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소형 메탄올 연료 추진선 개발 및 보급 위한 시범사업 제안서
작성자 곽재영 작성일 2017-09-22
** 제안서 양식상 글자만 입력이 가능하여 도표와 사진을 올리지 못하였습니다.**
**dudworhkr@korea.ac.kr로 연락 주시면 완성된 제안서는 보내드리겠습니다.**

목  차

1) 선박에 의한 해상 대기오염의 심각성
2) 엄격해지는 IMO 해상 배출가스 규제
3) 친환경 선박 연료로서 메탄올이 갖고 있는 장점
  (1) 배출되는 유해물질의 감소
  (2) 바이오 메탄올(Bio-methanol)
  (3) 생분해
4) 메탄올 연료 추진선 건조 및 운영에 들어가는 비용에 관한 정보 
  (1) 엔진 및 선박 비용
  (2) 연료 비용
  (3)페이백 타임(Payback time) 분석 및 결과 
5) 소형 선박에서 메탄올의 활용도 증가
6) 메탄올 연료 중, 소형 선박 개발 및 시범 도입 사례
  (1) EffShip
  (2) SUMMETH
7) 여수·광양항만공사, 메탄올 선박 도입의 거점
8) 친환경 선박 제조에 뒤쳐진 한국. 앞으로 해나가야 하는 변화와 도전.


도표목차

<도표1> 동아시아지역에서 해상운송으로 인한 배출가스 기여율(Nature Climate)
<도표2> ECAs와 나머지 지역에서의 배출량 제한 기준
<도표3> 메탄올 연료 사용 시 벙커유(HFO) 대비 배출가스 오염물질 성분 별 감소 비율
<도표4> Tier II 엔진 벙커유(HFO) 연료 추진선 대비 배출 가스 감소 예상 비율
<도표5> 각 연료에 따른 유출 시 환경에 미치는 영향
<도표6> 각 연료 추진 선박 개조 및 선박 건지 예방 비용 
<도표7> 각 연료 별 에너지 당 가격(USD/MWh) 변화 추세
<도표 8> 각 연료 별 페이백 타임 

사진목차

<사진1>현재 IMO에서 발표된 ECAs와 추가 논의 중에 있는 지역 
<사진2> World First Methanol-Fueled Ship Debuts in South Korea

1) 선박에 의한 해상 대기오염의 심각성

 배는 대중들에게는 익숙한 교통수단이 아니다. 그러나 대규모의 화물을 운송하는데 배는 가장 효율적이기 때문에 많이 사용되고 있다. 선박은 육상 연료에 비하여 연료 품질이 낮은 경유(GMO), 와 벙커유(HFO)와 같은 연료를 사용하다 보니 환경뿐만 아니라 인간에게 유해한 배출가스인 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx), 이산화탄소(CO2)와 대기 오염을 유발하는 미세먼지(PM)가 다량 배출하고 있다. 그럼에도 불구하고 바다 위라는 상대적으로 먼 위치 때문에 규제가 육지에 비하여 매우 느슨한 현실이다. 

 선박 배출가스에 의한 대기오염은 Nature Climate Change(7월 18일 발행), 중국(후안 리우 등)과 미국 연구자(Drew Shindell 등)들이 동아시아 지역에서 1만 9천 대의 선박을 위성으로 추적해 얻은 동적 활동 데이터를 분석한 결과 선박에 의한 온실가스 배출은 2001년에는 6.6%였지만, 2013년에는 15.85%, SO2는 6.6%에서 19.0%, NOx는 6.6%에서 16.5%로 대폭 상승한 것을 보여주었다 <도표 1>. 이는 최근 자동차와 공장의 온실가스 배출은 감소 추세와는 반대되는 형태이다.

<도표1> 동아시아지역에서 해상운송으로 인한 배출가스 기여율(Nature Climate)

출처: http://www.gasnews.com/news/articleView.html?idxno=76593

 선박 배출 가스에 관한 조사는 한국에서도 이미 시행되었고 그 심각성이 증명되었다. 2015년 국립환경과학원에서 발표한 『2013 국가 대기 오염물질 배출량』에 따르면 선박에서 발생하는 질소산화물은 우리나라 전체 발생량의 8.2%, 황산화물은 15.9%에 이르는 것으로 나타났다. 국민안전처 해양경비안전본부(본부장 홍익태)는 선박에서 발생하는 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx) 등 대기오염물질에 대한 배출 관리를 강화한다고 밝혔다.[1]

 이렇게 해양에서 배출된 다량의 대기 오염물질은 단지 해양의 상공에서만 문제를 일으키는 것이 아니다. 대기의 특성상 바다 위에서 배출된 유해 물질은 얼마든지 빠른 속도로 육지로 이동하여 인간에게 영향을 줄 수 있다. 특히 한국에서는 최근 대기 중의 미세먼지 농도가 빠르게 높아져서 국민들이 관심이 매우 높은 상황이다. 이러한 예로, 연합뉴스: “부산 대기오존농도 위험수준... 선박 배기가스 관리해야”(‘15.9.1.) [2], KNN뉴스: “배 많은 부산... 선박 오염 단속 시급”(‘15.10.22.) 등 많은 사회문제를 불러일으키고 있다.

 한편, 스웨덴 정부에서는 선박 배출가스를 줄이고 환경오염을 방지하고자 기존에 사용하는 경유와 벙커유를 메탄올로 대체하여 온실가스, NOx, Sox 등 오염물질 배출을 획기적으로 줄이려는 SUMMETH 와 GreenPilote Project를 진행하고 있다.


2) 엄격해지는 IMO 해상 배출가스 규제

 국제해사기구(IMO)가 제정한 MARPOL73/78은 국제해양오염방지협약(International Convention for the Prevention of Pollution from Ships, MARPOL)의 약어로 해상을 운항하는 선박으로 인해 발생하는 해양오염을 방지하기 위해서 제정된 국제협약이다. 그 중 MARPOL73/78 부속서 VI은 선박에서 발생하는 대기오염물질 방지 규칙을 담고 있으며 1997년 9월 26일 채택되어 2005년 5월 19일부터 발효되었다. 그 이후 여러차례 강화된 개정안을 발표하며 선박에서 배출되는 SOx, NOx의 양을 더욱 제한하고 있다.<도표2> 
<도표2> ECAs와 나머지 지역에서의 배출량 제한 기준
1. SOx
년도
연료 내 황(S) 함량비 제한(%)
SOx ECA
나머지 지역
2000
1.5%
4.5%
2010.07
1.0%
2012
3.5%
2015
0.1%
2020
0.5%

2. NOx(Tier III이 현재 NOx ECAs 의 기준이며, 나머지 지역은 Tier II 기준이 적용됨)
Tier
Date
NOx Limit, g/kWh n = Rated Engine speed(rpm)
n < 130
130 ≤ n < 2000
n ≥ 2000
Tier I
2000
17.0
45 · n-0.2
9.8
Tier II
2011
14.4
44 · n-0.23
7.7
Tier III
2016
3.4
9 · n-0.2
1.96
출처 : IMO Marine Engine Regulations

 NOx에 대한 규제는 부속서 VI Regulation 13 Nitrogen Oxides(NOx)에 제시되 어 있는데 2016년 1월 1일 이후 건조된 선박에 대해서는 보다 강화된 Tier III 가 적용된다. SOx에 대한 규제는 사용하는 연료의 황(S) 함량비에 기준을 두어 단계적으로 강화시켜 가는 걸로 설정되어 있는데 글로벌 차원에서는 2012년 1월 1일부터 기존 황 함유량 4.5%에서 3.5%로 강화된 후 2020년 1월 1일부터는 황 함유량 0.5% 조건을 충 족해야 한다. 
 ECA(Emission control areas)에서는 이보다 엄격한 조건이 부여되는데 2010년 7월 1일부 터 황 함유량 1.0% 조건을 충족해야 하고 2015년 1월 1일부터는 황 함유량 0.1% 조건을 충족해야 하는 걸로 설정되어 있다. 현재 지정된 ECAs는 미국 연안과 북해, 발트해이며 더 나아가 지중해, 호주, 일본 및 대한민국 연안도 ECAs 설정 논의 중에 있다.<사진1>
<사진1>현재 IMO에서 발표된 ECAs와 추가 논의 중에 있는 지역 

출처: IMO

 국제해사기구(IMO)의 선박배출가스 규제에 대처하는 방법으로는 크게 2가지로 후처리 장치와 친환경적인 대체 연료가 제시되고 있다. 그러나 scrubber 또는 SCR system와 같은 후처리 장치는 선박 내구연수(약 25년)에 비하여 수명이 짧아 장기적 선박 배출가스 저감 해결책으로 부족한 문제를 가지고 있다. 이런 한계 때문에 세계는 메탄올 연료 추진선, LNG 연료 추진선, 그리고 수소 연료전지 선박 등의 다양한 친환경 대체 연료를 이용한 추진 선박 개발에 집중하기 시작했다. 

