시작했다. 2022년 8월2일 국제해사전문 자문기관 트레이드윈즈(TradeWinds)는 세계 3위의 컨테이너선사 프랑스의 시엠에이시지엠(CMA CGM)이 최근 다롄선박중공(大連船舶重工, DSIC)에 1만5천TEU(20피트 길이 컨테이너)급 메탄올 이중연료 컨테이너선 6척을 발주했다고 전했다. 계약금액은 총 10억달러로(약 1조4천억원), 2025년 하반기에 인도할 예정이다.
2021년에도 세계 2위 컨테이너선사 덴마크의 AP몰러머스크(A. P. Moller-Maersk Group)가 20억달러가 넘는 거액을 투자해 대형 메탄올 이중연료 컨테이너선 12척을 발주한 바 있다. 트레이드윈즈는 머스크가 12척 규모의 메탄올 이중연료 컨테이너선 2차 발주에 나섰고, 건조 비용이 20억달러가 넘을 것이라고 전했다. 총 30억달러가 넘는 신에너지선박 건조 계약은 전체 교통 분야에서도 보기 드문 사례다. 선박의 건조 기간과 난이도를 고려할 때 주요 선주가 오랜 기간 탐색을 거친 뒤 메탄올을 차세대 녹색연료로 선택한 것 같다는 게 업계 관계자들의 견해다.

교체 과도기
액화천연가스(LNG)나 암모니아, 수소와 달리 메탄올은 저장할 때 저온·가압 처리를 할 필요가 없다. 기존에 사용하는 디젤엔진과 기반시설을 약간만 개조하면 된다. 공급이 충분하고 탄소배출 감축 효과도 커 우수한 선박용 녹색연료로 평가받는다. 녹색연료로 대체하는 것이 해운업 탈탄소 성공의 관건이지만 현재 시장에서 주목하는 대체연료 가운데 화석에너지를 완벽하게 대체할 수 있는 것은 없다. 비용, 안전, 확보 가능성, 기반시설 등의 기준에 따라 각자의 장단점이 있다.
“지금 많이 사용하는 화석연료 기반의 메탄올은 탄소 감축 목표를 실현할 수 없다. 녹색 메탄올을 사용하려면 바이오매스 원료에서 직접 얻거나 이산화탄소 포집·저장, 녹색 수소 반응을 통해 얻어야 한다. 비용이 많이 들고 생산량이 일정하지 않다. 그리고 전통 화석연료에 비해 메탄올은 체적에너지밀도(단위부피당 내놓은 에너지)가 낮다.” 리룽첸 상하이거래소 연구원은 “LNG가 여전히 최적의 방법으로 평가받는다”고 말했다.
“전반적으로 볼 때 앞으로 선박의 청정에너지가 다양하게 발전할 것이다.” 지융보 교통운수부 수운과학연구원 선박센터 주임은 “탄소배출 감축 목표와 기술 성숙도, 기반시설 건설 기간, 탄소배출 감축 기여도 등을 고려하면 한 가지 연료로 통일되지는 않을 것”이라며 “어느 기간까지는 지금처럼 석유를 주로 사용하되 LNG 추진 선박이 늘고 점차 다른 연료를 시도하는 구도가 될 것”이라고 말했다.
기술 축적 측면에서 해운업계는 새로운 전환을 앞둔 중요한 시점에 있다. 주마이진 코스코해운(COSCO, 中遠海運能源運輸) 총경리는 “기술의 발전 속도와 산업 주기를 종합하면 2023~2030년이 해운업계가 전통 동력에너지에서 청정 동력에너지로 넘어가는 과도기가 될 것”이라고 말했다. 현재 세계에서 운항하는 선박 가운데 청정 대체연료를 사용하는 비율은 1.4%에 불과하다. 하지만 신규 선박 발주에서 대체연료 선박이 차지하는 비중은 27.2%에 이른다. 해사전문 자문업체 드류리(Drewry)에 따르면 2025년 이후에는 신규 선박 발주의 절반이 이중연료(하이브리드) 추진선이 될 전망이다. LNG와 메탄올의 비중이 클 것으로 보인다.
선박업계의 탈탄소를 위해선 연료 생산과 공급, 선박과 설비 제조, 선박 운영에 이르는 산업 가치사슬 전체 과정을 고려해야 한다. 해운업계는 △새로운 설비 도입으로 연료 이용 효율을 높이며 △해상운송의 효율을 높이기 위해 운영·관리를 개선하고 △단위당 에너지 소모량을 줄이는 방법을 모색하고 있다. 운영 수익 측면에서 녹색연료를 사용하면 비용 부담이 늘어난다. 정부 정책과 법규의 준수도 중요하다. 정부가 녹색연료에 혜택을 제공해 해운업계의 연구와 개발 투자를 독려하기를 업계는 기대한다.
최근 해운업계의 탈탄소화는 중요한 시기를 앞두고 있다. 국제해운사무를 관장하는 국제해사기구(IMO)가 2023년 1월부터 새 규정을 시행해 에너지효율지수(EEXI)와 탄소집약도지수(CII)를 평가할 예정이다. 에너지 효율 기준을 통과하지 못한 선박은 반드시 개조해야 한다. 그래도 기준을 통과하지 못하면 폐기해야 한다. 결국 해운업계가 탈탄소를 실현하려면 큰 대가를 치러야 한다. 2021년 6월 마이클 파커 시티그룹 글로벌해상운송부문 회장은 해운업계의 탈탄소 지출을 2조달러로 예상하면서 “85%가 육상의 연료 생산, 기반시설 투자, 항구의 탄소배출 감축에 쓰일 것”이라고 말했다.

