Insights
KR Decarbonization Magazine
VOL.08 | AUTUMN 2024
2024년 IMO DCS/CII 2024년 CII
검증 결과
검증 결과 및 등급 현황
KR 친환경기술팀, 김진희 파트장
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국제해사기구(IMO)가 발표한 ‘선박으로부터의 해양 오염 방지를 위한 국제협약’ 부속서 6의 제28 규칙(Operational Carbon Intensity)에 따라, 국제항해에 종사하는 5,000GT 이상의 선박을 대상으로 탄소집약도지수(CII, Carbon Intensity Indicator) 규제가 적용 중이며, 이에 대한 첫 검증이 2024년 진행되었다. 동 부속서 6의 27규칙(Collection and Reporting of Ship Fuel Oil Consumption Data)에 따라, CII는 선박의 온실가스 배출량을 나타내는 지수로서, 규제 대상 선박의 보고 내용과 검증된 운항 정보를 기반으로 도출된다.
2022년 11월에 발효된 CII 규제에 따라, 대상 선박은 2023년 1월 1일부터 12월 31일까지 운항 정보를 수집 및 보고하였고, 보고된 데이터를 기반으로 CII 값과 선박별 등급이 도출되었다. 선박의 등급은 IMO의 CII 등급 산정 기준에 따라, A등급부터 E등급까지 부여받게 된다.
KR은 선박 온실가스 규제 관련 보고 및 검증 시스템인 KR GEARS를 통해, 검증 및 증서 발급 업무를 수행했고, 검증된 선박의 CII 등급 현황을 소개하고자 한다.
2024년 CII 검증 결과
KR은 상기 27규칙에 의거, 2024년 7월까지 총 1,652척 선박에 대한 검증을 수행했다. 이중 CII 규제에 따라 검증받은 선박은 총 1,374척이다. 먼저 전체 검증 선박의 CII 등급 분포와 비율은 아래와 같다.
등급 | A | B | C | D | E |
---|---|---|---|---|---|
척수 | 241 | 303 | 397 | 308 | 125 |
전체 검증 선박의 등급 현황
추가적으로 선종별 분포 확인 작업을 진행했다. CII 규제가 적용되는 선종은 그리고 각 선종별 CII 등급 현황이다. 총 12종*으로, 검증 신청된 선종별 척수를 감안하여 RO-RO Cargo Ship (Vehicle Carrier), RO-RO Cargo Ship, RO-RO Passenger Ship은 RORO Ship으로 간주하고, Combination Carrier 및 Refrigerated Cargo Carrier는 그 외 선종으로 구분했다. 검증 완료된 선박의 선종별 CII 검증 척수는 아래와 같다.
* 규제 대상 선종 : Bulk Carrier, Gas Carrier, Tanker, Container Ship, General Cargo Ship, Refrigerated Cargo Ship, Combination Carrier, LNG Carrier, RO-RO Cargo ship(Vehicle Carrier), RO-RO Cargo Ship, RO-RO Passenger Ship, Cruise Passenger Ship having Non-conventional Propulsion
선종 | 척수 | 비율 |
---|---|---|
Container Ship | 267 | 19% |
Bulk Carrier | 462 | 34% |
Tanker | 360 | 26% |
LNG Carrierr | 47 | 3% |
GAS Carrierr | 52 | 4% |
General Cargo Ship | 71 | 5% |
RO-RO Ship | 105 | 8% |
그 외 (Combination Carrier, Refrigerated Cargo Carrier) |
10 | 1% |
총합 | 1,374 | 100% |
그리고 각 선종별 CII 등급 현황이다.
Container Ship
Bulk Carrier
Tanker
LNG Carrier
GAS Carrier
General Cargo Ship
RO-RO Ship
그 외 선종
선종별 CII 등급의 분포 현황을 비교한 그래프는 아래와 같다.