  IMO에서 발표한 <사진1>에서 볼 수 있듯 대한민국 연안도 ECAs 설정 논의 중에 있다.  전국 11개 지방청이 관리하고 있는 95개 항로(일반항로 69개, 보조항로 26개)의 168척 연안여객선이 운행 중이다. 선박 산업의 세계적인 위치에 있는 대한민국 또한 세계적인 흐름에 맞춰 친환경 선박 개발 및 보급에 더 집중해야 할 때이다.


3) 친환경 선박 연료로서 메탄올이 갖고 있는 장점

(1) 배출되는 유해물질의 감소
 메탄올을 선박 연료로 사용했을 경우 기존 경유(GMO) 또는 벙커유(HFO)를 사용했을 때보다 SOx, NOx 및 미세먼지(PM)의 배출량을 획기적으로 줄일 수 있다. 다양한 연구 및 현장 실험에서 이를 뒷받침해주는 결과들이 발표되고 있다. 
 스웨덴 선반 연구소 SSPA Sweden AB에서 발표된 연구 결과에 따르면, 메탄올 연료 엔진 사용 시 기존 벙커유(HFO)연료에 비해 NOx는 80%가 대폭 감소하게 된다. 이는 IMO에서 2016년 규제를 시작한 Tier III 기준(2-4 g/kWh)을 충족시키는 적은 배출량이다. 또한 화학 구조상 황(S)을 갖고 있지 않은 메탄올을 연료로 사용했을 시 SOx가 전혀 배출되지 않는다(수치상으로 99% 이상 감소가 가능). 최근 대한민국뿐만 아니라 세계적으로 큰 문제가 되고 있는 미세먼지(PM)의 배출량 또한 기존 HFO의 95%가 감소된다.<도표3> 

<도표3> 메탄올 연료 사용 시 벙커유(HFO) 대비 배출가스 오염물질 성분 별 감소 비율

 선박엔진 제조회사인 MAN, diesel and turbo 에서 자사의 메탄올 연료 엔진 ME-LGI deul-fuel engine 소개 문서에 아래와 같은 오염물질 배출 감소 예상 수치를 발표하였다.<도표4>
<도표4> Tier II 엔진 벙커유(HFO) 연료 추진선 대비 배출 가스 감소 예상 비율

NOx
SOx
PM
LNG
20-30%
90-97%
40-90%
메탄올
30-50%
90-97%
40-90%
 출처: http://marine.man.eu/two-stroke/2-stroke-engines/me-lgi-engines

(2) 바이오 메탄올(Bio-methanol)
 메탄올에 친환경 연료라도 불리는 또 다른 이유는 다양한 친환경적인 생산 방법이 있기 때문이다. 메탄올은 목재 폐기물, 잔디, 조류, 펄프 공정에서 발생하는 폐기물 및 매립지와 동물 폐기물로 생산이 가능하다. 국제 재생 가능 에너지 기구(IRENA)에 따르면 2015년 이후 전 세계에서 연간 약 100만 톤 이상의 바이오 메탄올이 생산될 것이라고 발표하였다. [3] (한국 연 메탄올 사용량 약 150만 톤). 한국 정부도 ‘9대 국가전략 사업’의 일환으로 2017년부터 6년간 475억 원을 투입해 광양·여수 산업단지 등에서 배출되는 이산화탄소로 바이오 메탄올(Bio-methanol) 등 유용한 화학원료를 생산하는 로드맵을 발표하였다. 이렇게 생산된 바이오 메탄올은 천연가스로 만드는 일반 공정보다 이산화탄소를 25~40% 감소시키는 효과가 있다.

(3) 생분해
 선박 연료의 유출 시에 환경에 미치게 될 악영향 또한 반드시 고려돼야 한다. 메탄올은 물에 용해되며 생분해 되는 물성을 갖고 있다. 선박 운행 시에 일어날 수 있는 기기 결함 또는 선박 사고에서 빈번하게 일어나는 연료 유출에서도 큰 문제가 되지 않는다. 유출된 메탄올은 바다에서 2~3일 안에 생분해 되어 해양 생물체에 유해를 가하지 않고 자연적으로 사라지게 된다.

<도표5> 각 연료에 따른 유출 시 환경에 미치는 영향
연료
연료 유출 시 환경에 미치는 영향
경유(MGO) 
물 표면에는 오래 유지되지 않고 수중에 흡수되고 일부는 대기로 증발함. 해양 생태계에 유해.
벙커유(HFO)
수중에 흡수되지 않고 물의 온도와 밀도에 따라 해저에 가라앉거나 해수면에 떠다니며 오랜 기간 유지됨. 해양 생태계에 유해.
LNG
메탄 가스로 기화 되어 대기중으로 흩어진다. 해양 생태계에는 큰 영향을 주지 않지만 메탄 가스는 이산화탄소의 23배 강력한 온실효과를 가져온다.
메탄올
수중에 완벽해 용해되고 2~3일 안에 생분해 됨. 
출처: EMSA Study on the use of ethyl and methyl alcohol as alternative fuels June-2016

 메탄올, 에탄올과 같은 알코올이라는 화학물질은 다양한 친환경적이기 장점 때문에 20여 년 전부터 다양한 연구가 진행되었고 그 결과 화석연료를 대체할 수 있는 기술을 확보하였다. 이미 MAN, Wärtsilä는 메탄올 추진 엔진이 제조 가능하다고 밝혔다. 메탄올은 이제 다양한 분야에서 환경적으로 뛰어난 대체 연료로 자리 잡고 있다.


4) 메탄올 연료 추진선 건조 및 운영에 들어가는 비용에 관한 정보 

 다음 자료는 유럽 해양 안전 기관(EMSA)에서 발표한 선박 연료로서 사용 가능한 각 연료들의 연료비, 초기 투자 비용, 운영 비용 등을 종합하여 경제성을 비교한 자료이다. [4] 

(1) 엔진 및 선박 비용
 ECAs에서 운행이 가능한 메탄올 연료 엔진, LNG 연료 엔진, scrubber 과 SCR 을 장착한 경유(MGO), 벙커유(HFO) 연료 엔진의 제조에 필요한 비용을 비교한 표이다.<도표6> 덴마크 해사 기구(DMA)의 연구 자료[5]와 2015년에 수행된 Stena Germanica 메탄올 연료 엔진 개조 사업에서 보고된 정보[6]를 바탕으로 하고 있다.
 비교의 주안점은 연료 선택이므로 기계 및 관련 비용만 견적에 포함되었으며 이는 설치된 엔진의 kW전력 당 달라(USD)로 명시되어있다. 비용은 유로(EU)의 경우 인플레이션 비율 4 % (2011년 11월에서 2015년 11월 까지)를 고려하여 2015 년 달라(USD) 값으로 수정된 자료이다.

<도표6> 각 연료 추진 선박 개조 및 선박 건지 예방 비용 
연료
개조(Retrofit)
선박 건조 (엔진 및 설비 포함)
경유(MGO) + scrubber & SCR
150 000 + 63 $/kW
120 000 + 542 $/kW
벙커유(HFO) + scrubber & SCR 
489 $/kW
926 $/kW
LNG(dual fuel 4 stroke)      + 연료 탱크
664 $/kW
1275 $/kW
메탄올(dual fuel 4 stroke)
392 $/kW
815 $/kW
출처: EMSA Study on the use of ethyl and methyl alcohol as alternative fuels June-2016

 신규 선박 건조 비용에는 신형 엔진, 발전기 및 관련 장비가 포함되므로 엔진의 성능 향상에만 투자해야하는 개조(Retrofit)에 비해 비용이 높다. 

