세계 천연가스 연료 벙커링시장 적극적 리딩 필요

정부·에너지업계·조선업계 공조 통해 시장 진출

 

▲ 지난 3월 한국가스공사 LNG벌크로리가 포항 송도항에서 아시아 최초 LNG연료 추진선박인 에코누리호의 시운전을 위해 LNG를 충전하고 있다.

 

▲ 한국가스공사 연구개발원 신에너지기술연구센터 김기동 책임연구원
1. 친환경 가스추진선박 도입배경 및 필요성

빼어난 자연환경과 피요르드(Fjord) 해안이 유명한 노르웨이에서는 인간이 살지 않은 지역이지만, 대기오염인 스모그 등이 발생하는 현상이 자주 생겼다. 이러한 현상에 대하여 노르웨이 정부에서 조사한 결과 이의 원인은 여객이나 화물을 실은 선박으로부터 배출되는 유해한 배출가스가 대기 순환이 안 되는 지역인 피요르드 지역에서 자주 발생되는 것을 발견하였고, 이에 대한 대응 정책으로 LNG추진선박인 친환경 선박 보급을 정부주도와 민간 스스로 진행하게 되었다.

그리고 노르웨이 정부는 지구온난화에 따른 해수면 상승에 의하여 해안가 거주민 영향성과 북극 빙하 면적의 지속적 감소에 대한 환경문제에 깊은 관심 및 온실가스 감축 조치 일환으로 자국내 발달한 해운산업에서의 CO2감축을 위해 LNG추진선박같은 친환경 선박 보급에 앞장서게 되었다.

위와 같이 전 세계적인 대기환경에의 관심증대에 따라 해운산업에 새롭고 엄격한 배출가스 기준 적용이 확대됨에 따라 해운업계에서도 선박배출가스 기준을 만족시키면서 온실가스 감축과 연료비 절감 등의 다양한 목적을 만족시킬 수 있는 해결방안을 찾게 되었다.

여러 가지 해결 방안 중에서 LNG를 선박연료로 적용하는 것이 노르웨이를 시작으로 점진적으로 진행되다가 경유에 비하여 저렴하면서 안정적인 천연가스 연료가격과 NOx펀드 등으로 노르웨이 내부적으로 LNG추진선박에 급속한 관심과 보급에 탄력이 붙으면서 전 세계적으로 LNG추진선박과 이의 연료 공급인 LNG벙커링에 대한 관심이 대폭 상승하게 되었다. 또한 셰일가스 개발에 의한 LNG가격 안정성과 새로운 LNG수요개발 등이 맞물리면서 해운업계에서 석유대체연료 및 선박연료의 주 연료 적용 가능성에 대한 토론이 핫 이슈가 되게 되었다.

 

가. 선박배출가스 규제

해운(Shipping)부문은 국제 운송량 및 선박운항 증가에 의해 지속적으로 온실가스(주로 CO2) 배출량이 증가될 것으로 전망되고 있으나, 국제적인 온실가스 감축에 대한 전 지구적인 의견으로 해운 및 조선분야에서의 온실가스도 대폭 감축해야 한다는 문제가 대두 되었다. 해운부문과 조선부문에서의 온실가스 감축에 대해서는 국제해사기구(IMO,International Maritime Organization)가 UN으로부터 해양에 대한 권한을 위임받아, 해양대기환경 보전, 총괄적 오염물질 저감, 온실가스 감축을 위하여 선박배출가스 기준을 점차적으로 강화하고 있는 상황이다. IMO에서는 산하 해양환경보호위원회(MEPC)에서 선박배출가스 규제를 위하여 대기오염 저감 협약인 MARPOL Annex Ⅵ(1997년 제정, 2008년 마지막 개정)을 제정 및 개정하여 운영 중이다.

MARPOL협약-부속서(Annex) 6(Ⅵ) (Regulations for the Prevention of Air Pollution from Ships)

▶규제대상물질 : SOx, NOx, ODS, VOC

▶적용일자원안 : 2005년5월19일 이후

▶적용일자개정안 : 2010년7월1일 이후

본 협약서의 배출가스 기준은 주로 황산화물(SOx)과 질소산화물(NOx), 매연에 대한 규제와 배출가스통제구역(ECA, Emission Control Area)의 설정 등이 핵심내용이며, 현재의 배출가스 기준 강화 로드맵에 의하면 2020년부터 현재의 높은 황 함유량을 가진 중유(HFO)를 선박연료로 사용하는 것은 배출가스 기준강화에 의하여 사실상 불가능한 상황이며, 경유나 대체연료를 사용하여야 선박을 운항할 수 있을 것으로 전망되고 있다.