▲ 2022년 2월 프랑스 브레스트에서 열린 해상환경 정상회의(One Ocean Summit) 고위급 세션에 참석한 쇠렌 스코우 AP몰러머스크 최고경영자가 발언하고 있다. 이 회사는 2021년 대형 메탄올 이중연료 컨테이너선 12척을 발주했고, 암모니아 추진 선박에도 관심을 보였다. REUTERS

여러 선택지
“해운은 에너지 효율이 가장 높은 화물운송 방식이다. 국제화물무역의 약 90%가 해운으로 목적지에 도달한다. 해운 부문에서 배출하는 이산화탄소가 세계 배출량의 3%를 차지한다. 해운업을 하나의 국가로 간주한다면 세계 6위 배출국이다.” 세계경제포럼 자료를 보면 해운업 탄소배출량이 독일보다 많고 일본보다 적었다. 탄소배출 문제 해결에는 청정연료 사용이 가장 중요하다. 지금은 싸고 풍부한 선박용 디젤유를 쓴다. 앞으로 메탄올, LNG, 수소, 암모니아, 전기 등 다양한 선택을 활용할 것이다.
다양한 녹색연료 가운데 해운업계는 메탄올로 기울었다. 머스크와 CMA CGM이 메탄올 추진선을 발주해 업계의 관심이 커졌다. 2021년 머스크는 대형 메탄올 이중연료 컨테이너선 12척을 주문했다. 1만6천TEU급으로 2024년 1분기 국제 항해에 투입할 계획이다. 머스크에 따르면 오래된 배를 대체할 새 선박 한 척당 건조 비용은 1억7500만달러(약 2456억원)다. 과거 머스크는 암모니아 추진 선박에도 관심을 보였다. CMA CGM은 LNG 추진 컨테이너선의 수송력을 늘렸다. 하지만 전체적으로 메탄올 선박이 안전성, 기술 성숙도, 기반시설 측면에서 업계의 인정을 더 받는다.
메틸알코올이라고도 부르는 메탄올은 상온, 상압(1기압)에서 액체 상태인 것이 큰 장점이다. “현재 사용하는 기반시설로 메탄올을 저장·운송할 수 있고 선박 엔진을 조금만 개조해도 된다는 의미다.” 지멘스에너지 신에너지사업부 셰위핑 사장은 이렇게 말했다. 머스크도 “메탄올이 액체 상태여서 연료 운송과 저장, 벙커링(연료 주입)이 간편하고 기존 기반시설을 약간 개조해 사용할 수 있다”고 밝혔다.
2022년 6월20일 중국에서 건조한 첫 메탄올 이중연료 선박을 광저우 난사에서 인도했다. 중국선박그룹(CSSC) 산하 광저우조선국제(廣船國際)에 따르면 100개가 넘는 각국 항구에서 메탄올을 사용할 수 있다. 메탄올은 LNG 등 다른 대체연료에 견줘 저장과 운송이 편리하고 기반시설 개조 비용이 싸다. 원가경쟁력이 있고 안전성이 강점이다. 메탄올은 실제 사용 가능성이 가장 높고 탄소배출이 적으며 경제적인 선박용 연료 대체품으로 떠올랐다.
“천연가스와 암모니아, 수소는 상온·상압에서 기체 상태다. 냉각·가압 처리를 통해 액체로 만들어야 상응하는 에너지밀도에 도달하고 운송할 수 있다.” 차이나머천트그룹(招商局集團) 선박 설계 담당자는 “부두 시설도 새로운 기준에 부합해야 해서 기반시설 투자가 필요하다”고 말했다. “관련 기술이 성숙한 액화수소와 액화암모니아를 연료로 사용할 수 있는 내연기관이 없다. 반면에 메탄올은 휘발유와 물리적 특성과 연소 상황이 비슷하다. 기반시설과 선박 엔진을 약간만 개조하면 바로 운항할 수 있다.”
해운업계는 탄소 무배출을 달성할 때까지 과도기에 사용할 연료로 LNG를 생각했다. 하지만 LNG 선박은 건조 비용이 많이 든다. 항구의 기반시설이 취약한 문제점도 있다. 선박엔진제조사 만에너지솔루션즈(MAN)는 메탄올 이중연료 선박으로 교체하는 비용이 LNG 이중연료 선박보다 30% 적을 것으로 예상했다. 앞의 선박 설계 담당자는 “액화수소와 액화암모니아는 부대시설이 부족하고 생산능력이 해운업계의 수요를 만족시키기 어렵다”고 말했다.

