[공학저널 김하늬 기자] 최근 글로벌 해상수송 선사와 주요 화주들은 탄소중립을 달성하기 위한 계획을 발표하고 있다.
컨테이너 선사 중 세계 2위 A.P.몰러 머스크는 2040년, 세계 8위 HMM는 2050년 탄소중립 달성 계획을 발표했으며, 실제로 두 선사 모두 메탄올 추진선박을 발주하며 탄소중립으로의 전환을 시작했다. 이처럼 해상수송 산업 또한 다른 산업과 마찬가지로 탄소중립이라는 거스를 수 없는 목표 달성을 위해 노력과 실천을 지속해나갈 것으로 전망되고 있다.
이러한 해상수송 산업에서 탄소중립 달성을 위한 핵심요소는 선박의 동력원으로 손꼽히고 있다. 미래 선박 동력원으로 다양한 선택지가 논의되고 있지만 현재까지는 기술 성숙도, 경제성, 직간접 관계자들의 수용성 등 다양한 요인을 고려했을 때 ‘친환경 탄소중립 연료’를 활용하는 선박엔진이 가장 현실적인 답안으로 제시되고 있는 상황이다.
이에 따라 해상수송 산업에서 발생하는 온실가스 배출을 줄이기 위해 저탄소/무탄소/탄소중립 연료를 활용한 선박엔진과 선박 개발이 필수적인 요소가 되고 있다. 현재 해상에서 7만 척이 넘는 선박이 엔진을 이용해 추진하고 있고 이들의 연료나 에너지원을 단기적으로 교체하기 어렵기 때문에 기존 선박과 선박엔진에서 탄소배출을 줄일 수 있는 기술 개발에 대한 관심도 높아지고 있다.
이와 관련해 한국에너지기술연구원 EMS연구실과 HD한국조선해양은 지난 2020년부터 올해 3월까지 산업통상자원부 산업핵심기술개발사업의 ‘선박 유해배출가스 감축을 위한 중소형 선박용 엔진의 저인화점 대체연료 분사시스템 개발’ 국책과제를 함께 수행하며 관련 기술을 개발해 눈길을 끌고 있다.
이 과제는 중소형 선박엔진에 적용이 가능한 저탄소 저인화점 대체연료에 적합한 분사시스템 기술 개발을 목표로 시작됐으며, 개발에는 한국에너지기술연구원, 한국선급, 선박해양플랜트연구소, 서울대학교, KAIST, 울산대학교, HD현대중공업, HD한국조선해양이 참여했다.
이중 HD한국조선해양은 선박엔진급 저인화점 대체연료 연료분사장치 기술 개발과 실증시험 연구를 맡았다.
HD한국조선해양 서재엽 책임연구원(사진)은 “저인화점 대체연료는 디젤유 대비 인화점이 낮은 특징을 가지는 대체연료로서, LPG, 메탄올, 에탄올, DME 등이 해당되는데, 저인화점 대체연료들은 디젤유 대비 탄소수가 적은 저탄소 연료로서 온실가스 배출을 감축할 수 있는 친환경 연료로 분류될 수 있지만, 디젤유 대비 점도가 낮아 기존의 디젤유 분사시스템을 이용할 수 없다는 단점이 있다”며 “하지만 점도가 낮은 대체연료에 적합한 연료분사 기술을 개발하면 LPG, 메탄올, 에탄올 등의 저탄소 저인화점 대체연료로 확장이 가능해 선박엔진이 연료에 대한 유연성(fuel flexibility)을 확보해 시장의 다양한 친환경 연료 요구에 효율적으로 대응이 가능한 특성이 있다”고 설명했다.
이러한 연구를 바탕으로 EMS연구실과 HD한국조선해양은 저인화점 대체연료를 선박엔진에서 활용 가능하도록 연료분사시스템 기술을 개발했다.
저인화점 대체연료에 적합한 연료분사시스템 개념설계부터 기본설계, 상세설계, 시제품 제작, 연료분사시스템 단독 및 엔진 탑재 성능과 내구 시험까지 성공적으로 수행하며 기술을 확보한 것이다.
