STX-GD ECO-Ship, 현대重-에코 밸러스트수, 친환경 엔진,
삼성重-온실가스 가이드라인, 대우조선해양-고압 천연가스 연료공급 장치
전 산업적인 ‘친환경’ 열풍은 조선업에도 영향을 미치고 있다. 국제해사기구(IMO)가 ‘선박제조연비지수’(EEDI, Energy Efficiency Design Index)의 개념을 도입, 2013년부터 건조·운항될 모든 선박에 대해 동 규제를 적용할 방침이다. 유럽과 일본은 이미 관련기술 개발을 완료하고 한국과 중국이 우위를 점하고 있는 현 조선시장의 균형을 깨기 위해 기다리고 있다. 우리나라 조선업계도 대응을 마쳤다. 조선산업의 ‘친환경 트렌드’를 새로운 ‘기회’로 삼을 수 있다는 자신감이 나타나고 있다.
우리나라 조선업계가 변화의 바람을 맞고 있다. 연간 수백억불에 달하는 자국 선박건조물량을 바탕으로 무섭게 추격하고 있는 중국과 최첨단 신기술로 무장하고 새로운 시장을 창출하려 애쓰는 유럽과 일본 사이에서 끊임없는 변화를 요구받고 있기 때문이다. 이에 ‘친환경 선박 트렌드’를 우리 조선업계가 선점해야 할 ‘새로운 기회’로 삼아야 한다는 분석이다.
당장 2013년부터 선박의 ‘친환경성’에 대한 국제 규제가 발효될 가능성이 크다. IMO(국제해사기구)가 전 세계 온실가스 감축 노력에 부응하며, 신조선·현존선에 대한 온실가스 감축규제를 개발하고 있기 때문. 이미 알려진 개념인 EEDI 기술규제가 2013년 발효될 전망이며, 시장기반 규제도 논의 중인 것으로 알려져 있다.
EEDI란 선박의 연비효율을 나타내는 지수로서 1톤의 화물을 1해상마일 운반할 때 나오는 CO2 배출량을 의미한다. 에너지의 효율성 제고를 위해 디자인된 선박이 얼마만큼의 CO2를 줄일 수 있는지를 측정하는데 중점을 두고 현재 조선 및 해운업계에 권장되고 있다.
지금은 권장사항에 머물고 있으나, 2013년 EEDI 기술규제가 발효되면 녹색선박 기술을 적용하지 않아 에너지효율성이 저조한 선박은 건조·운항자체가 원칙적으로 차단된다. 이에 전 세계 조선시장은 모두 저탄소 녹색선박 시장으로 전환될 것이 분명해졌다.
이미 EU와 일본은 1990년대 후반부터 녹색선박에 관심을 가지고 ZEM ship(Zero Emission Ship)과 Super Eco ship Project 등 각종 기술개발 프로젝트를 진행시켜 IMO 논의시 상대적으로 유리한 지위를 점유했다.
우리 정부와 업계도 발빠른 대응에 나섰다. 우선 지식경제부는 녹색선박 기술개발에 향후 10년간 3,000억원을 투자해, 우리 조선업의 저탄소 녹색선박(Greenship) 기술 선도에 힘을 보태기로 했다. 또한 국토해양부와 기관 등을 포함한 녹색선박 민관협의체를 구성해, IMO 선박온실가스 감축규제 수립 논의시 ‘소극적 수렴’에서 ‘적극적 리드’로 대응방향을 전환시킬 방침이다. 민관협의체는 지경부와 국해부, 한국해양연구원, 조선협회, 선주협회, 한국선급, 기자재연구원, 산업연구원, 한국해양수산개발원, 선박안전기술공단 등이 포함될 예정이다.
STX조선해양, 연료비 50% 절감 GD ECO-Ship 개발 성공, 세계 최초 독일선급으로부터 EEDI 인증 취득
STX조선해양도 친환경 선박 건조에 열을 올리고 있다. 이를 통해 전세계적으로 강화되고 있는 각종 환경 규제에 적극적으로 대응하는 것은 물론 가격경쟁력을 바탕으로 시장점유율을 높이고 있는 중국 조선업계보다 차별화된 경쟁력을 유지해간다는 전략이다.
STX조선해양은 2009년 9월 선박 배출가스의 오염물질을 획기적으로 줄이고 연료 비용을 최대 50% 이상 절감할 수 있는 신개념 친환경 선박 STX GD(Green Dream Project, 이하 GD프로젝트) ECO-Ship(친환경 선박) 개발에 성공한 바 있다. 친환경 고효율 선박의 개발을 위해 지난해 초부터 TFT를 구성해 연구 개발에 착수한 STX조선해양은 GD ECO-Ship 개발 성공으로 해양·조선 분야의 향후 판도를 좌우할 신개념 미래 선박 시장에서 새로운 전기를 마련했다.