선종별 CII 등급 분포
KR을 통해 검증이 완료된 선박의 CII 등급은 비교적 높은 등급(A~B)과 낮은 등급 (C~E)이 4대 6의 비율을 보였다. 선종별 등급 현황을 살펴보면, 높은 등급의 비율이 50%를 넘는 선종은 Container Ship과 GAS Carrier, General Cargo Ship이었다. 그리고 Bulk Carrer, RO-RO Ship의 경우, 타 선종에 비해 낮은 등급 선박의 분포값이 월등히 높게(Bulk Carrier: 75%, RO-RO Ship: 89%) 산출되었다.
2023년 IMO DCS 검증 결과와 비교
2024년 검증 완료된 CII 값 및 등급 현황 검토를 위해, 2023년에 검증된 IMO DCS 데이터와 비교 분석하였다. 2023년 데이터의 경우, 2024년에 검증된 선박과 동일한 선박(1,394척 중 1,094척)을 선출하여 각각의 데이터를 대조했으며, 2024년과 동일한 감축율을 적용하여 등급별 분포를 비교했다.
먼저 전체 선박의 등급 분포이다. 2024년 검증된 선박 중 E등급 선박의 척수는 2023 년에 비해 감소한 수치를 보인다.
선종별 높은 CII 등급과 낮은 CII 등급 분포를 비교한 수치는 다음과 같다.
YEAR | 2023 | 2024 | ||
---|---|---|---|---|
A~B | C~E | A~B | C~E | |
Container Ship | 44% | 56% | 61% | 30% |
Bulk Carrier | 26% | 74% | 25% | 75% |
Tanker | 39% | 41% | 59% | 61% |
LNG Carrierr | 41% | 59% | 40% | 60% |
GAS Carrierr | 53% | 47% | 60% | 40% |
General Cargo Ship | 57% | 43% | 66% | 34% |
RO-RO Ship | 9% | 91% | 11% | 89% |
그 외 | 80% | 20% | 70% | 30% |
Container Ship, General Cargo Ship, Gas Carrier는, 2023년 대비 2024년에 높은 CII 등급의 비율이 증가하였으나, Bulk Carrier, Tanker, LNG Carrier, RO-RO ship은, 2023년과 유사한 비율을 유지하는 데 그쳤다.
추가로 2023~2024년 데이터에 대해 선종별 역년간 선속* 을 비교해보았을 때, LNG Carrier와 General Cargo Ship을 제외한 나머지 선종에서 2023년 대비 2024년은 낮아진 수치를 보였다.
* 역년간 운항거리/역년간 운항시간, 단위 NM/hour
선종 | 2023 | 2024 | 증감 |
---|---|---|---|
전체 | 11.84 | 11.93 | ↑0.09 |
Container Ship | 13.31 | 12.70 | ↓0.61 |
Bulk Carrier | 11.02 | 11.02 | - |
Tanker | 11.05 | 11.03 | ↓0.02 |
LNG Carrierr | 14.11 | 15.18 | ↑1.07 |
GAS Carrierr | 13.61 | 13.55 | ↓0.02 |
General Cargo Ship | 10.25 | 10.44 | ↑0.19 |
RO-RO Ship | 15.73 | 14.77 | ↓0.96 |
그 외 | 13.29 | 12.93 | ↓0.36 |
CII 검증 결과 및 현황에 대한 총평
금년은 선박 CII 규제 이행 첫해로서 현실적인 문제 등에 의해 저탄소 연료(예: 바이오 연료) 사용, 선박 에너지 저감, 온실가스 저감 기술 등의 적용 사례가 적을 것으로 예상된 해였다.