나. 황산화물(SOx) 규제

황산화물은 연료내에 포함된 황성분이 연소에 의하여 발생되는 것으로 선박용 연료에 포함된 황함유량을 현재 4.5%에서 2020년까지 0.1%로 대폭 강화를 진행하고 있으며, 현재 규제는 3.5%미만의 황을 포함하는 연료기준이 적용중이다. 국내 선박용 연료에 포함된 황함유량은 3.0%수준으로 국제 기준에 부합되어 공급되고 있으며, 저유황 함유 선박용 연료 공급에 의하여 선박용 연료가격이 상승 중에 있다.

■<표1> 국제해사기구(IMO)의 황산화물 배출 제한 기준

적용지역

적용 연도 및 배출 제한 기준

모든 해역

현행

2012.1.1 이후

2020.1.1 이후

4.5% m/m 이하

3.5% m/m 이하

0.5% m/m 이하

황산화물 배출

현행

2010.7.1 이후

2015.1.1 이후

통제지역(SECA)

1.5% m/m 이하

1.0% m/m 이하

0.1% m/m 이하

해운업계에서는 전 세계 금융위기와 해운업계 연료비에 대한 부담 경감을 위하여 2020년에 발효될 규제를 2025년으로 연장하자고 IMO 및 EU(유럽연합)에 건의 중에 있고 가스업계 및 새로운 조선기자재를 공급하는 산업계에서는 위의 황함유량 규제를 예정대로 진행하자는 주장이 현재는 혼재되어 있는 상황이다. IMO에서는 2020년 이후의 황함유량 규제를 2018년 이전에 최종 결론을 내릴 예정이며, 늦더라도 2025년에는 황함유량이 대폭 저감되어 공급되어야 하는 것은 현재 기정사실화된 상황이다.

다. 질소산화물(NOx) 규제

질소산화물은 선박엔진의 연료에 포함된 질소나 공기 중의 질소로 인해 주로 생성되어 배출되며, 향후 Tier Ⅲ규제를 적용하여 지금(Tier Ⅱ)보다 80% 감축하는 규제가 발효될 예정이다. 이를 위해 선박용 엔진제작사에서는 IMO 혹은 해당 국가 등으로부터 Tier Ⅱ와 Tier Ⅲ 엔진 인증을 받아 이를 선박에 장착되어야 한다.

라. 온실가스 규제

국제해사기구에서는 지구환경 보존을 위하여 선박온실가스 배출 저감을 위한 많은 논의를 하였다.

국제해사기구에서는 MARPOL Annex VI, Chapter 4에 따라 2013년 1월부터 건조되는 신규 건조 선박에는 EEDI(Energy Efficiency Design Index)를 적용하여 베이스라인을 준수한 선박만이 건조 운영되도록 진행하고 있다.

▶2005년 선박 배출량 기준으로 2020년까지 20%, 2050년까지 50% 배출량 감축 목표

선박에 의한 선박배출가스 중 온실가스 배출량은 전 세계기준으로 2007년 2.7%(8억4300만톤) 수준에서, 2050년에는 12~18%수준으로 증가될 것으로 예상되어 이에 대한 대처도 매우 중요한 문제로 대두되고 있다. 이러한 국제적 규제에 대하여 우리나라도 ‘해양환경관리법’에 선박온실가스 배출규제 기술지침을 포함시켰고(2012년12월), 2013년 1월부터 400톤 이상 국제항해선박에 대한 온실가스 규제가 단계적으로 시행 중이다.

■<표2> IMO의 온실가스 기술규제 및 시장기반조치내용

구분

선박건조분야

선박운항분야

비용부담분야

규정

에너지효율설계지수

에너지효율관리계획

시장기반조치

내용

1톤화물을1마일

운송시 탄소배출량

선박별 연간

에너지효율제고방안

온실가스 배출량 거래 및 세금부과

대상

신조선

신조선/현존선

신조선/현존선

발효

’13.1

’13.1

미확정(’17년예상)논의가속화 조치(’12.3)

출처 : 해양한국, 469호, 2012년 9월

 

마. 배출가스통제구역(ECA) 확대

선박배출가스에 의하여 인간 및 환경에 대한 영향성이 높은 해역에 대하여 국제해사기구(IMO)와 관련, 국가 승인 하에 배출가스규제를 더욱 강화하는 제도인 ECA(Emission Control Area, 배출가스통제구역)가 운영 중에 있다. 현재 ECA로 규정된 해역은 발틱해, 북해 그리고 북아메리카 해역이며, 발틱해와 북해에서는 황함유량을 중심으로 규제하고 있으며, 북아메리카해역은 황함유량과 함께 질소산화물 배출기준도 운영하고 있다. ECA해역내에서는 사용 중인 연료내 황함유량이 대양 연료에서 주로 사용하는 중유를 가지고 맞추기 어려워 현재 대부분 경유를 연료로 사용하거나 대체연료를 사용하려 하고 있다.