신개념 미래형 친환경 선박인 STX GD ECO-Ship은 장치개선과 친환경 에너지원 활용 등의 혁신을 통해 에너지 효율과 친환경성을 고루 갖췄다. 우선, 장치 개선의 측면에서 3중날 프로펠러를 개발해 추진기의 효율을 향상시켰으며, 선박 후미의 유동을 개선하는 ‘에너지 절감형 부가 날개 장치’를 설치하는 등 기본 제원을 최적화함으로써 에너지 효율을 더욱 높일 수 있었다. 또한 엔진에서 배기되는 뜨거운 폐기가스를 재회수하여 열 에너지를 전기에너지로 전환시켜 재활용하는 장치 WHRS(Waste Heat Recovery System) 등 한층 진일보한 친환경 선박 건조 기술을 선보였다.
STX GD ECO-Ship은 벙커C유를 연료로 사용하는 기존 VLCC에 비해 친환경 연료를 사용함으로써 CO2 배출량은 45% 절감 가능하고, 연료 효율은 40% 향상됐다. 더불어 선상에 풍력(500kW)과 태양력(43kW) 발전기 등을 설치, 신재생 에너지를 동력에너지로 활용함으로써 친환경성을 한층 더했으며 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx), 이산화탄소(CO2)등의 환경규제에 완벽히 대비할 수 있는 그린에너지 분야의 복합적인 기술이 적용됐다.
STX조선해양 관계자는 “환경규제와 운항비용 절감 이슈로 친환경 선박에 대한 수요가 급증하는 등 선박건조 패러다임의 변화가 일어나고 있다”며 “앞으로도 친환경 분야 기술을 더욱 발전시켜 배출가스 ‘제로’에 도전, 미래형 친환경 선박의 선두주자가 되도록 노력하겠다”고 말했다.
STX조선해양은 친환경 경쟁력을 획기적으로 제고한 1만 3,000teu급 초대형 컨테이너선 ‘MSC BERYL’호를 지난해 9월 그리스 해운선사인 니키(NIKI Shipping)사에 성공적으로 인도하며 업계의 주목을 받은 바 있다. 에너지효율을 극대화한 해당 선박은 1만teu 이상을 운반하는 초대형 컨테이너선으로는 세계 최초로 독일선급(GL)로부터 EEDI 인증을 취득하여 그 성능을 인정받았으며, 특히 검사 및 시운전 결과 표준 선박보다 이산화탄소 배출량을 20% 가까이 감소시킨 것으로 알려져 업계의 비상한 관심을 끌었다. 정격 출력으로 25.2노트의 고속 항해 속도를 유지하면서도 배출 대기가스는 현저히 감소시킨 이 선박은 길이 365m, 높이 30m 그리고 폭이 48m으로, 갑판 면적 기준 축구장 3.5개 크기에 달하며 최대 속도는 27.5노트다.
이 선박에 설치된 몇 가지 획기적인 장치들도 눈에 띈다. AMP(Alternative Maritime Power) 시스템은 항구 정박 시 육지에서 공급되는 전력을 활용할 수 있어 전력 생산을 위한 선박 엔진 가동에 따른 배기가스 배출을 줄일 수 있다. 또 동급 선박으로서는 드물게 황 함량 0.1% 이하의 저유황유를 주 엔진은 물론 보일러와 발전기까지 연료로 사용할 수 있어 황산화 배출 감소 효과도 누릴 수 있으며 선박의 조종성능을 향상시킨 고효율 방향타를 적용하여 연료 소모량을 약 2% 감소시키는 효과를 기대할 수 있다.
2009년 수주한 VLCC(초대형 원유 운반선)에는 운항중 발생한 ‘폐기 가스’의 열을 재활용하는 친환경 시스템(Waste Heat Recovery System)을 적용, 환경 보호와 에너지 효율 모두를 충족시킬 수 있었다.
진동·소음 문제를 획기적으로 개선한 신기술이 적용된 저진동 추진기(WCT, Wide Chord Tip) 프로펠러도 선보였다. 18만 1,000톤급 벌크선에 장착되어 선주사로부터 큰 호응을 얻은 이 프로펠러는 상대적으로 높은 엔진 마력이 필요한 대형 선박의 진동 및 소음을 획기적으로 줄였는데, 여기에는 선박 진동원인 중 하나인 추진기 변동압력을 획기적으로 줄이는 기술이 사용됐다. STX조선해양은 이번에 개발한 저진동 추진기 프로펠러를 특허 출원 중에 있으며, 앞으로 초대형 유조선(VLCC), 초대형 컨테이너선 및 대형 LNG운반선에도 적용할 계획이다.