▲ 2022년 10월 중국 해운사 코스코의 화물선이 독일 함부르크 항구에서 컨테이너를 싣고 있다. 주마이진 코스코해운 총경리는 2023~2030년이 해운업계가 청정 동력에너지로 넘어가는 과도기가 될 것으로 전망했다. REUTERS

비교우위
자동차 분야에서 많이 연구하는 수소에너지는 연료전지 형태로 활용한다. 최고 출력이 1메가와트시(MWh) 정도여서 선박처럼 큰 운송 수단을 움직이기는 힘들다. “중국은 내륙 수로 선박에 수소 연료전지를 사용하기 시작했다. 결과가 만족스럽지 않다. 가장 두드러진 문제점은 충전소가 부족한 것이다. 에너지밀도와 안전성, 비용, 충전시설 등을 고려하면 대형 외항선박에 수소연료를 쓸 가능성은 크지 않다.”
메탄올은 업계에서 안전성을 인정받았다. “운항 특성과 위급한 상황에서 구조하기 힘든 단점에 비춰 선박에는 육상 설비보다 더 높은 안전성이 요구된다.” 머스크에 따르면 메탄올은 그 자체로 안전한 편이다. 메탄올은 광화학 반응이나 세균 흡수를 통해 다른 연료보다 빨리 공기와 물속에서 분해된다. 누출로 인한 환경오염 문제가 거의 발생하지 않는다. 셰위핑 사장은 “메탄올이 누출된다고 해도 쉽게 희석되기 때문에 환경에 끼치는 영향이 크지 않다”고 말했다.
머스크는 “제한된 시간에 해양생물 절반을 죽인 물질의 농도를 비교해보니 메탄올보다 디젤유가 240배, 휘발유가 1900배 위험한 것으로 나타났다”고 밝혔다. “메탄올을 다룰 때 작업자는 앞치마와 장갑, 작업복 등의 보호장비만 갖추면 된다. 산소호흡기와 방독면 같은 구명장비는 필요 없다. 작업 절차를 지키면 인체 건강에 이상이 생기지 않는다.”
이에 반해 수소 가스는 비등점이 낮아 폭발하기 쉽고 폭발 범위도 넓으며 유출되기도 쉽다. 수소분자가 금속 내부에 들어가면 용기와 관의 안전성에 영향을 줄 수 있다. 저장과 연료 주입, 사용 단계에서 안전 리스크가 높은 편이다. 이런 이유로 머스크는 외항선박 연료로 수소를 고려하지 않았다. 암모니아도 여러 가지 도전을 극복해야 한다. 안전성과 독성 문제가 가장 크다. 머스크는 그동안 수소와 암모니아 연료를 지켜보고 있었다.
메탄올을 지지하는 머스크는 LNG도 미래의 선박 연료로 간주하지 않는다. LNG는 가연성이 높아 저온에서 저장해야 한다. 기반시설을 추가로 설치해야 안전하게 다룰 수 있고 연료 주입 과정 또한 복잡하다. LNG 연료를 주입하는 데 필요한 특수 선박의 건조 비용이 일반 연료 주입 선박의 20~30배에 이른다. 또 LNG 연료를 넣은 뒤 시스템을 정화해야 하고 LNG 파이프라인은 진공절연 이중벽이어야 하므로 주입 비용이 늘어난다.
탄소배출 감축 측면에서 보면 LNG는 연소 과정에서 황산화물 배출을 크게 줄여주지만, 이산화탄소는 내뿜는다. 업계에서는 LNG를 과도기적 연료로 간주한다. 머스크는 LNG가 연소나 생산 과정에서 이산화탄소와 메탄을 배출한다고 지적했다. 바이오매스 원료로 생산한 LNG 또한 화석연료 LNG와 마찬가지로 불연소된 메탄이 배출가스에 섞여 나오는 ‘메탄 슬립’(Methane Slip)의 위험이 있다. 지난 20년 동안 메탄의 온실효과는 이산화탄소의 86배에 이르렀다. 메탄이 소량이라도 누출되면 탄소배출 감축을 위해 석유 대신 LNG를 사용할 이유가 줄거나 사라진다.
하지만 세계 모든 선박이 재생가능한 탄소 무배출 연료로 전환하는 과도기에는 LNG가 중요한 역할을 할 것이다. 지융보 주임에 따르면 대형 국제해운회사는 주로 LNG와 메탄올을 탐색하고 있다. 중국에서는 LNG가 중단기적으로 과도기 상태에 머물 것으로 분석됐다. “국제 항행 선박은 운항 거리가 멀고 적재량이 많다. 항속력, 동력장치 효율, 연료 확보의 기준이 높아 현재로서는 LNG가 가장 적합한 연료다.” 수운과학연구원 녹색스마트기술표준연구실 리쿤 주임은 “앞으로는 메탄올이 점점 많이 사용될 것”이라고 말했다.

