hi, hhi 현대중공업 기업블로그

탄소저감 ‘LNG추진선’ 기술 선도

LNG는 상용화된 선박 연료 가운데 가장 우수한 탄소저감효과를 가지고 있어요. 중유(Fuel Oil)보다 황산화물과 미세먼지(PM)를 99%, 질소산화물(NOx)을 80%, 이산화탄소(CO2)를 23%까지 저감할 수 있죠.

현대중공업은 지난 2012년 덴마크 만디젤앤터보(MAN Diesel&Turbo)와 함께 세계 최초로 ‘LNG이중연료엔진 패키지’를 개발했어요. LNG이중연료(Dual Fuel)엔진은 선박 디젤연료와 LNG 두 가지 연료를 선택적으로 사용해 각종 유해 배기가스를 크게 줄이죠.

올해 6월에는 현대중공업이 ‘저압식 LNG이중연료엔진(MEGA)’을 세계 최초로 생산하며, 친환경 엔진 분야에서 시장을 선도하고 있어요. 저압식 LNG이중연료엔진은 낮은 압력으로 연료를 공급함으로써 기존보다 연료공급시스템을 단순화해 설치비용이 저렴한 데다, 배기가스 재순환(EGR) 기술도 적용해 엔진효율을 끌어올려 친환경성을 더욱 강화했죠.

이외에도 현대중공업그룹은 지난 2018년 ‘선박용 혼합냉매재액화시스템’을 개발해 LNG추진·운반선의 설비 에너지효율을 크게 끌어올렸어요.

독자 개발한 단일냉매 LNG재액화시스템(Hi-ERSN)도 지난 4월 나이지리아 선사로부터 첫 수주에 성공, 현대삼호중공업에서 건조되는 17만4천세제곱미터(㎥)급 LNG선(SH8177~78호선)에 처음 탑재돼요.

이 시스템은 LNG화물창에서 발생하는 증발가스(BOG)를 완전 재액화하는 것으로, 공기 중에 흔한 질소(N2)로만 냉매를 구성해 친환경적이고 폭발 위험을 대폭 줄였죠. 특히, 연료추진시스템에 공급되는 증발가스에서 발생하는 ‘잉여 냉열’을 활용해 작업 부하를 줄이는 등 기존보다 20% 이상 에너지효율을 높일 수 있어요.

이와 함께 현대중공업그룹은 LNG추진 방식의 선종을 점차 늘려가고 있어요. 현대미포조선은 지난 2018년 LNG이중연료엔진이 탑재된 벌크선(HMD6156호선)을 시작으로 지금까지 LNG벙커링, LNG선, PC선, 자동차운반선(RO-RO) 등 5종을 성공적으로 인도했죠.

현대삼호중공업도 지난 2018년 세계 최초로 LNG추진 원유운반선(SH919호선)과 지난 2020년 초대형 컨테이너선(SH990호선), 대양 항해 벌크선(8034호선) 등을 잇달아 인도했어요.

올해 4월과 9월에는 현대삼호중공업이 중동 선사로부터 차량 7천500대를 운송할 수 있는 LNG추진 대형 자동차운반선(PCTC) 4척(SH8130~1, 8143~4호선)에 대한 건조 계약을 맺고 설계 중이죠.

청정연료 ‘수소’, 엔진으로 사용 확대

현대중공업그룹이 국내 조선업계 최초로 수소엔진 첫 단계인 ‘혼소(混燒)엔진’을 개발했어요. 한국조선해양과 현대중공업은 지난 9월 말 현대중공업 힘센기술센터에서 독자 기술로 ‘1.5MW급 LNG·수소 혼소 힘센(HiMSEN)엔진’에 대한 성능 실증시험을 성공적으로 마쳤죠.

이 혼소엔진은 기본설계 승인(Approval in Principle/AIP)을 위한 이번 시험에서 엔진의 운전안정성과 안전성 등 우수한 성능을 확인했어요.

LNG이중연료엔진을 기반으로 개발한 LNG·수소 혼소엔진은 선박 디젤연료와 LNG에 무탄소 연료인 수소를 혼합한 연료를 선택적으로 사용해 이산화탄소 배출량을 더욱 저감하는 신개념 친환경 엔진이에요.

특히, LNG와 수소의 혼합 비율을 세계 최고 수준인 35%까지 끌어올려 디젤엔진 대비 이산화탄소 배출량을 32% 저감한 것이 특징이죠.

또한 연소실 압축비 개선과 희박(稀薄)연소 기술을 통해 안정적인 연소를 돕고, 배기가스 가운데 이산화탄소, 메탄 등의 각종 온실가스를 줄이는 효과도 거둘 수 있어요.

이 LNG·수소 혼소엔진은 육·해상 발전용, 소형 선박의 추진용 등으로 사용 가능하며, 향후 높은 성장가능성을 갖춘 액화수소운반선이 상용화되면 운항 중에 발생하는 수소 증발가스를 연료로 재사용할 수 있어요.

연료전지 개발 등 ‘수소드림 2030’ 선언

수소는 자연에 무한하게 존재하고 탄소를 함유하지 않아 이산화탄소를 비롯해 온실가스 배출이 전혀 없는 청정 연료죠.

세계수소위원회의 ‘수소 규모 확장(Hydrogen, Scaling Up)’ 보고서에 따르면, 전 세계 수소 시장은 2050년 2조 5천억 달러 규모로 성장해 전체 에너지 수요의 18%를 차지할 것으로 전망돼요.