2023년 보고된 데이터 대비, 높은 등급(A 또는 B)의 비율이 낮은 등급(C, D, E)에 비해 약 7%가 증가했고, 특히 전년도에 비해 E등급 선박의 비율이 감소했음을 확인할 수 있었다. 단일 연도 데이터에 대한 CII 검증 시, E등급을 부여받은 선박은 CII 개선을 위한 추가적인 대책을 고려하고, 이를 선박 에너지효율 관리계획서(SEEMP, Ship Energy Efficiency Management Plan) Part III에 반영하여 선급의 검증을 받아야 한다. 하여, 이와 같은 행정적 불편을 방지하고 규제 이행을 위해 노력한 결과, 2023년 대비 적은 척수의 선박이 E등급을 부여받은 것으로 사료된다.
선종별 CII 등급의 특성을 살펴보면, Container Ship과 General Cargo Ship을 제외한 다른 선종에서는 CII 규제 이행 첫 해임에도 불구하고, 2023년도와 CII 등급의 분포가 유사하게 나왔다. 이는 선종별 운항 특성을 고려해 판단할 필요가 있다.
Container Ship의 경우, 44%였던 2023년 대비 높은 CII 등급(A 또는 B)의 비율이 61%로 늘어났다. 이에 대한 원인을 선박의 최적 운항으로 가정하고, 보고된 데이터를 기반으로 선박의 선속을 검토해 본 결과, 2023년 대비 약 4.6% 감속됨을 확인했다. 일반적으로 정기선인 Container Ship과 달리, Bulk Carrier의 경우 체선 시간이 긴 탓에 타 선종에 비해 운항거리가 짧은 편이며, 이는 CII 값 계산 과정에서 불리하게 적용된다.
그리고 선박 운항에 있어 화주의 요청이나 선적 일정에 영향을 받아, 경제 운항이 현실적으로 어려운 RO-RO(특히, RO-RO Cargo Ship(Vehicle Carrier)) Ship의 경우, 2024년 선속은 2023년 대비 감소했지만, 여전히 선속이 높다는 운항적 특성 때문에, 낮은(C, D, E) 등급 선박의 비율이 높게 나타난 것으로 사료된다.
RO-RO Ship과 유사한 운항 특징을 갖는 LNG Carrier나 GAS Carrier의 경우도 마찬가지로 낮은 CII 등급을 받는 경우가 있으나, LNG를 주로 소모하면서 기존 화석연료(HFO, LFO, MG/MDO) 보다 낮은 배출 계수를 갖기 때문에 RO-RO Ship보다는 나은 상황이다.
2024년 검증 결과, 일부 선박에서 저탄소 연료(바이오 연료)를 사용한 사례(10척)를 제외하고, CII 등급의 개선을 위한 최적 방안 적용 사례는 많지 않았다. 한편 CII 규제가 매해 강화됨에 따라, 올해 C등급이 부여된 선박도 금년의 운항 데이터 기록이 향후에도 동일 값으로 지속된다면 몇 년 뒤에는 D등급으로 하향 조정될 수 있음을 대상 선박 관련자들도 잘 알고 있다. 그렇기 때문에 대상 선박은 CII 규제 이행을 위한 조치 계획 수립 및 이행에 대한 부담을 점점 강하게 느끼고 있을 것으로 생각한다. 해운산업계와 유관 분야는 매해 CII 등급 현황에 대한 분석을 통해 해운산업계의 규제 이행 상황을 주시할 필요가 있다고 판단된다.
청정에너지 시대를 향한 항해: 액체수소 운송선의 핵심기술
KR 대체연료기술연구팀 노길태 수석
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서론
그린수소는 화석연료에 대한 지속 가능한 대안을 제시하고 다양한 산업의 탈탄소화에 중추적인 역할을 수행할 것으로 기대되고 있다. 하지만 그린수소는 생산 비용의 지역적 차이로 인해 대륙 간 해상운송이 불가피하며, 이에 따라 액체수소 운송선의 수요가 지속적으로 증가할 것으로 예상된다. 2023년에 발간된 IEA 보고서에 따르면, 2050년 액체수소 운송선은 누적 척수가 약 200척에 이를 것으로 예상되고 있다.