(2) 연료 비용

 각 연료가 엔진에서 추진을 위한 에너지원으로 사용되었을 때 발휘하는 에너지량에 따른 가격을 정확히 비교하기 위해 단위를 에너지당 가격으로 환산하여 과거의 연료 별 가격 변동을 표로 나타내었다.<도표7>

<도표7> 각 연료 별 에너지 당 가격(USD/MWh) 변화 추세
 
출처 : [4]

(3)페이백 타임(Payback time) 분석 및 결과 

 페이백 타임(Payback time)이란 투자 자금 회수 기간을 뜻하며, 그 값이 작을수록 경제적으로 이점이 있다고 분석할 수 있다. 앞서 설명한 건조 비용, 연료 비용을 사용하여 각 연료 별 페이백 타임이 계산되었다.<도표8>

<도표 8> 각 연료 별 페이백 타임 

저감 장치가 부착된 HFO
LNG
메탄올
예상 연료 가격 USD/톤
711
931
412
페이백 타임 (년)  선박 건조
3.0
7.5
6.2
페이백 타임 (년)  기존 선박 개조
3.3
6.2
7.3

요약 : 유럽 해양 안전 기관(EMSA)에서 발표한 연구 결과에 따르면 메탄올의 연료비는 LNG보다 높지만 페이백 타임 분석 결과 메탄올은 투자 및 운영 비용이 낮기 때문에 ECAs 지역 내에서의 운영에 대한 충분한 경쟁력을 가지고 있음을 보여주었다. 이 결과는 현재까지 존재하는 제한된 메탄올 연구 경험에서 얻어진 수치에 근거한다. 따라서, 메탄올 연료의 페이백 타임은 앞으로 이어질 더 많은 개발과 수요의 증가로 감소 할 것으로 예상된다.


5) 소형 선박에서 메탄올의 활용도 증가

(1) 저렴한 bunkering 초기 투자 비용
 선박이라는 이동수단이 이용되기 위해서 가장 기본적으로 충족되야하는 것이 주유 시스템 (Bunkering System)이로 손꼽힌다. 벙커링은 선박에 연료를 안전하게 공급하는 것을 통칭하는 것으로 관련 기술 및 선박의 개발은 북유럽을 중심으로 빠르게 확대되고 있는 상황이다. 메탄올은 친환경 선박 대체 연료로 주목받는 또 다른 연료인 LNG와는 다르게 상온, 상압에서 별다른 처리 없이 안정한 액체 상태를 유지하기 때문에 현재 해양 연료로 사용되고 있는 경유(GMO)와 병커유(HFO)의 저장 및 벙커링 시스템을 약간의 수정만으로 즉시 사용이 가능하다는 큰 장정이 있다. 이러한 장점은 초기 인프라 설비 구출에 필요한 투자 비용을 대폭 감소시킨다.

 또한, 메탄올 연료 주유 인프라는 메탄올 운송을 위해 선박에 싣는 선적 설비와 비슷한 구조를 갖고있다. 즉, 이미 메탄올 수입 및 공급에 이용되고 있는 항만의 선적 설비들과 안내 절차들을 주유 시스템에 이용할 수 있는 것이다. 20,000m3 규모의 메탄올 저장 탱크 및 전석 설비를 건설에 약 500만 유로(약 67억원)의 비용이 들며 이 금액은 LNG 설비의 약 10분에 1 정도의 상대적으로 굉장히 저렴한 비용이다.

상온, 상압에서 안정적인 액체로 존재한다는 물성 덕분에 메탄올은 벙커링 시스템을 구축하는데 가격이 저렴할 뿐만 아니라 다양한 환경에서 주유가 가능하다. 즉, 연료 공급은 비교적 적으면서 충분한 공간과 자금이 투자되기 어려운 소형 선박을 위한 연료로서는 LNG에 비해 메탄올이 더 큰 강점을 갖고있다. 아래 이메일은 스웨덴 선반 연구소 SSPA Sweden AB에서 진행 중인 소형 메탄올 추진선 개발 및 보급을 목표로 하는 SUMMEHT 프로젝트 매니저 Joanne Ellis와의 인터뷰 내용이다.

“네, 메탄올은 소형 선박 연료로 사용되었을 때 추가적인 이점이 있다고 생각합니다.”
- 선박 내에서의 저장 방식: 메탄올은 LNG와 다르게 상온, 상압에서 안정적인 액체 상태를 유지하기 때문에, 선 내의 연료 탱크 건조에 복잡하거나 제한적이지 않고 자유롭고 간단하게 위치시킬 수 있습니다.
- 주유 시설의 보급: 메탄올은 공급 및 저장이 용이하기 때문에, 작은 항구, 작은 선박에 추가 설비 없이 간단하게 적용이 가능하다.


 메탄올 연료 추진선은 선박 제조 및 운영에서 경쟁력 있는 페이백 타임을 갖고있을 뿐만 아니라 비교적 저렴한 초기 인프라 시설 투자 비용이라는 경제적인 장점을 갖고있다. 기술적인 면에서도 액체라는 안정성을 이용한다면, 소형 선박 건조와 활용에서 더 큰 장점을 발휘할 수 있는 대체 연료이다. 정부의 지원과 신 산업 추진을 통해 앞으로 다가올 ECAs 규제에서도 운행이 가능한 소형 메탄올 선박을 개발하여야 한다.


6) 메탄올 연료 중, 소형 선박 개발 및 시범 도입 사례

(1) EffShip - Efficient Shipping with Low Emissions (스웨덴 정부 국가 사업)
 EffShip 프로젝트는 에너지 효율이 높고 환경에 미치는 영향이 최소화하며 지속 가능하고 성공적인 해상 운송 산업을 위해 다양한 선박 연료에 대한 연구를 진행하였다. 기존 인프라 내에서의 신속한 가용성, 저렴한 투자 비용, 비교적 간단한 엔진 및 선박용 기술 적용을 고려할 때 메탄올이 최고의 대체 연료라고 결론지었습니다. 환경에 미치는 영향을 연구한 결과는 디젤 연료와 유사한 엔진 효율을 유지하면서도 매우 낮은 미세먼지 배출량 및 낮은 NOx, SOx 배출량을 보여주었다[7]. 

(2) SUMMETH - Sustainable marine methanol
 SUMMETH 프로젝트는 소형 메탄올 연료 추진선 개발 및 보급을 최종 목표로 하고있다. 다양한 설계의 메탄올 엔진 연소를 실험 및 평가하여 적용 가능한 소형 엔진(약 250 kW ~ 1200 kW)을 개발 후 발전시키고 있으며 현재는 소형 디젤 선박을 개조하여 메탄올 연료 추진선을 제조 가능한 기술 상태이다. 추가적으로 소형 메탄올 선박 잠재 시장과 메탄올 연료 공급망에 대한 조사도 진행 중이다.

 ECAs에 해당되는 스웨덴은 이미 10여년 전부터 정부 차원의 국가 사업으로 메탄올 선박의 가능성을 확인하고 소형 메탄올 선박에 초점을 맞추어 프로젝트를 진행 중이다. 아직 한국은 ECAs 해당 국가는 아니지만 충분히 그 가능성이 거론되고 있는 상태에서  한국 정부도 소형 메탄올 선박 건조 개발 및 보급을 국가 사업으로 지정하여 지원을 해야한다.


7) 여수·광양항만공사, 메탄올 선박 도입의 거점

여수·광양 항만공사는 메탄올 선박 도입에 있어 아래와 같은 다양한 이점을 갖고있다. 

(1) 저렴하고 원활한 연료 공급
 한국 메탄올 공급량의 50%를 차지하고 있는 (주)메타넥스 코리아는 여수-광양항만공사의 낙포부두에는 13만 2000kL의 메탄올 저장이 가능한 저장 시설을 이용하여 메탄올을 수입 및 공급하고 있다. 원료 공급에 있어 추가적인 인건비와 운송비에서 큰 이점을 볼 수 있다.

(2) 벙커링 시스템 초기 투자비용 절감
 메탄올 벙커링 시스템은 메탄올 운송을 위해 선박에 싣는 선적 설비와 비슷한 구조를 갖고있다. 즉, 이미 메탄올 수입 및 공급에 이용되고 있는 항만의 선적 설비들과 안내 절차들을 약간의 수정 만을 통해 벙커링 시스템에 적용할 수 있는 것이다. (주)메타넥스 코리아와의 협업을 통해 초기 투자비용을 줄일 수 있을 것이다. 