▲ 2022년 8월15일 장서우쥔 데보에너지 회장이 본사 사무실에서 머스크와 체결한 협력의향서를 들어 보였다. 데보는 해마다 녹색 메탄올 20만t을 머스크에 제공하기로 했다. 데보에너지 누리집

녹색 메탄올
메탄올 연료도 논란이 없지 않다. 쇠렌 스코우 AP몰러머스크 최고경영자는 “해운업이 메탄올이나 암모니아 추진 선박으로 넘어가면 운송 비용이 10~12% 늘어난다”고 말했다. 선박 설계 담당자에 따르면 연료 구입 비용은 선박 건조비, 운영비, 연료 주입 설비·선박 유지보수비, 부품 구매비 등을 합산한 액수를 말한다. 메탄올은 체적에너지밀도가 낮은 편이다. 같은 항속력을 유지하려면 더 큰 연료탱크가 필요하다. 그만큼 화물 적재 공간을 차지해 선박 운영 경제성이 떨어질 수 있다. “저황유와 똑같은 에너지 효율을 내려면 부피 2.5배, 중량은 2배 많은 메탄올이 필요하다. 하지만 일반 컨테이너선은 최대한 화물을 많이 싣기 때문에 여유 공간이 없다.”
메탄올은 물론 암모니아와 수소도 연료로 사용하려면 재생가능에너지로 만들어야 한다. 즉 녹색 메탄올과 녹색 암모니아, 녹색 수소를 사용해야만 탈탄소의 의미가 있다. 국제재생에너지기구(IRENA)는 ‘2050년까지 해운 부문의 탈탄소 실현의 길’이라는 제목의 보고서에서 “국제 해운업계에 가장 적합한 재생가능에너지는 메탄올과 암모니아이며, 바이오연료와 녹색 합성연료로 만든 것이어야 한다”고 지적했다.
현재 석탄과 천연가스로 메탄올을 제조하는 방법이 가장 많이 쓰인다. 녹색 합성메탄올 제조에는 아직 비용이 많이 든다. “분자식에서 보듯이 메탄올 제조에는 세 원소(탄소·수소·산소)만 있으면 된다. 메탄올 제조 기술이 성숙한 단계지만 원가를 줄이고 효율을 높이는 방법을 찾을 필요가 있다.” 셰위핑 사장은 “녹색 합성메탄올 제조를 위해선 수소와 이산화탄소 제조 비용을 낮추는 것부터 고민해야 한다”고 말했다. 업계에서는 녹색 합성메탄올의 원료 비용이 생산원가의 50~60%에 이르는 것으로 본다.
녹색 수소 제조 기술은 아직 성숙한 단계에 이르지 못했다. 자문업체 커니(Kearney)의 대중화권 에너지·첨단기술부문 책임자 텅융은 “현재 녹색 수소의 제조원가가 ㎏당 약 35위안(약 6800원)으로 공업부산물로 만든 수소(10~15위안)보다 높다”고 말했다. 원가가 비싼 것은 재생가능에너지로 생산한 전력과 물 전해장비 비용 때문이다.
2022년 8월15일 머스크는 데보에너지(Debo, 德博生物能源)와 협력의향서를 체결했다. 데보가 해마다 녹색 메탄올 20만t을 제공해 1세대 머스크 녹색 컨테이너선의 연료 공급을 보장하는 내용이다. 2024년 9월부터 상업적 운항을 시작할 예정이다. 머스크는 2022년 3월 CIMC엔릭(CIMC Enric, 中集安瑞科), 그린테크놀로지뱅크(Green, 綠技行科技發展)와 전략적 협력 계약을 체결하고 녹색 메탄올 구매를 약속했다.

ⓒ 財新週刊 2022년 제35호
海運業押注甲醇
번역 유인영 위원