선사를 위한 맞춤형 탈탄소화 전략

배경 및 실행 계획

강화되는 IMO 환경규제에 따라 지속 가능한 미래를 구축하기 위한 해운 회사의 고민이 깊어지고 있다. IMO 는 2023년 진행된 MEPC 80차 회의에서 2050년 무렵까지 Net-Zero에 도달하겠다는 목표를 세웠으며, 이에 따라 기존 단기조치에서 LCA(Life Cycle Assessment) 가이드라인을 기반으로 한 GFS(GHG Fuel Standard) 조치와 시장기반 조치를 포함한 중기조치를 통해 규제할 예정이다.

따라서 각 해운 회사는 탈탄소화 전략을 세워 에너지 효율성 증대 및 GHG 배출량 감축을 이루는 것이 필수적이다. 탈탄소화를 효과적으로 이루기 위해서는 각 선사의 선대 현황에 따른 맞춤형 탈탄소화 전략이 요구되며, 나아가 선박별 운항적, 기술적, 경제적 사항이 최적화된 조치 방안을 마련해야 한다. 2023년 KR 은 한국 선사와 함께 탈탄소화 전략에 대한 공동연구를 수행하였는데, 해당 내용을 소개하도록 하겠다. 본 내용은 공동연구 결과에 대한 요약으로 선사명, 선종, 선명 등은 익명화 하였으며, 도표의 일부 내용은 편집 또는 삭제되었다.

선대 GHG 배출량 파악

동 선사의 맞춤형 탈탄소화 전략의 대상 선박은 GHG 보고 시스템인 KR Gears 플랫폼에 등록된 선박 46척이며, 선종A 32척, 선종B 8척, 선종C 5척, 선종D 1척이다.

KR Gears를 통해 보고된 DCS 자료를 바탕으로 2019년부터 2022년까지 4년간의 이산화탄소(CO₂) 배출량을 검토하였고 메탄(CH₄) 및 이산화질소 (N₂O)를 고려한 GHG 배출량 또한 평가하였다.

페널티 예상비용

본 연구 수행시에는 IMO 중기조치의 페널티 영향을 확인할 수 없었으므로, IMO의 기술적 조치와 경제적 조치가 채택될 것을 고려하여, 현재 EU 항구에 기항하는 선박에만 적용하고 있는 EU Fit for 55의 EU ETS 및 FuelEU Maritime 규정이 전체 항로에 적용되었다는 가정 하에 페널티 예상 비용을 추정하였다. 아래 그림은 IMO 중기조치에 대응하는 EU Fit for 55의 규제를 보여준다.

동 선사의 2022년 IMO DCS(Data Collection System) 및 EU MRV (Monitoring, Reporting & Verification) 보고자료를 바탕으로 평가한 IMO 중기조치 및 EU Fit for 55에 대한 연간 페널티 비용은 아래와 같다. 페널티 비용을 동일 금액으로 가정 시 EU 항구 기항에 따른 발생하는 비용은 IMO DCS 를 바탕으로 한 전체 운항 대비 약 7% 정도였으며, 시간이 지날수록 급격하게 증가함을 알 수 있다.

선사 자체 GHG 감축 목표 설정

IMO 2023년 GHG 감축 전략에서는 2050년 Net-Zero를 달성하는 것을 목표로 하고 있다. 하지만 동 선사의 경우, 보다 빠른 탈탄소화 달성을 위해 IMO 목표보다 5년 앞선 2045년 Net-Zero 목표를 확정하였다. 이에 따라 본 연구에서도 2045년을 Net-Zero 목표 시한으로 설정하였고, 중간 목표로 개별 선박의 탄소집약도 목표를 2030년 40%, 2040년 80%로 설정하여 전체 GHG 배출량 감축 정도를 평가하였다.

이번 프로젝트에서 수행한 46척의 선박을 대상으로 탄소집약도 목표를 앞서 언급한 바와 같이 설정 시, GHG 배출량은 2022년 대비 2030년 20% 감축, 2040년 73% 감축, 2045년 Net-Zero 달성이 가능하다.

감축목표에 따른 조치 방안

먼저 2023년부터 적용 받고 있는 동 선사의 선박별 CII 예상등급을 검토하였다. 2022년 IMO DCS 데이터를 기반으로 산정하였으며 아래와 같이 2026년까지 예상 CII 값을 평가하였다.