또한 지난 2006년에는 선박 도장 시 발생하는 휘발성 유기 화합물(VOC)을 극소화한 친환경 페인트를 개발한 바 있으며, 최근에는 불에 타도 유독 가스가 거의 발생하지 않는 신개념 전선인 ‘파인 루트’를 자체 개발해 상용화하며 친환경 선박 건조를 위한 기술개발에 매진하고 있다.
현대중공업, ‘에코 밸러스트’, 친환경 엔진 ‘힘센 H35G' 독자 개발 성공
현대중공업은 지난 1월 세계 최초로 초대형 원유운반선(VLCC)에 약 10만톤의 대용량 밸러스트 수를 처리하는 시스템을 탑재하는데 성공, 향후 다른 모든 상선에도 이 장치를 적용할 수 있는 가능성을 높였다는 평가를 받고 있다.
밸러스트수는 선박의 좌우 균형을 유지하고 최적의 속도와 효율을 내기 위해 탱크에 채워지는 해양수로 보통 선박에 화물이 없을 때 채워졌다가 화물 적재 시 바다로 방류된다. 이 과정에서 밸러스트 수에 포함된 다양한 해양 생물, 전염병 등이 다른 나라의 해양생태계를 크게 교란시키는 문제가 발생해, 이를 처리하기 위한 기술개발이 활발하게 진행되고 있다.
국제해사기구(IMO)는 2012년 인도되는 선박부터 밸러스트 수 처리시스템 장착을 의무화하고 2017년부터는 해상을 운항하는 모든 선박에 장착을 의무화할 전망으로, 시장 규모는 최대 30조원에 달할 것으로 예상되고 있다.
현대중공업이 자체 개발해 지난 2010년 3월 IMO로부터 최종 승인을 받은 밸러스트수 처리 시스템 ‘에코 밸러스트’는 50㎛(마이크로미터) 이상의 미생물을 필터로 1차 제거하고, 자외선 살균장치인 UV반응기로 추가 제거하는 2단계 방식으로 처리 효율을 높였다. 화학약품을 사용하지 않기 때문에 추가 환경오염을 발생시키지 않는다는 장점이 있다. 또한 전기분해 방식으로 처리하는 ‘하이 밸러스트’도 지난해 기본 승인을 획득했다.
현대중공업은 하이브리드 경비함인 ‘태평양 9’호와 ‘태평양 10’호를 해경에 인도했다. 3,000톤급 경비함인 ‘태평양 10’호는 고속일 땐 디젤엔진을 이용하고, 12노트 이하 저속 운항 시에는 전기 모터만으로 추진이 가능한 하이브리드형 추진 체계를 갖추고 있다. 진동과 소음을 크게 줄인 것은 물론, 연간 25%의 연료 절감 및 CO2 배출량 감소 효과를 동시에 거둘 수 있다.
한편, 동사는 2010년 5월 고출력 친환경 가스엔진인 '힘센(HiMSEN) H35G’을 국내 최초로 독자 개발하는데 성공했다. 이 엔진은 최대 1만 3,000마력까지 출력을 낼 수 있는 가스엔진으로 선박 추진은 물론 육해상 발전용으로도 사용할 수 있다.
특히 적은 연료로도 최고 효율을 발휘할 수 있는 첨단 린번(Lean Burn) 기술을 적용, 디젤엔진보다 CO2 배출량을 20%이상 줄이고 유해 배기가스인 질소산화물(NOx) 배출량도 97% 이상 줄여 세계 최저 수준인 50ppm을 실현했다. 엔진 성능 효율은 47% 이상으로 세계 최고 수준이다.
또한 독창적인 모듈화 설계로 부품수를 줄여 자체중량을 경량화했으며, 첨단 전자제어방식을 적용해 엔진 상태를 실시간으로 확인, 제어할 수 있다. 가스 누설 감지 및 방지장치, 환기장치, 자동개폐장치 등을 장착해 안전성도 두루 갖췄다.
삼성중공업, 온실가스 배출량 가이드라인 개발,
각종 친환경 기술 시뮬레이션 완료
삼성중공업은 2010년 초 녹색경영 선포식을 갖고 △온실가스 배출량을 최대 30% 감축한 친환경 선박 개발 △녹색 사업장 실현과 녹색 네트워크 구축 △에너지 ZERO주택 출시 등의 3가지 핵심전략을 발표했다.
이에 따라, 삼성중공업은 세계 조선업계 최초로 선박 온실가스 배출량 LCA(Life Cycle Assessment), 즉 선박의 제작에서부터 운항, 폐기에 이르는 선박 생애 전과정에서 발생하는 온실가스 배출량을 파악할 수 있는 가이드라인을 만들었다. LCA 분석을 친환경 제품 개발의 기초자료로 활용할 수 있으며, 이를 통해 친환경 선박 개발시 온실가스 저감량을 수치화할 수도 있기 때문이다.