(3) 전문 인력 확보 가능
 해양 연료로서 메탄올의 사용은 새로운 도전이기 때문에 유사 업종의 전문가들의 경험이 중요하다. 메탄올의 취급, 운송 및 사용은 (주)메타넥스 코리아와 같은 화학 업계에서 오랫동안 확립 된 절차이며 적절한 규정, 지침 및 모범 사례를 교육받은 전문 인력들이 여수·광양 항만 내에 배치되어있다. 즉, 전문 인력들의 확보가 용이한 위치이다.

(4) 정부의 바이오 메탄올 생산 로드맵 발표
 미래창조과학부는 ‘9대 국가전략사업’의 일환으로 2017년부터 6년간 475억원을 투입해 광양·여수 산업단지 등에서 배출되는 이산화탄소로 바이오 메탄올 등 유용한 화학원료를 생산하는 로드맵을 발표하였다. 


8) 친환경 선박 제조에 뒤쳐진 한국. 앞으로 해나가야 하는 변화와 도전

 한국의 선박 제조기술을 세계 최고수준이다. 이에 걸맞게 2016년부터 현대미포조선은 세계 최초 메탄올 추진 선박 ‘린단거(LINDANGER)’호 등 2척을 건조하였다.[8] 현재는 메탄올 추진 선박 4척 건조 계약을 앞두고 있다. 이미 한국에서 메탄올 선박을 건조할 수 있는 기술을 갖고있다. 

<사진2> World First Methanol-Fueled Ship Debuts in South Korea

출처: http://worldmaritimenews.com/archives/189578/first-methanol-fueled-ship-debuts-in-south-korea/
 그러나 정부의 주도적인 지원이 밑바탕이 되지 않는다면 미래에 유망한 메탄올 선박 건조 기술은 언제든지 뒤쳐질 수 있다.  LNG선박에서처럼 말이다. 한국의 LNG 선박 건조와 LNG벙커링 기술이 중국, 일본, 싱가포르 보다 앞서 세계적인 수준으로 시작하였으나, 정부의 LNG연료추진선과 LNG벙커링 정책 수립이 3년 지연되고, 국내 선주사의 관심을 못 받고 한국가스공사를 포함한 가스업계에서의 기술개발 및 사업 투자가 적극적이지 못하여 현재는 아시아에서 4위(1위 : 중국, 2위 : 싱가포르, 3위 : 일본) 수준이 된 상황이다.[9] 

 Effship, SPIRETH, GERMANICA, Methaship, LeanShips, SUMMETH 등 이 모든 것이 지금까지 메탄올 선박 개발 및 관련 기술 개발과 관련 법규 수정을 위해 세계가 보인 노력들이다. 이와 같이 세계는 급속히 친환경 메탄올 선박에 집중하기 시작했다. 그러나 한국은 선박 제조 1위의 국가 임에도 이런 흐름에 동참하지 못하고 있다. 

 실제적인 메탄올 연료 추진선 개발 및 보급이 추진되기 위해 아래의 몇 가지 제안을 하고자 한다. 이러한 실질적인 지원과 활동을 통해 소형 메탄올 연료 추진 선박의 보급이 하루속히 이루어지고, 전 국민들에게 저공해 연료 사용하는 선박을 통한 대기오염과 온실가스 감축과 조선/해양 산업 발전이 되기를 기대한다.

1. 해외 사례와 같이 메탄올 연료 추진 선박 건조 및 관련 연구를 국가 연구개발(R&D) 사업으로 지정하여 건조 관련 핵심기술을 개발하며, 선박 건조 기술 표준화, 관련 기자재 성능 평가 기반 구축, 설계 전문 인력 양성 등도 함께 추진해나가야 한다. 

2. 선박 배출가스에 의한 국민들의 조기 사망자를 줄이기 위해 환경부의 선박 배출가스 조사결과 조기 마무리와, 더불어 한국 연근해역을 대상으로 배출가스 규제 지정해역을 설정하는 것이 필요하다.

3. 스웨덴 정부와 같이 여수·광양 항만공사에 시범사업을 통해 기술 개발과 시장 조사를 통한 보급사업을 같이 진행할 수 있는 속도감 있는 프로젝트 추진이 필요하다. 

4. 메탄올은 유독성 화학물질이기 때문에, 안전한 관리 및 운영을 위한 적절한 법적 규정 및 지침을 작성하여 충분한 교육을 받은 전문 인력을 양성해야 한다.

5. 효율적인 메탄올 선박 엔진의 장착이 이뤄질 수 위한 네거티브 법률 법률을 완화시켜야 한다.




































<reference>

[1] (정책설명자료)_국민안전처, 선박 대기오염물질 배출 관리 강화 추진 
[2]http://www.yonhapnews.co.kr/bulletin/2015/09/01/0200000000AKR20150901068000051.HTML?input=1195m
[3] source: IEA-ETSAP and IRENA Technology Brief 108-January2013
[4]http://www.methanol.org/wp-content/uploads/2016/07/EMSA-Study-on-the-use-of-ethyl-and-methyl-alcohol-as-alternative-fuels-June-2016.pdf
[5] Danish Maritime Authority. 2012. North European LNG Infrastructure Project – A feasibility study for an LNG filling station infrastructure and test of recommendations. Appendix 3 Ship Cost Analysis. Copenhagen: Danish Maritime Authority. 
[6] Andersson, K., Marquez Salazar, C. 2015. Methanol as a Marine Fuel. London: FCBI Energy. 
[7] Stenhede, T. 2013. EffShip WP2 Present and Future Maritime Fuels Report. Gothenburg: SSPA. 
[8]http://www.hmd.co.kr/05_news/01.php?action=read&page=1&seq=11883&keyfield=subject&keyword=%B8%DE%C5%BA%BF%C3
[9]http://www.gasnews.com/news/articleView.html?idxno=76593
[45] COWI. 2015. State of the Art on Alternative Fuels Transport Systems in the European Union. Available: http://ec.europa.eu/transport/themes/sustainable/studies/doc/2015- 07-alter-fuels-transport-syst-in-eu.pdf 
[68] Bengtsson, S., Andersson, K., Ellis, J., Haraldsson, L., Ramne, B., and P. Stefenson. 2012. Criteria for Future Marine Fuels. Proceedings from the IAME 2012 Conference, 6-8 September 2012, Taipei, Taiwan. 
[70] EIA. 2015. Annual Energy Outlook 2015 with projections to 2040. Washington, D.C.: US Energy Information Administration. Available from: http://www.eia.gov/forecasts/aeo/ [Accessed: 14.08.2015]. 
[8] Methanex. 2013. Waterfront Shipping to Commission New Ships Built With Flex-Fuel Engines. [Press release]. Available: https://www.methanex.com/news/waterfront- shipping-commission-new-ships-built-flex-fuel-engines [accessed: 20150629]. 