 

2. 천연가스 추진선박

가. 선박연료변화 가능성

현재 선박 주 연료로 사용하고 있는 중유-HFO(Heavy fuel oil)는 황함유량이 매우 높아 대양에서만 사용하고 연근해 해역과 배출가스통제구역(ECA2) 그리고 육지에 있는 항구근처에서는 사용이 제한되고 있으며, 동 영역에서는 HFO보다 황함유량이 적은 경유-MDO(Marine diesel oil), 가솔린을 사용할 수 있지만 연료가격이 LNG보다 비싼 문제를 가지고 있다. 해운 및 조선업계에서는 이러한 문제점을 해결하면서 향후 새로운 성장동력원으로 추진될 수 있는 대체연료로 LNG를 사용하는 것을 심도 있게 고민 중이며, 현재 북유럽, 미국, 일본 등에서 그 가시적 성과가 나오기 시작하고 있다. 

■<표3> 조선 패러다임 변화 (출처 : 일본조선연구협회)

구분

~1950

~1975

~2000

~2025

경제/조선환경

미국/유럽 발전, 세계대전

전후부흥

동아시아경제발전

중국대두

물동량

식민지운용

미국원유수입급증

선복과잉

수송서비스 급증

해운사

구미선사

구미선사

아시아선사

중국선사

화물형태

실물

컨테이너화 개시

컨테이너화 가속

컨테이너화 확대

대표선

전시표준선

대형전용선

고부가가치선

선주요구선/친환경선

제작기술

리벳/용접,선대

블록화, 도크

CAD/CAM

육상건조

추진기술

석탄→석유연료화

증기터빈추진

디젤엔진

친환경가스추진

주도국가

영국, 미국

일본

일본/한국

한국/중국

 

한편, 2016년에 ECA지역에서의 NOx배출가스 기준이 Tier Ⅲ로 강화됨에 따라 환경규제에 적합한 연료인 LNG를 선박연료로 적용하는 것이 급속히 확대될 가능성이 높아지고 있다.

나. 천연가스의 친환경성과 가스엔진종류

청정연료인 LNG를 선박추진연료로 사용하는 경우 기존 석유계 연료에 비해 매연과 황산화물 배출은 90%이상, 질소산화물은 80%이상, 온실가스는 20%이상 감축할 수 있으며 연비도 거의 대등하고, 특히 LNG가격이 석유계 연료보다 저렴하여 선주들에게는 환경적, 경제적 측면을 모두 만족시키는 매력적인 대안으로 평가받고 있다. 

■<그래프1> 질소산화물 규제와 디젤, 천연가스질소산화물 배출 비교(출처 : 롤스로이스)

 

 

선박용 천연가스 엔진은 3가지 타입이 있다.

1. Spark Ignited 희박연소(lean burn) gas engine - Rolls Royce사, 미쯔비스사

2. 고압 이중연료(Dual Fuel) engine - MAN Diesel & Turbo사

3. 저압 이중연료(Dual Fuel) engine - Wartsila사

천연가스 추진 선박은 2000년 노르웨이에서 세계 최초의 Glutra호를 LNG추진선박으로 건조하기 시작되었고, 이 선박의 성공으로 인하여 노르웨이 국가 내부적인 확산과 더불어 선박배출가스 규제적용, IMO IGF 등의 표준화 활동을 통해 세계적으로 확대되고 있는 상황이다. 특히 노르웨이, 스웨덴 등을 중심으로 하는 북유럽에서 천연가스추진선박 적용 및 보급이 빠르게 진행되고 있는 상황으로 2011년 말 기준 약 51척이 건조되어 운항 중이거나 계약을 한 상황이다. 또한, 핀란드 및 유럽의 여러 조선소에서 고속의 RO-PAX3) 및 Ro-Ro선이 설계되어 건조되고 있으며 LNG추진선박을 새로운 선박산업으로 육성하기 위한 기술개발도 활발히 추진 중에 있다.

위의 orderbook이외에 다양한 선박에 천연가스를 연료로 사용하는 선박도 진행 중이며, 최근 셸사는 네덜란드 운하에서 액체화물을 운반하는 바지선을 LNG추진선박(선박명 : Greenstream) 으로 신조하여 2013년 3월부터 운항을 시작하였다.

