◆ 탄소중립연료 필요성 및 현황

IMO의 해운분야 탄소중립 달성 목표가 2050년경으로 빨라지면서 궁극적인 해결책인 탄소중립연료의 선박 적용을 위한 기술 개발이 가속화되고 있다. 대표적인 탄소중립 연소들을 비교해보았을 때 단기적으로 Advanced biofuel이 CO₂ 저감에 주요한 역할을 할 것이다. 중장기적으로는 그린 수소 기반의 연료, 특히 그린 암모니아가 해운 부문 탈탄소화의 중추적인 역할을 할 것으로 예상된다. 한편 수소는 극저온 및 과다 체적의 탱크, 수소 액화에 소요되는 에너지가 과대한 점과 같은 문제를 해결할 필요성이 있다. 이에 수소운반선 및 연안선 위주로 수소 연료 사용이 확대될 것으로 예상된다.

◆ 암모니아 배출규제 및 유해배출가스 저감기술

탄소중립연료 중 암모니아는 선박의 탑재, 연료의 가격 등에 장점이 있어 향후 선박 적용이 확대될 것으로 예측된다. 그러나 독성물질인 암모니아의 선박 적용에 대한 안전성 확보와 암모니아 연소가 가능한 엔진 개발 및 엔진에서 배출되는 질소산화물, 아산화질소 및 암모니아 슬립이 최소화되어야 한다. 특히 아산화질소는 온실가스 지수가 이산화탄소 대비 273배이어서 극소량 배출되도록 해야 하며, 암모니아 슬립 또한 인체에 유해하여 배출이 최소화되어야 한다.

엔진에서 배출되는 유해 배기가스를 저감하기 위해 엔진 후단에서 배출가스를 촉매로 처리하는 후처리 기술이 개발되고 있으나 엔진 내 연소 후 배출을 최소화하는 것이 중요하다. 아산화질소 및 암모니아 슬립을 저감하기 위해서는 고압연소실 분사 방식의 연소 시스템이 유리하며 질소산화물을 저감하기 위해서는 저압분사 방식이 유리하다. 암모니아 엔진 기술은 아직 초기 단계이며 저압분사 방식이 대부분이었다. 저압분사 방식의 4행정 암모니아 엔진 시험 결과를 살펴보면 암모니아 슬립이 과대하여 후처리가 필요한 실정이다. 다만 수소혼소와 연소 최적화를 통해 줄일 수 있음을 확인하였다. 반면 4행정 엔진 주요 개발사들은 고압 연소실 분사 방식을 채택하여 시험단계에 있다. 일부 엔진은 여전히 암모니아 슬립이 과대하게 나오고 있으며 최적화가 필요한 상황이다.

◆ 암모니아 엔진 개발 현황

국내에서는 HD현대그룹이 2024년 선급형식승인을 목표로 2개의 암모니아 엔진모델 개발을 진행하고 있으며, STX 엔진은 2025년 선박 실증을 목표로 암모니아 엔진을 개발하고 있다. 국외의 Wartsila는 2024년 암모니아 엔진 개발을 목표로, MAN ES는 2025년 이후 개발 목표로 하고 있다. 이에 따라 2024~2025년경에는 시장에 4행정 암모니아 엔진이 출시되며 이를 기점으로 암모니아 추진 선박이 시장에 확대되어 IMO의 GHG 저감 목표를 달성하기 위한 중요한 이정표가 될 것으로 보인다. 더불어 각 엔진 개발사는 시장에서 허용하는 수준의 배기가스 배출물 달성과 안전성이 확보되도록 노력하여 메탄올에 이은 탄소중립연료 암모니아 엔진을 고객에게 제공할 것이다.

※ 본 자료는 각사의 홍보자료에 기초하였습니다.