KR 웹진 186호

 

액체 수소운반선을 개발하기 위해서는 저온 단열 기술, 로딩/언로딩 기술 및 BOG 처리기술과 같은 핵심 기술들을 개발하고 확보하는 것이 가장 중요하다. 현재 한국에서는 액체 수소운반선의 적용을 위해 액체수소를 담는 화물저장시스템(CCS) 기술이 연구과제를 통해 진행되었다. 본 연구과제는 KR 주도로 조선소(삼성중공업, 현대중공업, 대우조선해양)와 관련 기자재 업체, 대학 등이 공동으로 참여하였으며, 설계에 필요한 매개변수와 시뮬레이션 결과 확보 및 선박 적용을 위한 테스트 규정을 확보하였다. 향후에는 그 외의 핵심기술들을 확보하고 실증용으로 선박을 건조하여 안전성을 검증한 후, 2030년 수소경제 시작에 맞추어 상용화시킬 필요가 있다.
 

 

해운 업계에서는 연료전지 발전시스템이 기존의 내연기관에 비해 효율이 높고 연료소비 및 관련 오염 물질을 줄일 수 있음에 따라 새롭게 부상하고 있다. 수소 연료전지는 수소와 산소 사이의 전기 화학 반응을 통해 전기와 열을 발생시키는 시스템으로, NOx, SOx 및 미립자 물질(PM) 배출을 제거하고 CO2 배출량을 줄일 수 있다. 선박용 연료전지 시스템의 또 다른 이점은 선박의 종류에 따라서 달라질 수는 있지만, 소음, 진동 감소, 모듈식 및 유연한 설계가 가능한 점 등을 꼽을 수 있다.

 

수소 연료전지 선박은 연료전지 시스템에 의해 생성된 전기를 사용하여 전기 모터에 의해 추진되는 선박을 의미한다. 연료전지 효율의 관점에서, 순수 수소가 연료로 사용되는 것이 가장 바람직하지만, 선상에 효율적으로 저장하기 위한 방법도 고려되어야 한다. 참고로, 질량 기준에서 수소의 에너지 함량은 천연가스보다 2.5배 높고 디젤보다 2.8배 높은 120 MJ/kg로서, 가장 높은 질량 에너지 밀도를 가지고 있다. 하지만, 용적 기준으로는 약 8.5 GJ/m3 (액체수소의 경우)의 에너지 밀도를 가지며, 이는 동일체적의 천연가스 및 디젤의 40%, 23%에 해당하여, 상대적으로 낮은 부피 에너지밀도를 가지고 있다. 결국 상업용 선박에 연료전지 시스템을 적용하기 위해서는 선박용 연료전지의 개발도 중요하지만, 효율적으로 선박에 수소를 저장하는 방법도 개발되어야 한다. 수소는 압축수소, 액체수소, LNG, 메탄올, 금속수소화물, LOHC 등의 방법으로 저장될 수 있으며, 그 중에서도 항해 프로파일, 선박 유형 등을 고려하여 가장 적합한 방법을 선택해야 한다.

 

수소 연료전지 추진선박은 EU 및 미국을 중심으로 오래 전부터 실증을 시작하였다. 비록 한국은 다소 늦은 편이지만, 세계 최고 수준의 연료전지 및 선박 설계기술을 보유하고 있고, 정부에서 수소 연료전지 추진선박 기술을 조선 분야의 미래 유망 품목으로 선정하였음을 고려하면, 앞으로 빠른 기술개발이 예상된다. 연료전지 추진선박은 유럽을 중심으로 현재까지 30여 개의 실증 프로젝트가 진행되어 왔으며, 점차 대형선박에 적용하는 기술이 개발되고 있다. ABB-Ballard, Siemens-PowerCell 등과 같이 조선과 연료전지 기업 간의 기술제휴를 통해 시장을 선도하고 있다.

 

그림3. PowerCell 사의 연료전지 모듈
(출처: ship & Offshore (www.shipandoffshore.net)) 

한국에서도 연료전지를 선박에 적용하기 위한 프로젝트들이 정부의 지원 하에 수행되었다.
그 중 KR은 ‘선박 보조전원용 MCFC 시스템 개발(2011)’, ‘신개념 동력원 선박적용 기반기술 개발(2011)’, ‘선박(유람선) 추진용 50kW급 하이브리드 PEMFC 시스템 개발 및 실증(2012)’ 등 다수의 프로젝트에 참여하였다. 최근에는 KR이 주관으로 수행하고 있는 ‘미세먼지 무배출 선박용 PEMFC 하이브리드 시스템 개발 및 실증(2017)’ 과제를 통해 연료전지를 선박에 적용하기 위한 노력을 계속하고 있다.

 

한국은 연료전지기술과 조선기술이 세계 최고 수준이다. 다만, 이러한 기술을 서로 결합해 본 경험이 없고, 시장을 확대할 수 있는 수소 인프라도 부족한 것이 현재의 실정이다. 그러나, 국내에서 현대자동차, 두산 등 연료전지 기업과 조선사 및 조선기자재 업체 간의 협업이 점점 더 많이 이루어지고 있고, 정부에서도 관련 산업 생태계를 조성하기 위해 노력하고 있기 때문에 예상보다 훨씬 빨리 선박용 수소연료전지 분야에서도 기술을 주도할 수 있을 것으로 기대한다.