<도표1>http://www.gasnews.com/news/articleView.html?idxno=76593
<도표2>IMO Marine Engine Regulations
<도표3>Breynolf et al, 2014
<도표4> Study on the use of ethyl and methyl alcohol as alternative fuels in shipping, Final Report Version 2015.12.04, Joanne Ellis(SSPA Sweden AB)
<도표5> EMSA Study on the use of ethyl and methyl alcohol as alternative fuels June-2016
<도표6> EMSA Study on the use of ethyl and methyl alcohol as alternative fuels June-2016
<도표7> EMSA Study on the use of ethyl and methyl alcohol as alternative fuels June-2016
<도표8> EMSA Study on the use of ethyl and methyl alcohol as alternative fuels June-2016


<사진1> IMO
<사진2> http://worldmaritimenews.com/archives/189578/first-methanol-fueled-ship-debuts-in-south-korea/


<인터뷰> 
Ms. Joanne Ellis, SSPA SUMMETH project manager
Mr.Dom Lavigne, Director of Government & Public Affairs, Methanol Institute(MI)
(주) 메타넥스 코리아, 서석찬 차장
인천항만공사 홍보팀, 정민철 대리
연구과제 제안 게시판 상세보기
소형 메탄올 연료 추진선 개발 및 보급 위한 시범사업 제안서
작성자 곽재영 작성일 2017-09-22
** 제안서 양식상 글자만 입력이 가능하여 도표와 사진을 올리지 못하였습니다.**
**dudworhkr@korea.ac.kr로 연락 주시면 완성된 제안서는 보내드리겠습니다.**

목  차

1) 선박에 의한 해상 대기오염의 심각성
2) 엄격해지는 IMO 해상 배출가스 규제
3) 친환경 선박 연료로서 메탄올이 갖고 있는 장점
  (1) 배출되는 유해물질의 감소
  (2) 바이오 메탄올(Bio-methanol)
  (3) 생분해
4) 메탄올 연료 추진선 건조 및 운영에 들어가는 비용에 관한 정보 
  (1) 엔진 및 선박 비용
  (2) 연료 비용
  (3)페이백 타임(Payback time) 분석 및 결과 
5) 소형 선박에서 메탄올의 활용도 증가
6) 메탄올 연료 중, 소형 선박 개발 및 시범 도입 사례
  (1) EffShip
  (2) SUMMETH
7) 여수·광양항만공사, 메탄올 선박 도입의 거점
8) 친환경 선박 제조에 뒤쳐진 한국. 앞으로 해나가야 하는 변화와 도전.


도표목차

<도표1> 동아시아지역에서 해상운송으로 인한 배출가스 기여율(Nature Climate)
<도표2> ECAs와 나머지 지역에서의 배출량 제한 기준
<도표3> 메탄올 연료 사용 시 벙커유(HFO) 대비 배출가스 오염물질 성분 별 감소 비율
<도표4> Tier II 엔진 벙커유(HFO) 연료 추진선 대비 배출 가스 감소 예상 비율
<도표5> 각 연료에 따른 유출 시 환경에 미치는 영향
<도표6> 각 연료 추진 선박 개조 및 선박 건지 예방 비용 
<도표7> 각 연료 별 에너지 당 가격(USD/MWh) 변화 추세
<도표 8> 각 연료 별 페이백 타임 

사진목차

<사진1>현재 IMO에서 발표된 ECAs와 추가 논의 중에 있는 지역 
<사진2> World First Methanol-Fueled Ship Debuts in South Korea

1) 선박에 의한 해상 대기오염의 심각성

 배는 대중들에게는 익숙한 교통수단이 아니다. 그러나 대규모의 화물을 운송하는데 배는 가장 효율적이기 때문에 많이 사용되고 있다. 선박은 육상 연료에 비하여 연료 품질이 낮은 경유(GMO), 와 벙커유(HFO)와 같은 연료를 사용하다 보니 환경뿐만 아니라 인간에게 유해한 배출가스인 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx), 이산화탄소(CO2)와 대기 오염을 유발하는 미세먼지(PM)가 다량 배출하고 있다. 그럼에도 불구하고 바다 위라는 상대적으로 먼 위치 때문에 규제가 육지에 비하여 매우 느슨한 현실이다. 

 선박 배출가스에 의한 대기오염은 Nature Climate Change(7월 18일 발행), 중국(후안 리우 등)과 미국 연구자(Drew Shindell 등)들이 동아시아 지역에서 1만 9천 대의 선박을 위성으로 추적해 얻은 동적 활동 데이터를 분석한 결과 선박에 의한 온실가스 배출은 2001년에는 6.6%였지만, 2013년에는 15.85%, SO2는 6.6%에서 19.0%, NOx는 6.6%에서 16.5%로 대폭 상승한 것을 보여주었다 <도표 1>. 이는 최근 자동차와 공장의 온실가스 배출은 감소 추세와는 반대되는 형태이다.

<도표1> 동아시아지역에서 해상운송으로 인한 배출가스 기여율(Nature Climate)

출처: http://www.gasnews.com/news/articleView.html?idxno=76593

 선박 배출 가스에 관한 조사는 한국에서도 이미 시행되었고 그 심각성이 증명되었다. 2015년 국립환경과학원에서 발표한 『2013 국가 대기 오염물질 배출량』에 따르면 선박에서 발생하는 질소산화물은 우리나라 전체 발생량의 8.2%, 황산화물은 15.9%에 이르는 것으로 나타났다. 국민안전처 해양경비안전본부(본부장 홍익태)는 선박에서 발생하는 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx) 등 대기오염물질에 대한 배출 관리를 강화한다고 밝혔다.[1]

 이렇게 해양에서 배출된 다량의 대기 오염물질은 단지 해양의 상공에서만 문제를 일으키는 것이 아니다. 대기의 특성상 바다 위에서 배출된 유해 물질은 얼마든지 빠른 속도로 육지로 이동하여 인간에게 영향을 줄 수 있다. 특히 한국에서는 최근 대기 중의 미세먼지 농도가 빠르게 높아져서 국민들이 관심이 매우 높은 상황이다. 이러한 예로, 연합뉴스: “부산 대기오존농도 위험수준... 선박 배기가스 관리해야”(‘15.9.1.) [2], KNN뉴스: “배 많은 부산... 선박 오염 단속 시급”(‘15.10.22.) 등 많은 사회문제를 불러일으키고 있다.

 한편, 스웨덴 정부에서는 선박 배출가스를 줄이고 환경오염을 방지하고자 기존에 사용하는 경유와 벙커유를 메탄올로 대체하여 온실가스, NOx, Sox 등 오염물질 배출을 획기적으로 줄이려는 SUMMETH 와 GreenPilote Project를 진행하고 있다.


2) 엄격해지는 IMO 해상 배출가스 규제

 국제해사기구(IMO)가 제정한 MARPOL73/78은 국제해양오염방지협약(International Convention for the Prevention of Pollution from Ships, MARPOL)의 약어로 해상을 운항하는 선박으로 인해 발생하는 해양오염을 방지하기 위해서 제정된 국제협약이다. 그 중 MARPOL73/78 부속서 VI은 선박에서 발생하는 대기오염물질 방지 규칙을 담고 있으며 1997년 9월 26일 채택되어 2005년 5월 19일부터 발효되었다. 그 이후 여러차례 강화된 개정안을 발표하며 선박에서 배출되는 SOx, NOx의 양을 더욱 제한하고 있다.<도표2> 
<도표2> ECAs와 나머지 지역에서의 배출량 제한 기준
1. SOx
년도
연료 내 황(S) 함량비 제한(%)
SOx ECA
나머지 지역
2000
1.5%
4.5%
2010.07
1.0%
2012
3.5%
2015
0.1%
2020
0.5%

2. NOx(Tier III이 현재 NOx ECAs 의 기준이며, 나머지 지역은 Tier II 기준이 적용됨)
Tier
Date
NOx Limit, g/kWh n = Rated Engine speed(rpm)
n < 130
130 ≤ n < 2000
n ≥ 2000
Tier I
2000
17.0
45 · n-0.2
9.8
Tier II
2011
14.4
44 · n-0.23
7.7
Tier III
2016
3.4
9 · n-0.2
1.96
출처 : IMO Marine Engine Regulations

 NOx에 대한 규제는 부속서 VI Regulation 13 Nitrogen Oxides(NOx)에 제시되 어 있는데 2016년 1월 1일 이후 건조된 선박에 대해서는 보다 강화된 Tier III 가 적용된다. SOx에 대한 규제는 사용하는 연료의 황(S) 함량비에 기준을 두어 단계적으로 강화시켜 가는 걸로 설정되어 있는데 글로벌 차원에서는 2012년 1월 1일부터 기존 황 함유량 4.5%에서 3.5%로 강화된 후 2020년 1월 1일부터는 황 함유량 0.5% 조건을 충 족해야 한다. 
 ECA(Emission control areas)에서는 이보다 엄격한 조건이 부여되는데 2010년 7월 1일부 터 황 함유량 1.0% 조건을 충족해야 하고 2015년 1월 1일부터는 황 함유량 0.1% 조건을 충족해야 하는 걸로 설정되어 있다. 현재 지정된 ECAs는 미국 연안과 북해, 발트해이며 더 나아가 지중해, 호주, 일본 및 대한민국 연안도 ECAs 설정 논의 중에 있다.<사진1>
<사진1>현재 IMO에서 발표된 ECAs와 추가 논의 중에 있는 지역 

출처: IMO

 국제해사기구(IMO)의 선박배출가스 규제에 대처하는 방법으로는 크게 2가지로 후처리 장치와 친환경적인 대체 연료가 제시되고 있다. 그러나 scrubber 또는 SCR system와 같은 후처리 장치는 선박 내구연수(약 25년)에 비하여 수명이 짧아 장기적 선박 배출가스 저감 해결책으로 부족한 문제를 가지고 있다. 이런 한계 때문에 세계는 메탄올 연료 추진선, LNG 연료 추진선, 그리고 수소 연료전지 선박 등의 다양한 친환경 대체 연료를 이용한 추진 선박 개발에 집중하기 시작했다. 