전 세계적으로 그린수소의 수요가 증가하고 있는 가운데, 일본의 '수소 프론티어(Suiso Frontier)'는 액체수소 운송선의 대표적인 실증 사례로 주목받고 있다. 이 선박은 호주에서 액체수소를 실어 일본으로 운송하는 것을 목적으로 하고 있으며, 2021년 12월 첫 운항을 시작하였다. 수소 프론티어를 필두로 현재 세계 여러 국가에서는 액체수소 운송선에 대한 연구개발 및 실증을 진행하고 있다.
본 글에서는 우선, 액체수소 운송선과 기존 LNG 운송선의 차이점을 살펴보고, 액체수소 운송선의 핵심 기술별 기술 현황 및 고려 사항에 대해 소개하고자 한다.
국내/외 액체수소 운송선의 개발현황
*전기추진선박
Note. DG: Diesel Generator, FC: Fuel Cell, GT-CC: Gas-Turbine Combined-Cycle, DF-ST: Dual-Fuel Steam Turbine. 출처 : Int. J. Hydrogen Energy 논문, 2024
세계 최초의 액체수소 운송선인
일본의 Suiso Frontier
C-Job Naval Architects & LH2 Europe 사의
액체수소 운송선의 콘셉트
한국조선해양이 개발 중인
액화수소 운송선의 콘셉트
GTT 사와 Total Energies 사를 중심으로 개발 중인
150k급 액체수소 운송선의 콘셉트
출처: HESC, 2020 / 출처: C-Job, 2022 / 출처: KSOE, 2021 / 출처: GTT, 2024
LNG 운송선과의 차이점
액체수소 운송선과 LNG 운송선은 유사한 기술적 접근 방식을 가지지만, 운반하는 화물의 특성상 서로 다른 설계 및 운영 기술이 요구된다. 이 차이는 주로 수소(H2)와 메탄 (CH4)의 물리적·화학적 특성 때문에 발생하며, 주요한 차이점은 아래와 같다.
온도 및 압력 관리 | 액체수소는 액체 상태를 유지하기 위해 LNG(-162°C) 보다 더 낮은 온도(-253°C)를 유지해야 하며, 이 때문에 LNG 운송선보다 고도의 단열 기술과 저온 기술이 필요하다. |
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화물 탱크 설계 | 액체수소 저장을 위해 현재 적용 가능한 상용 기술로는, 진공 단열된 탱크 또는 압축형 C-TYPE 탱크가 있다. 하지만, LNG와 같이 대용량 수소를 저장하기 위해서는 멤브레인 탱크가 보다 적합하며, 이와 관련된 화물창 기술 연구가 국내 및 해외에서 진행되고 있다. |
안전 및 환경 규정 | LNG 운송선의 천연가스는 수소보다는 무거워서 누출 시 공기 중에 오래 머물 수 있기 때문에 폭발의 위험이 존 재하며, 이에 대한 안전조치가 중요하다. 반면, 수소는 매우 가고 높은 확산성을 가지고 있어 누출 시 대기 중 으로 빠르게 확산이 가능하나, 농축 시에는 여전히 폭발 및 화재의 위험성을 가지고 있어, 이에 따른 특별한 안전 조치와 기준을 충족해야 한다. |
액체수소 운송선의 주요 기술
화물창 설계
액체수소 운송선의 화물창에는 주로 압축형 C-TYPE 탱크와 멤브레인형 탱크가 사용된다. 이 두 타입의 탱크는 각기 다른 운영 환경과 요구사항에 맞게 설계되며, 주요한 기술적 차이점은 아래와 같다.