현대중공업그룹은 오는 2030년까지 수소의 생산부터 운송, 저장, 활용에 이르는 수소 생태계를 구축하는 ‘수소 드림(Dream) 2030’을 추진하고 있어요. 이를 위해 ‘선박용 수소연료전지’를 핵심 기술로 개발하고 있죠.

현대중공업그룹은 지난 2019년 수소와 액화천연가스(LNG)등의 연료로 전력을 생산하는 ‘고체산화물 연료전지(SOFC)추진시스템’을 개발했고, 이를 탑재한 중대형 원유운반선도 지난 2020년 DNV로부터 기본설계 승인을 받았어요.

지난해부터 현대자동차 및 오스트리아 AVL사 등과 함께 상온에서 작동하는 ‘고분자전해질 연료전지(PEMFC)’ 기반의 수소연료전지시스템 패키지 개발에 나서는 등 수소 선박 사업에 속도를 내고 있죠.

이외에도 수소를 액화시킨 후 전 세계에 대량 공급하는 2만 입방미터급 상업용 액화수소운반선이 2020년 세계 최초로 기본설계 승인을 받았어요. 현대중공업그룹은 포스코, 선박해양플랜트연구소, 하이리움산업 등과 ‘저장용량 400킬로그램(㎏)급 액화수소 연료탱크’를 공동 개발해, 올해 1월 기본설계 승인을 받기도 했죠.

메탄올추진선 분야도 앞선 성과

현대중공업그룹은 LNG·수소 혼소엔진 외에도 다양한 친환경 연료 추진선을 선보이며 탄소중립 시대에 대비하고 있어요.

특히, 현대중공업그룹은 현대미포조선을 중심으로 메탄올추진선 분야에서 우수한 성과를 내고 있죠.

현대미포조선은 지난 2016년 세계 최초의 메탄올 추진 5만톤급 석유화학제품운반선(PC선) 4척 이후에 지금까지 모두 14척의 동종선을 인도했고, 2척은 설계·건조 중이에요.

이 경험을 토대로 현대미포조선은 지난해 7월 머스크(Maersk)사로부터 메탄올 추진 2천100TEU급 컨테이너선 1척(HMD 4168호선)을 수주한데 이어, 현대중공업도 동사로부터 메탄올 추진 1만6천200TEU급 컨테이너선 12척(3322~9, 3336~9호선)을 수주하는 등 메탄올 추진선도 대형화할 수 있다는 신호탄을 쏘아 올렸어요.

‘메탄올’은 기존 중유(Fuel Oil)에 비해 황산화물 99%, 질소산화물 80%, 이산화탄소 10%까지 저감하며, 재생에너지로 생산되는 ‘그린 메탄올’은 탄소중립 연료로 주목받고 있죠. 해양에 배출됐을 때 물에 빠르게 녹고 생분해돼 해양 오염을 일으키지 않는다는 것이 특징이에요.

메탄올 추진선박은 엔진에 이중배관(Double wall pipe)을 적용, 공급배관 파손 등에도 누출된 메탄올을 선외로 안전하게 배출시키죠. 아울러 누출 감지 및 환기 장비를 선내에 구비하고 있어, 메탄올 독성으로 인한 문제는 크게 염려하지 않아도 돼요.

암모니아 엔진 등 기술 개발 활발

현대중공업은 메탄올 이중연료 힘센엔진을 독자 기술로 개발해 지난해 6월 첫 수주에 성공했고, 지난해 9월 한국선급(KR)으로부터 업계 최초로 친환경 암모니아 연료분사시스템에 대한 기본설계 인증을 획득하는 등 탄소중립 시대 실현을 위해 다양한 청정연료 엔진 개발에 힘쓰고 있어요.

최근에는 현대삼호중공업이 공기윤활시스템(Hi-ALS)과 축발전기(Shaft Generator)를 선박에 동시 적용함으로써 고성능 친환경 시장에서 지대한 영향력을 끼쳤죠.

공기윤활시스템은 선박 밑으로 공기를 분사해 마찰 저항을 줄임으로써 메인 엔진의 연료 소모를 6%를 줄일 수 있는 가장 간단하고 견고한 시스템이죠. 특히, 선박의 구조적 강도에 영향을 주지 않아 기존 선박에도 쉽게 적용할 수 있는 점이 특징이에요.

축발전기는 디젤 발전기 가동 없이 메인 엔진으로 전력을 생산해 실질적인 에너지를 절감할 수 있는 등 친환경 규제에도 대응할 수 있어요.

현대삼호중공업은 이 두 시스템을 노르웨이 크누센사에서 수주한 17만4천입방미터급 LNG운반선 4척(SH8091, 8094~6호선)에 적용하면서 친환경 선박 부문에서 압도적인 경쟁력을 내보였어요.

현대중공업은 선박 풍력보조 추진장치인 로터세일(Rotor Sail)의 독자 모델 ‘하이로터(Hi-Rotor)’를 개발해 지난 8월말 국내 업계 최초로 한국선급으로부터 기본설계 인증을 받았어요.

로터 세일은 선박 갑판에 설치되는 원기둥 형태의 구조물로, 바람을 이용해 추진력을 추가 발생시킴으로써 연료 소모량을 절감해 탄소 배출을 줄일 수 있어요.

현대중공업그룹은 지속성장이 가능한 탄소제로 연료 기술을 개발하고 지속적인 투자로 친환경 기술력을 강화해 향후 친환경 선박 시장을 주도해나갈 계획이에요.