  IMO에서 발표한 <사진1>에서 볼 수 있듯 대한민국 연안도 ECAs 설정 논의 중에 있다.  전국 11개 지방청이 관리하고 있는 95개 항로(일반항로 69개, 보조항로 26개)의 168척 연안여객선이 운행 중이다. 선박 산업의 세계적인 위치에 있는 대한민국 또한 세계적인 흐름에 맞춰 친환경 선박 개발 및 보급에 더 집중해야 할 때이다.


3) 친환경 선박 연료로서 메탄올이 갖고 있는 장점

(1) 배출되는 유해물질의 감소
 메탄올을 선박 연료로 사용했을 경우 기존 경유(GMO) 또는 벙커유(HFO)를 사용했을 때보다 SOx, NOx 및 미세먼지(PM)의 배출량을 획기적으로 줄일 수 있다. 다양한 연구 및 현장 실험에서 이를 뒷받침해주는 결과들이 발표되고 있다. 
 스웨덴 선반 연구소 SSPA Sweden AB에서 발표된 연구 결과에 따르면, 메탄올 연료 엔진 사용 시 기존 벙커유(HFO)연료에 비해 NOx는 80%가 대폭 감소하게 된다. 이는 IMO에서 2016년 규제를 시작한 Tier III 기준(2-4 g/kWh)을 충족시키는 적은 배출량이다. 또한 화학 구조상 황(S)을 갖고 있지 않은 메탄올을 연료로 사용했을 시 SOx가 전혀 배출되지 않는다(수치상으로 99% 이상 감소가 가능). 최근 대한민국뿐만 아니라 세계적으로 큰 문제가 되고 있는 미세먼지(PM)의 배출량 또한 기존 HFO의 95%가 감소된다.<도표3> 

<도표3> 메탄올 연료 사용 시 벙커유(HFO) 대비 배출가스 오염물질 성분 별 감소 비율

 선박엔진 제조회사인 MAN, diesel and turbo 에서 자사의 메탄올 연료 엔진 ME-LGI deul-fuel engine 소개 문서에 아래와 같은 오염물질 배출 감소 예상 수치를 발표하였다.<도표4>
<도표4> Tier II 엔진 벙커유(HFO) 연료 추진선 대비 배출 가스 감소 예상 비율

NOx
SOx
PM
LNG
20-30%
90-97%
40-90%
메탄올
30-50%
90-97%
40-90%
 출처: http://marine.man.eu/two-stroke/2-stroke-engines/me-lgi-engines

(2) 바이오 메탄올(Bio-methanol)
 메탄올에 친환경 연료라도 불리는 또 다른 이유는 다양한 친환경적인 생산 방법이 있기 때문이다. 메탄올은 목재 폐기물, 잔디, 조류, 펄프 공정에서 발생하는 폐기물 및 매립지와 동물 폐기물로 생산이 가능하다. 국제 재생 가능 에너지 기구(IRENA)에 따르면 2015년 이후 전 세계에서 연간 약 100만 톤 이상의 바이오 메탄올이 생산될 것이라고 발표하였다. [3] (한국 연 메탄올 사용량 약 150만 톤). 한국 정부도 ‘9대 국가전략 사업’의 일환으로 2017년부터 6년간 475억 원을 투입해 광양·여수 산업단지 등에서 배출되는 이산화탄소로 바이오 메탄올(Bio-methanol) 등 유용한 화학원료를 생산하는 로드맵을 발표하였다. 이렇게 생산된 바이오 메탄올은 천연가스로 만드는 일반 공정보다 이산화탄소를 25~40% 감소시키는 효과가 있다.

(3) 생분해
 선박 연료의 유출 시에 환경에 미치게 될 악영향 또한 반드시 고려돼야 한다. 메탄올은 물에 용해되며 생분해 되는 물성을 갖고 있다. 선박 운행 시에 일어날 수 있는 기기 결함 또는 선박 사고에서 빈번하게 일어나는 연료 유출에서도 큰 문제가 되지 않는다. 유출된 메탄올은 바다에서 2~3일 안에 생분해 되어 해양 생물체에 유해를 가하지 않고 자연적으로 사라지게 된다.

<도표5> 각 연료에 따른 유출 시 환경에 미치는 영향
연료
연료 유출 시 환경에 미치는 영향
경유(MGO) 
물 표면에는 오래 유지되지 않고 수중에 흡수되고 일부는 대기로 증발함. 해양 생태계에 유해.
벙커유(HFO)
수중에 흡수되지 않고 물의 온도와 밀도에 따라 해저에 가라앉거나 해수면에 떠다니며 오랜 기간 유지됨. 해양 생태계에 유해.
LNG
메탄 가스로 기화 되어 대기중으로 흩어진다. 해양 생태계에는 큰 영향을 주지 않지만 메탄 가스는 이산화탄소의 23배 강력한 온실효과를 가져온다.
메탄올
수중에 완벽해 용해되고 2~3일 안에 생분해 됨. 
출처: EMSA Study on the use of ethyl and methyl alcohol as alternative fuels June-2016

 메탄올, 에탄올과 같은 알코올이라는 화학물질은 다양한 친환경적이기 장점 때문에 20여 년 전부터 다양한 연구가 진행되었고 그 결과 화석연료를 대체할 수 있는 기술을 확보하였다. 이미 MAN, Wärtsilä는 메탄올 추진 엔진이 제조 가능하다고 밝혔다. 메탄올은 이제 다양한 분야에서 환경적으로 뛰어난 대체 연료로 자리 잡고 있다.


4) 메탄올 연료 추진선 건조 및 운영에 들어가는 비용에 관한 정보 

 다음 자료는 유럽 해양 안전 기관(EMSA)에서 발표한 선박 연료로서 사용 가능한 각 연료들의 연료비, 초기 투자 비용, 운영 비용 등을 종합하여 경제성을 비교한 자료이다. [4] 

(1) 엔진 및 선박 비용
 ECAs에서 운행이 가능한 메탄올 연료 엔진, LNG 연료 엔진, scrubber 과 SCR 을 장착한 경유(MGO), 벙커유(HFO) 연료 엔진의 제조에 필요한 비용을 비교한 표이다.<도표6> 덴마크 해사 기구(DMA)의 연구 자료[5]와 2015년에 수행된 Stena Germanica 메탄올 연료 엔진 개조 사업에서 보고된 정보[6]를 바탕으로 하고 있다.
 비교의 주안점은 연료 선택이므로 기계 및 관련 비용만 견적에 포함되었으며 이는 설치된 엔진의 kW전력 당 달라(USD)로 명시되어있다. 비용은 유로(EU)의 경우 인플레이션 비율 4 % (2011년 11월에서 2015년 11월 까지)를 고려하여 2015 년 달라(USD) 값으로 수정된 자료이다.

<도표6> 각 연료 추진 선박 개조 및 선박 건지 예방 비용 
연료
개조(Retrofit)
선박 건조 (엔진 및 설비 포함)
경유(MGO) + scrubber & SCR
150 000 + 63 $/kW
120 000 + 542 $/kW
벙커유(HFO) + scrubber & SCR 
489 $/kW
926 $/kW
LNG(dual fuel 4 stroke)      + 연료 탱크
664 $/kW
1275 $/kW
메탄올(dual fuel 4 stroke)
392 $/kW
815 $/kW
출처: EMSA Study on the use of ethyl and methyl alcohol as alternative fuels June-2016

 신규 선박 건조 비용에는 신형 엔진, 발전기 및 관련 장비가 포함되므로 엔진의 성능 향상에만 투자해야하는 개조(Retrofit)에 비해 비용이 높다. 