실제로 삼성중공업이 분석한 결과에 따르면 11만 5,000톤급 유조선이 건조돼 25년간 운항하고 폐기되는 모든 과정에서 배출되는 탄소의 총량은 약 117만 톤이며, 이중 98%가 운항 단계에서 배출되는 것으로 나타났다.
삼성중공업은 선박의 탄소배출량의 대부분(98%)을 차지하고 있는 선박의 운항단계에서의 이산화탄소를 줄이기 위해 선박의 운항 효율을 높이는 등의 친환경 기술을 개발하기 위해 지속적으로 노력하고 있다. 특히, 선박의 온실가스 배출량을 감축하기 위해 △연료 소모량을 최소화하는 최적선형 설계 △폐열회수장치, 저온연소 등 에너지효율 향상을 위한 각종 신기술을 개발할 계획이다.
삼성중공업은 개발 추진 중인 각종 친환경 기술을 1만 3,000teu급 컨테이너선에 적용해 시뮬레이션한 결과 온실가스 배출량을 최대 30%까지 줄일 수 있는 것으로 나타났다. 이 선박이 1년 동안 저감할 수 있는 온실가스 배출량은 소나무 1,200만 그루가 1년간 흡수하는 양과 맞먹는 규모로, 1년에 60척을 건조하는 삼성중공업은 매년 7억 2,000만 그루의 소나무를 심는 효과를 기대하게 됐다.
한편, 동사는 지난 해 10월 탄소정보공개프로젝트(CDP, Carbon Disclosure Project) 한국 위원회로부터 탄소경영 특별상을 수상했으며, 국내 산업재 부문 리더 기업으로도 선정됐다. 국내 조선업계에서 CDP로부터 탄소경영 우수기업으로 선정돼 수상한 것은 삼성중공업이 처음이다.
탄소정보공개프로젝트란 전세계 534개 금융투자기관의 위임을 받아 기후변화와 관련된 기업의 투자 리스크를 분석하고, 기후변화가 기업의 미래가치에 미칠 영향 등을 파악하기 위해 전세계 주요 상장회사의 탄소배출 관련 데이터와 전략을 수집, 연구하는 글로벌 프로젝트이다.
삼성중공업은 지난 해 처음으로 탄소정보공개프로젝트(CDP)에 참가한 41개 기업 중 높은 점수를 받은 2개 기업에 선정돼 호남석유화학과 함께 '탄소경영 특별상'을 수상했으며 삼성엔지니어링, 삼성테크윈과 함께 '산업재 부문 리더기업'으로 선정됐다.
대우조선해양, 고압 천연가스 연료공급장치, 전류고정날개 등 첨단 기술 개발
대우조선해양도 현재 다양한 친환경·고효율 그린십(Greenship) 기술 개발에 박차를 가하고 있다. 대표적인 대우조선해양의 친환경 선박기술은 고압 천연가스 연료공급장치(LNG HP-FGS: High Pressure-Fueled Gas Supply System)이다. 이 장치는 LNG를 연료로 사용하는 선박엔진에 고압의 천연가스를 공급하는 장치로, 기존 선박연료인 벙커C유가 아닌 천연가스를 연료로 사용함으로써 CO2는 23%, NOx는 80%, SOx는 95% 이상 감소시킬 수 있다. 현재 대우조선해양은 이 장치를 독자적으로 개발, 미국과 유럽·한국 등지에서 고압펌프(HP Pump)와 고압기화기(HP Vaporizer) 등 관련된 8건의 특허를 획득했다.
또 다른 친환경 기술로는 전류고정날개(Pre-Swirl Stator, PSS)가 있다. 이 장치는 선박 프로펠러 앞부분에 4개의 고정날개를 부착하여 선미 부분에서 프로펠러로 유입되는 물의 흐름을 균일하게 해 주는 역할을 한다. 이를 통해 선박은 3~5%의 연료절감 효과와 함께 속도 증가, 오염물질 배출 감소 등의 효과를 누릴 수 있다.
이외에도 대우조선해양은 휘발성 유기화합물질(Volatile Organic Compounds, VOC) 배출감소 밸브, 폐열회수장치(Waste Heat Recovery System, WHRS) 등의 각종 첨단 그린십 기술을 개발해 경쟁우위를 점하고 있다.
이외에도 대우조선해양은 LNGC, 컨테이너선, VLCC 등 건조하는 거의 모든 선박에 여러가지 친환경기술을 탑재해 건조하고 있다. 대우조선해양 관계자는 “앞으로도 보다 독창적이고 새로운 친환경기술을 개발해 경쟁우위를 가져나갈 계획”이라고 밝혔다.