이러한 기술을 개발한 HD한국조선해양은 지난 1972년 3월 울산 미포만 백사장에 세계 최대 규모의 조선소를 기공하면서 탄생한 현대중공업에서 2019년 현대중공업과 한국조선해양으로 분리돼 사업을 수행하고 있다. 지난 1983년 선박 수주 건조량 세계 1위 달성 이후 현재까지 이 기록을 유지하며 명실상부 세계 1위 조선소로서 업계를 선도하고 있는 HD현대중공업을 비롯해 현대삼호중공업과 현대미포조선 등 국내 대표 조선계열사의 R&D를 담당하고 있다.
HD현대중공업 엔진기계사업부는 글로벌 No.1 선박엔진 공급기업으로서, 선박용 엔진 시장을 주도하고 있으며 SCR, BWMS 및 FGSS 등의 친환경 제품에서도 역량을 집중하고 있다.
특히 HD현대중공업 독자 기술로 개발한 ‘힘센엔진’은 성능과 경제성에서 많은 고객들의 호평을 받으며 15,000대 이상 판매됐으며, 최근 대형선박의 주추진엔진 누적 2억 마력 판매를 달성했다. HD한국조선해양은 HD현대중공업 엔진기계사업부와 함께 LPG 엔진, 암모니아 엔진, 수소 엔진, 바이오연료 엔진의 성능/연소시스템 개발과 연료분사시스템 기술개발을 진행하고 있다.
서 책임연구원은 “HD한국조선해양은 선박/해양분야 R&D를 전담하는 기술 중심 중간지주사로서 친환경·디지털 기술을 집중 개발해 시장의 요구에 대응함과 동시에 차별화된 기술로 시장을 선도하고자 노력하고 있다”며 “친환경 추진 기술의 경우, LNG와 같은 화석연료를 사용하는 추진 선박의 환경규제 대응 향상을 위해 온실가스 저감 및 연비개선 등 다양한 저탄소 선박 기술들을 개발하고 있다”고 말했다.
현재 HD한국조선해양은 미래 Net Zero 추진 선박을 목표로 메탄올, 암모니아, 배터리, 연료전지, 수소와 같은 무탄소 연료 추진 기술도 동시에 개발 중이다.
LNG 운반선의 화물 저장·운영기술을 고도화해 대형액화수소 저장·운반을 위한 핵심 기술들을 개발 중에 있으며, 기존 LPG 운반선 기술을 고도화한 액화이산화탄소 운반선을 개발하고 있다.
또한 디지털 기술의 경우, AI/빅데이터/디지털트윈과 같은 기술을 선박의 설계부터 생산, 운항, 운영에 이르는 전주기에 접목하는 시도를 이어가고 있다.
용접·생산 공정에 디지털 기술을 접목해 생산품질 향상과 공기 단축을 달성하고 있으며, 자율운항·원격 관제/모니터링 기술을 기반으로 최적운항경로를 제시함과 동시에 위험요소 회피를 통한 해상 사고 방지 대책을 마련 중이다. 이뿐만 아니라 선박에 탑재된 주요 장비·시스템을 모니터링하고 고장상태를 예측해 선박 운영에 따른 유지보수 비용을 절약할 수 있는 기술도 개발하고 있다.
서 책임연구원은 “HD한국조선해양을 비롯한 HD현대그룹사는 해상수송 산업의 탄소중립 달성을 위해 친환경 선박과 기자재 기술개발에 힘쓰고 있다. 특히 HD현대중공업 엔진기계사업부는 2022년 힘센 메탄올 엔진 출시에 이어, 힘센 암모니아 엔진과 힘센 수소 엔진 출시를 통해 친환경 선박엔진 시장을 선도할 계획”이라며 “향후 HD현대중공업과 협력을 통해 힘센 암모니아 엔진과 힘센 수소 엔진 성능/연소시스템 개발 및 탄소중립 기술 개발에 기여할 계획이다. 국내 유일의 중속엔진 브랜드이자 세계 정상급의 기술력과 경쟁력을 인정받은 힘센엔진의 성공을 이어갈 수 있도록 최선을 다할 것”이라고 전했다.