(2) 연료 비용

 각 연료가 엔진에서 추진을 위한 에너지원으로 사용되었을 때 발휘하는 에너지량에 따른 가격을 정확히 비교하기 위해 단위를 에너지당 가격으로 환산하여 과거의 연료 별 가격 변동을 표로 나타내었다.<도표7>

<도표7> 각 연료 별 에너지 당 가격(USD/MWh) 변화 추세
 
출처 : [4]

(3)페이백 타임(Payback time) 분석 및 결과 

 페이백 타임(Payback time)이란 투자 자금 회수 기간을 뜻하며, 그 값이 작을수록 경제적으로 이점이 있다고 분석할 수 있다. 앞서 설명한 건조 비용, 연료 비용을 사용하여 각 연료 별 페이백 타임이 계산되었다.<도표8>

<도표 8> 각 연료 별 페이백 타임 

저감 장치가 부착된 HFO
LNG
메탄올
예상 연료 가격 USD/톤
711
931
412
페이백 타임 (년)  선박 건조
3.0
7.5
6.2
페이백 타임 (년)  기존 선박 개조
3.3
6.2
7.3

요약 : 유럽 해양 안전 기관(EMSA)에서 발표한 연구 결과에 따르면 메탄올의 연료비는 LNG보다 높지만 페이백 타임 분석 결과 메탄올은 투자 및 운영 비용이 낮기 때문에 ECAs 지역 내에서의 운영에 대한 충분한 경쟁력을 가지고 있음을 보여주었다. 이 결과는 현재까지 존재하는 제한된 메탄올 연구 경험에서 얻어진 수치에 근거한다. 따라서, 메탄올 연료의 페이백 타임은 앞으로 이어질 더 많은 개발과 수요의 증가로 감소 할 것으로 예상된다.


5) 소형 선박에서 메탄올의 활용도 증가

(1) 저렴한 bunkering 초기 투자 비용
 선박이라는 이동수단이 이용되기 위해서 가장 기본적으로 충족되야하는 것이 주유 시스템 (Bunkering System)이로 손꼽힌다. 벙커링은 선박에 연료를 안전하게 공급하는 것을 통칭하는 것으로 관련 기술 및 선박의 개발은 북유럽을 중심으로 빠르게 확대되고 있는 상황이다. 메탄올은 친환경 선박 대체 연료로 주목받는 또 다른 연료인 LNG와는 다르게 상온, 상압에서 별다른 처리 없이 안정한 액체 상태를 유지하기 때문에 현재 해양 연료로 사용되고 있는 경유(GMO)와 병커유(HFO)의 저장 및 벙커링 시스템을 약간의 수정만으로 즉시 사용이 가능하다는 큰 장정이 있다. 이러한 장점은 초기 인프라 설비 구출에 필요한 투자 비용을 대폭 감소시킨다.

 또한, 메탄올 연료 주유 인프라는 메탄올 운송을 위해 선박에 싣는 선적 설비와 비슷한 구조를 갖고있다. 즉, 이미 메탄올 수입 및 공급에 이용되고 있는 항만의 선적 설비들과 안내 절차들을 주유 시스템에 이용할 수 있는 것이다. 20,000m3 규모의 메탄올 저장 탱크 및 전석 설비를 건설에 약 500만 유로(약 67억원)의 비용이 들며 이 금액은 LNG 설비의 약 10분에 1 정도의 상대적으로 굉장히 저렴한 비용이다.

상온, 상압에서 안정적인 액체로 존재한다는 물성 덕분에 메탄올은 벙커링 시스템을 구축하는데 가격이 저렴할 뿐만 아니라 다양한 환경에서 주유가 가능하다. 즉, 연료 공급은 비교적 적으면서 충분한 공간과 자금이 투자되기 어려운 소형 선박을 위한 연료로서는 LNG에 비해 메탄올이 더 큰 강점을 갖고있다. 아래 이메일은 스웨덴 선반 연구소 SSPA Sweden AB에서 진행 중인 소형 메탄올 추진선 개발 및 보급을 목표로 하는 SUMMEHT 프로젝트 매니저 Joanne Ellis와의 인터뷰 내용이다.

“네, 메탄올은 소형 선박 연료로 사용되었을 때 추가적인 이점이 있다고 생각합니다.”
- 선박 내에서의 저장 방식: 메탄올은 LNG와 다르게 상온, 상압에서 안정적인 액체 상태를 유지하기 때문에, 선 내의 연료 탱크 건조에 복잡하거나 제한적이지 않고 자유롭고 간단하게 위치시킬 수 있습니다.
- 주유 시설의 보급: 메탄올은 공급 및 저장이 용이하기 때문에, 작은 항구, 작은 선박에 추가 설비 없이 간단하게 적용이 가능하다.


 메탄올 연료 추진선은 선박 제조 및 운영에서 경쟁력 있는 페이백 타임을 갖고있을 뿐만 아니라 비교적 저렴한 초기 인프라 시설 투자 비용이라는 경제적인 장점을 갖고있다. 기술적인 면에서도 액체라는 안정성을 이용한다면, 소형 선박 건조와 활용에서 더 큰 장점을 발휘할 수 있는 대체 연료이다. 정부의 지원과 신 산업 추진을 통해 앞으로 다가올 ECAs 규제에서도 운행이 가능한 소형 메탄올 선박을 개발하여야 한다.


6) 메탄올 연료 중, 소형 선박 개발 및 시범 도입 사례

(1) EffShip - Efficient Shipping with Low Emissions (스웨덴 정부 국가 사업)
 EffShip 프로젝트는 에너지 효율이 높고 환경에 미치는 영향이 최소화하며 지속 가능하고 성공적인 해상 운송 산업을 위해 다양한 선박 연료에 대한 연구를 진행하였다. 기존 인프라 내에서의 신속한 가용성, 저렴한 투자 비용, 비교적 간단한 엔진 및 선박용 기술 적용을 고려할 때 메탄올이 최고의 대체 연료라고 결론지었습니다. 환경에 미치는 영향을 연구한 결과는 디젤 연료와 유사한 엔진 효율을 유지하면서도 매우 낮은 미세먼지 배출량 및 낮은 NOx, SOx 배출량을 보여주었다[7]. 

(2) SUMMETH - Sustainable marine methanol
 SUMMETH 프로젝트는 소형 메탄올 연료 추진선 개발 및 보급을 최종 목표로 하고있다. 다양한 설계의 메탄올 엔진 연소를 실험 및 평가하여 적용 가능한 소형 엔진(약 250 kW ~ 1200 kW)을 개발 후 발전시키고 있으며 현재는 소형 디젤 선박을 개조하여 메탄올 연료 추진선을 제조 가능한 기술 상태이다. 추가적으로 소형 메탄올 선박 잠재 시장과 메탄올 연료 공급망에 대한 조사도 진행 중이다.

 ECAs에 해당되는 스웨덴은 이미 10여년 전부터 정부 차원의 국가 사업으로 메탄올 선박의 가능성을 확인하고 소형 메탄올 선박에 초점을 맞추어 프로젝트를 진행 중이다. 아직 한국은 ECAs 해당 국가는 아니지만 충분히 그 가능성이 거론되고 있는 상태에서  한국 정부도 소형 메탄올 선박 건조 개발 및 보급을 국가 사업으로 지정하여 지원을 해야한다.


7) 여수·광양항만공사, 메탄올 선박 도입의 거점

여수·광양 항만공사는 메탄올 선박 도입에 있어 아래와 같은 다양한 이점을 갖고있다. 

(1) 저렴하고 원활한 연료 공급
 한국 메탄올 공급량의 50%를 차지하고 있는 (주)메타넥스 코리아는 여수-광양항만공사의 낙포부두에는 13만 2000kL의 메탄올 저장이 가능한 저장 시설을 이용하여 메탄올을 수입 및 공급하고 있다. 원료 공급에 있어 추가적인 인건비와 운송비에서 큰 이점을 볼 수 있다.