독립형 C-TYPE 탱크 | C-TYPE 탱크는 압력을 잘 견딜 수 있는 원통형 또는 구형의 탱크로, 고압 상태의 액체나 가스를 저장할 수 있도록 설계되어 있다. C-TYPE 탱크의 벽은 진공과 단열재로 이중구조를 이루고 있어 열적 손실을 최소화 하며, 자체적인 진공 공간을 통해 열 교환을 차단한다. 액체수소의 증발 손실률을 낮추는 데에는 효과적이나, 대용량의 화물을 운송하기에는 공간적인 제약이 있어 적합하지 않다. |
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멤브레인형(Membrane)탱크 | 탱크의 내부를 유연한 멤브레인으로 둘러싸 액체의 직접적인 접촉을 방지하고, 액체의 열적 확장에 따라 탱크가 유연하게 대응할 수 있도록 설계된 시스템이다. 일반적으로 적층 구조로 되어 있으며, 각 층은 액체수소 의 저장 조건에 최적화된 열적, 기계적 특성을 갖추고 있다. 이러한 멤브레인형 탱크는 운송선의 화물창에 맞게 형태가 조정될 수 있으며, 확장과 수축을 자유롭게 할 수 있어 대용량 액체수소 운송에 적합하다. |
액체수소 운송선의 대표적인 화물창의 종류
출처: PNU Hydrogen Ship Technology Center
벙커링 시스템
벙커링 시스템은 수소를 선박에 안전하고 효율적으로 공급하는 기술로, 자동화 및 원격 조작 기능이 통합된 최신화 기술이 적용되고 있다. 액체수소 벙커링 기술 개발은 아직 한창 진행 중인 단계이며, 관련된 요소 기술은 아래와 같다.
비상차단시스템 (ESD System) |
벙커링 과정 중 어떠한 이상 상황이 발생할 경우를 대비 해, 안전밸브와 자동 차단 시스템을 설치하여 신속하게 공급을 중단할 수 있도록 한다. |
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호스 및 커플링 시스템 | 액체수소를 운송선으로 이송할 때 사용되는 호스와 커플링은 극저온에 견딜 수 있는 재료로 제작되어야 하며 우수한 밀봉 성능을 유지해야 한다. 또한, 쉽고 빠르게 연결 및 분리가 가능해야 한다. |
제어 및 감시 시스템 | 액체수소의 안전한 충전을 위해 충전 과정에서의 온도 와 압력을 실시간으로 모니터링해야 한다. 이는 수소 를 안전하게 밀봉된 상태로 유지시키고, 누출이나 과압 으로 인한 사고를 예방하기 위함이다. 또한, 자동화된 원격 제어시스템을 통해 벙커링 과정을 관리해야 하며, 모든 과정은 중앙의 감시 및 제어 아래 이루어져야 한다. |
Boil-off Handling (BOH) 시스템 |
벙커링 과정 중에는 상당한 양의 BOG가 발생할 수 있기 때문에 안전사고의 영향을 최소화하기 위한 조치가 마련되어야 한다. |
Boil-off Gas 처리 시스템
BOG 처리는 액체수소 운송선에서 중요한 기술적 도전과제 중 하나다. BOG는 액체수소가 저장 탱크에서 점차 기화되면서 발생하는 수소 기체를 의미하며, 이를 효율적으로 관리하고 활용하는 것이 중요하다. 이러한 BOG 처리 기술은 안전성을 높이고 운송 중에 에너지 손실을 최소화하기 위해 필수적이며, 아래와 같은 기술이 적용될 수 있다.