특히 Ship Type A의 일부 선박은 낮은 CII 등급으로 시정 조치 계획을 포함한 SEEMP Part III 재승인이 필요하지만 Ship Type B, C 및 D의 경우에는 추가적인 조치가 필요하지 않을 것으로 예상되었다.

GHG 감축을 위해서는 우선적으로 각 선박의 운항 패턴을 분석함으로써 운항상 조치를 통한 개선방안을 검토해야 한다. 즉, 선사는 선박별 운항 속도, 출력, 정박 일수, 화물 운송량 등과 같은 주요 요소들을 연간 또는 항차 단위로 체계적인 데이터 수집을 통하여 CII 등급이 낮은 선박에 대한 원인을 분석하고, CII 등급이 높은 선박의 운항패턴을 벤치마킹하여 최적화된 운항 가이드라인을 개발하여야 한다. CO₂ 배출량 분석을 위해 IMO DCS 데이터와 선박의 Noon Report를 사용하여 일별 연료소모량을 분석하였다. 이에 따라 운항 패턴을 분석하여 연료 소모량을 분류하고 CII Rating C 유지를 위한 가능 속도를 검토하였다. 그리고 CII 등급에 영향을 주는 디자인, Fouling, 해상 상태, Anchoring 및 접안 영향 등을 분석하였다.

운항 패턴 분석 결과 Ageing 영향은 식별되지 않았지만 Fouling은 Dry Docking 후 2년 뒤부터 식별되었다. 디자인 특성에 따른 영향을 검토하였으며 해상 상태에 따른 속도 손실이 얼마나 발생하는지도 도출하였다. 또한 Anchoring 및 Berthing 비율이 높은 선박을 식별하였다.

CO₂ 배출량 절감을 위한 조치 방안으로는 앞에서 검토한 운항적 조치부터 고성능 방오도료, 바이오 디젤, 에너지절감 장치, 대체연료 엔진 개조, 선상 탄소 포집 장치까지 7개의 옵션을 적용하였다.

조치 방안 적용은 선박 별로 지정 CO₂ 배출량 목표를 준수하기 위해 최적 옵션을 조합하여 적용하였으며 상세한 조치 방안 및 비용, 효과 등은 지면 관계상 생략하였다.

상기의 7가지 옵션의 적용이 쉬운 순서부터 어려운 순서를 조합하여 복합적인 조치(Path) 7가지를 설정하고 최적 조치 방안을 검토하였다. 다음은 한 척의 대상 선박에 대해 경로별 조치방안을 나타낸 것이다.

위와 같이 모든 선박에 대해 동일한 작업을 수행하였으며 옵션별 비용을 반영하여 경제성 평가를 실시하였다. 아래 그림은 대상 선박에 대한 경로별 누적 비용을 보여준다. 경로2와 경로3의 누적비용이 낮은 반면, 해당 경로를 선택한 선박은 2039년 이후 감축 목표에 충족하지 못하는 수치를 보인다. 그러므로 본 선박의 경우에는 2039년이 되기 전 별도의 조치(ex. 선박 대체 등)가 필요 하다는 것을 알 수 있다.

맞춤형 탈탄소화 전략

상기와 같은 방법을 통해 선령 25년 시점의 매각을 가정하에 전체 선박을 검토하여 평가하였다. 최적 탈탄소화 경로를 채택했을 때와 아무런 조치를 하지 않고 현재 상태로 운항 시 선령 25년 기준으로 46척의 총 비용의 차이는 ‘1,468million USD’로 약 21%의 비용을 절감할 수 있다.

아래 그림은 각 선박에 대하여 감축 방안 옵션별 최적 적용 연도를 표시한 것이다.

결론

IMO의 감축 목표를 달성하기 위하여 중장기적으로 저탄소 무탄소 친환경 연료 선박으로의 전환이 필요하다. 그렇지만 현재 운항중인 현존선에 대해서도 효과적인 맞춤형 탈탄소화 전략을 수립하고 선박에 적용한다면 선사 전체의 GHG 감축에 큰 효과를 발휘할 수 있을 것이며 선박의 수명주기 동안 충분히 시장경쟁력을 확보할 수 있을 것으로 판단한다.

특히, 아래 사항의 지속적인 업데이트를 통하여 선사의 탈탄소화 전략은 최신화되어야 할 것이다.