(2) 벙커링 시스템 초기 투자비용 절감
 메탄올 벙커링 시스템은 메탄올 운송을 위해 선박에 싣는 선적 설비와 비슷한 구조를 갖고있다. 즉, 이미 메탄올 수입 및 공급에 이용되고 있는 항만의 선적 설비들과 안내 절차들을 약간의 수정 만을 통해 벙커링 시스템에 적용할 수 있는 것이다. (주)메타넥스 코리아와의 협업을 통해 초기 투자비용을 줄일 수 있을 것이다. 

(3) 전문 인력 확보 가능
 해양 연료로서 메탄올의 사용은 새로운 도전이기 때문에 유사 업종의 전문가들의 경험이 중요하다. 메탄올의 취급, 운송 및 사용은 (주)메타넥스 코리아와 같은 화학 업계에서 오랫동안 확립 된 절차이며 적절한 규정, 지침 및 모범 사례를 교육받은 전문 인력들이 여수·광양 항만 내에 배치되어있다. 즉, 전문 인력들의 확보가 용이한 위치이다.

(4) 정부의 바이오 메탄올 생산 로드맵 발표
 미래창조과학부는 ‘9대 국가전략사업’의 일환으로 2017년부터 6년간 475억원을 투입해 광양·여수 산업단지 등에서 배출되는 이산화탄소로 바이오 메탄올 등 유용한 화학원료를 생산하는 로드맵을 발표하였다. 


8) 친환경 선박 제조에 뒤쳐진 한국. 앞으로 해나가야 하는 변화와 도전

 한국의 선박 제조기술을 세계 최고수준이다. 이에 걸맞게 2016년부터 현대미포조선은 세계 최초 메탄올 추진 선박 ‘린단거(LINDANGER)’호 등 2척을 건조하였다.[8] 현재는 메탄올 추진 선박 4척 건조 계약을 앞두고 있다. 이미 한국에서 메탄올 선박을 건조할 수 있는 기술을 갖고있다. 

<사진2> World First Methanol-Fueled Ship Debuts in South Korea

출처: http://worldmaritimenews.com/archives/189578/first-methanol-fueled-ship-debuts-in-south-korea/
 그러나 정부의 주도적인 지원이 밑바탕이 되지 않는다면 미래에 유망한 메탄올 선박 건조 기술은 언제든지 뒤쳐질 수 있다.  LNG선박에서처럼 말이다. 한국의 LNG 선박 건조와 LNG벙커링 기술이 중국, 일본, 싱가포르 보다 앞서 세계적인 수준으로 시작하였으나, 정부의 LNG연료추진선과 LNG벙커링 정책 수립이 3년 지연되고, 국내 선주사의 관심을 못 받고 한국가스공사를 포함한 가스업계에서의 기술개발 및 사업 투자가 적극적이지 못하여 현재는 아시아에서 4위(1위 : 중국, 2위 : 싱가포르, 3위 : 일본) 수준이 된 상황이다.[9] 

 Effship, SPIRETH, GERMANICA, Methaship, LeanShips, SUMMETH 등 이 모든 것이 지금까지 메탄올 선박 개발 및 관련 기술 개발과 관련 법규 수정을 위해 세계가 보인 노력들이다. 이와 같이 세계는 급속히 친환경 메탄올 선박에 집중하기 시작했다. 그러나 한국은 선박 제조 1위의 국가 임에도 이런 흐름에 동참하지 못하고 있다. 

 실제적인 메탄올 연료 추진선 개발 및 보급이 추진되기 위해 아래의 몇 가지 제안을 하고자 한다. 이러한 실질적인 지원과 활동을 통해 소형 메탄올 연료 추진 선박의 보급이 하루속히 이루어지고, 전 국민들에게 저공해 연료 사용하는 선박을 통한 대기오염과 온실가스 감축과 조선/해양 산업 발전이 되기를 기대한다.

1. 해외 사례와 같이 메탄올 연료 추진 선박 건조 및 관련 연구를 국가 연구개발(R&D) 사업으로 지정하여 건조 관련 핵심기술을 개발하며, 선박 건조 기술 표준화, 관련 기자재 성능 평가 기반 구축, 설계 전문 인력 양성 등도 함께 추진해나가야 한다. 

2. 선박 배출가스에 의한 국민들의 조기 사망자를 줄이기 위해 환경부의 선박 배출가스 조사결과 조기 마무리와, 더불어 한국 연근해역을 대상으로 배출가스 규제 지정해역을 설정하는 것이 필요하다.

3. 스웨덴 정부와 같이 여수·광양 항만공사에 시범사업을 통해 기술 개발과 시장 조사를 통한 보급사업을 같이 진행할 수 있는 속도감 있는 프로젝트 추진이 필요하다. 

4. 메탄올은 유독성 화학물질이기 때문에, 안전한 관리 및 운영을 위한 적절한 법적 규정 및 지침을 작성하여 충분한 교육을 받은 전문 인력을 양성해야 한다.

5. 효율적인 메탄올 선박 엔진의 장착이 이뤄질 수 위한 네거티브 법률 법률을 완화시켜야 한다.




































<reference>

[1] (정책설명자료)_국민안전처, 선박 대기오염물질 배출 관리 강화 추진 
[2]http://www.yonhapnews.co.kr/bulletin/2015/09/01/0200000000AKR20150901068000051.HTML?input=1195m
[3] source: IEA-ETSAP and IRENA Technology Brief 108-January2013
[4]http://www.methanol.org/wp-content/uploads/2016/07/EMSA-Study-on-the-use-of-ethyl-and-methyl-alcohol-as-alternative-fuels-June-2016.pdf
[5] Danish Maritime Authority. 2012. North European LNG Infrastructure Project – A feasibility study for an LNG filling station infrastructure and test of recommendations. Appendix 3 Ship Cost Analysis. Copenhagen: Danish Maritime Authority. 
[6] Andersson, K., Marquez Salazar, C. 2015. Methanol as a Marine Fuel. London: FCBI Energy. 
[7] Stenhede, T. 2013. EffShip WP2 Present and Future Maritime Fuels Report. Gothenburg: SSPA. 
[8]http://www.hmd.co.kr/05_news/01.php?action=read&page=1&seq=11883&keyfield=subject&keyword=%B8%DE%C5%BA%BF%C3
[9]http://www.gasnews.com/news/articleView.html?idxno=76593
[45] COWI. 2015. State of the Art on Alternative Fuels Transport Systems in the European Union. Available: http://ec.europa.eu/transport/themes/sustainable/studies/doc/2015- 07-alter-fuels-transport-syst-in-eu.pdf 
[68] Bengtsson, S., Andersson, K., Ellis, J., Haraldsson, L., Ramne, B., and P. Stefenson. 2012. Criteria for Future Marine Fuels. Proceedings from the IAME 2012 Conference, 6-8 September 2012, Taipei, Taiwan. 
[70] EIA. 2015. Annual Energy Outlook 2015 with projections to 2040. Washington, D.C.: US Energy Information Administration. Available from: http://www.eia.gov/forecasts/aeo/ [Accessed: 14.08.2015]. 
[8] Methanex. 2013. Waterfront Shipping to Commission New Ships Built With Flex-Fuel Engines. [Press release]. Available: https://www.methanex.com/news/waterfront- shipping-commission-new-ships-built-flex-fuel-engines [accessed: 20150629]. 


<도표1>http://www.gasnews.com/news/articleView.html?idxno=76593
<도표2>IMO Marine Engine Regulations
<도표3>Breynolf et al, 2014
<도표4> Study on the use of ethyl and methyl alcohol as alternative fuels in shipping, Final Report Version 2015.12.04, Joanne Ellis(SSPA Sweden AB)
<도표5> EMSA Study on the use of ethyl and methyl alcohol as alternative fuels June-2016
<도표6> EMSA Study on the use of ethyl and methyl alcohol as alternative fuels June-2016
<도표7> EMSA Study on the use of ethyl and methyl alcohol as alternative fuels June-2016
<도표8> EMSA Study on the use of ethyl and methyl alcohol as alternative fuels June-2016


<사진1> IMO
<사진2> http://worldmaritimenews.com/archives/189578/first-methanol-fueled-ship-debuts-in-south-korea/


<인터뷰> 
Ms. Joanne Ellis, SSPA SUMMETH project manager
Mr.Dom Lavigne, Director of Government & Public Affairs, Methanol Institute(MI)
(주) 메타넥스 코리아, 서석찬 차장
인천항만공사 홍보팀, 정민철 대리
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