재액화 시스템 (Re-liquefaction Systems) |
재액화 시스템은 발생한 BOG를 다시 액체 상태로 전환 하는 기술로서, 이 시스템은 열교환기와 압축기를 사용 하여 수소가스를 냉각시키고, 액체수소의 온도 및 압력 범위 내에서 다시 액화시킨다. 이 기술은 에너지 효율 성을 높이고 수소의 손실을 최소화하는 데 매우 효과적 이나, 고가이고 시스템이 복잡해지는 문제점을 가지고 있다. |
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추진·발전용 연료로의 사용 | 발생하는 BOG는 선박의 추진시스템이나 발전시스템의 연료로 활용할 수 있으며, 이 방법은 BOG를 다시 액화 할 필요 없이 직접 활용하기 때문에, 에너지 회수 측면 에서 효율적이다. 즉, BOG는 선박에 설치된 수소연료 기반의 발전원을 통해 재사용되어 전기를 생산하거나 추 진력을 제공할 수 있다. 이는 LNG 운송선의 DFDE(Dual Fuel Diesel Electric) 방식과 동일한 개념이나, LNG 운송선에서는 LNG 이중연료 발전기·엔진을 사용했다 면, 액체수소 운송선의 경우 수소를 공급원으로 하기 때문에 연료전지나 수소엔진, 수소터빈이 발전원으로 적용될 수 있다. |
탱크의 압력 조절 | 탱크의 압력을 조절하여 BOG의 발생량을 관리할 수 있 다. 즉, 압력을 저감시키거나 적절한 수준으로 유지함으 로써, 수소의 기화를 최소화하는 데 도움을 줄 수 있다. |
GCU (Gas Combustion Unit) |
안전상 필요 시 GCU를 통해 BOG를 연소할 수도 있다. GCU의 용량은 요구되는 증기량을 충분히 소비할 수 있 음을 입증하여야 한다. 이러한 관점에서, 저속 조타 기간 및 선박의 추진이나 기타 작업 등에서 BOG 소모가 없는 기간이 고려되어야 한다. |
IMO 규정
2016년 11월, MSC 97차 회의에서 MSC.420(97) 문서 ‘Interim Recommendations for Carriage of Liquefied Hydrogen in Bulk(액체수소 산적 운반에 대한 잠정 권고안)’가 채택되었다. 본 문서는 세계 최초 1.25K급 액체수소 운송선인 ’Suiso Frontier’에만 적용되는 임시 기준안의 성격을 띠고 있다. 일본은 대용량의 액체수소를 운송하기 위해 2021년 7월 MSC 104차 회의에서 해당 권고안의 개정을 제안했다. 그리고 2023년 CCC 9차 회의에서는 잠정 권고안의 개정(안) 도출에 합의하였으며, 동 문서는 2024년 5월에 개최된 MSC 108차 회의에 제출되었다.
결론 및 시사점
국내에서도 액체수소 운송선을 통한 그린 및 블루 수소 도입을 정책적으로 고려하고 있다. 한국가스공사 (KOGAS)는 이러한 수요에 대응하기 위해 2029년 까지 10만 톤 규모의 해외 액체수소 도입 및 인프라 구축 계획을 발표하였다. 또한, 지난해 11월 정부는 ‘K-조선 차세대 선도 전략’을 통해, 탄소저감 미래선박 기술 중 하나로 액체수소 운송선의 원천기술 확보를 위한 포트폴리오를 제시하였다.
하지만 액체수소 운송선은 아직 해결해야 할 기술적 과제가 많으며, 이를 극복하기 위해 정부의 장기적인 지원과 국제 기술협력이 필수적이다. 또한 국제 규정의 정립을 통해 안전성을 검증하고 신뢰성을 높일 수 있어야 한다.
KR은 액체수소 운송선과 관련된 연구개발을 오래 전부터 수행하면서 관련된 기술 역량을 높여가고 있으며, 앞으로도 액체수소 운송선의 핵심 기술별 기술적 난제를 해결하고 수소 산업으로의 생태계 전환에 기여할 수 있도록 최선을 다할 계획이다.
액체수소 운송선과 관련된 주요 기술
※ 출처
1. International Energy Agency (IEA). ‘Energy technology perspectives’ (2023. 1.)
2. Kim, K., et al. ‘Economic study of hybrid power system using boil-off hydrogen for
liquid hydrogen carriers’ International
Journal of Hydrogen Energy 61 (2024. 4.)
3. 보도자료, ‘「K-조선 차세대 선도 전략」 세계 1위 선도한다’ (2023. 11.)
4. 해양수산부 & KMC, ‘탈탄소화 국제해사 동향’ (2023. 11.)