■<그림1> LNG추진 바지선박(네덜란드, Shell사 운영)

 

특히 2012년에 주목해야 할 것은 미국 TOTE해운회사에서 LNG추진 컨테이너 선박을 세계 최초로 NASSCO조선소에 발주하여 컨테이너 선박업계 주목을 받고 있는 상황이다. 이 선박이 성공적인 건조와 운항이 이루어진다면 대형 해운회사의 대규모 LNG추진 컨테이너 발주가 예상되기에 해운업계, 에너지업계 등의 뜨거운 관심사이다. 

■<표4> TOTE발주 LNG추진 컨테이너 선박 제원 

구분

제원

Length

232.9m

Breadth

32.3m

Depth

18.3m

Draft

10.4m

Freight

3,100TEU

Main Engine

DF MAN 8L70ME-GI Low Speed×1

Aux Engine

DF Medium Speed×3

Speed

22knots

한편, 특수한 LNG추진선박으로는 스웨덴 AGA사가 바이킹라인에서 발주한 LNG추진 여객선에 LNG벙커링을 선박대 선박으로 할 수 있는 세계 최초의 벙커링 선박(Bunkering vessel, 선박명 : Seagas, 스웨덴)의 명명식을 갖고 2013년 3월 운항에 들어갔다. 

■<그림2> 세계 최초 LNG벙커링 선박(Seagas)

 

▶전 세계 운항중인 LNG추진선박 27척(1,200톤급이상) 운영 중이며 발틱해 주변 국가에서 LNG추진선박 및 벙커링 설비운영

▶현재 건조중인 LNG추진선박 : 24척 이상 (페리선, 화물선 등)
 

3. LNG벙커링

가. 천연가스(주로 LNG) 벙커링 현황

LNG벙커링은 LNG추진선박에 LNG를 저비용, 고효율 그리고 안정적으로 공급하는 기술, 사업 및 관련 설비를 통칭하는 것으로 LNG를 연료로 사용하는 선박과 항상 연계되어 있다. LNG추진선박에 LNG벙커링 하는 방법은 ①Tanklorry(혹은 Tank trailer) to ship(소규모)과 ②Terminal to Ship(중소규모), ③Ship to Ship의 세 가지로 나눌 수 있으며, 최근에는 부유식 해상LNG벙커링 등의 더 발전된 기술 적용에 대한 논의가 활발하게 진행 중이다. 현재 LNG벙커링이 가장 많이 진행된 나라는 LNG추진선박이 가장 많으면서 벙커링이 이루어지는 노르웨이로 베르겐(Bergen), 오슬로(Oslo) 등의 여러 도시에서 셸의 자회사인 가스노르사(Gasnor) 주도로 LNG추진선박에 LNG를 주로 탱크트레일러를 이용하여 1회 50㎥(LNG) 공급하고 있다. 한편, 싱가포르, 홍콩, 미국, 중국 등에서도 천연가스 추진 친환경 선박 보급 잠재성이 높아짐에 따라 LNG벙커링에 대한 기술개발과 사업을 추진하려는 에너지 사업자 등이 많은 상황이다. 

■<그림3> Ship to Ship LNG벙커링(스웨덴, Seagas)

 

■<표5> LNG벙커링 사업을 추진하는 주요 회사별 현황

① Shell
● 바르질라사와 협약을 체결하여 미국 연근해 지역대상 LNG추진선박과 LNG벙커링 공동추진(’11.9.8, 바르질라 홈페이지)
● 노르웨이 Gasnor사 인수 후 노르웨이 시장 100% 점유(‘12.7)
● 유럽내 모든 항구에 LNG벙커링 설비 구축 추진 중(‘13.1, 유럽집행위원회 언론보도문)
● 미국내 Great Lakes와 Gulf Coast 지역에 LNG벙커링 사업추진을 위하여 소규모 LNG액화플랜트 연계형 사업개발 진행 중(MarineLink.com, ‘13.4.16)

② Gazprom
● 네덜란드 Gasunie사는 로테르담 항구에 벙커링용 LNG터미널 프로젝트에 참여 중(‘12.8)
● 러시아 Summa그룹과 MOU를 체결하여 Summa그룹사에서 보유한 선박과 항구 인프라를 대상으로 북해, 발틱해에서의 LNG벙커링에 대한 공동 개발을 추진하기로 함(‘12.9)
● 네덜란드 천연가스회사인 Gasunie사와 선박용 및 트럭용 LNG벙커링 공동개발에 대한 협약체결(’12.10.23)
● 유럽 지역내 LNG벙커링 사업화 추진 중(‘13.1, 유럽집행위원회 언론보도문)
● 한국가스공사와 공동으로 아시아 지역내 LNG벙커링 기술적, 경제적 타당성연구 추진 중(’13.3)

③ GDF SUEZ
● 네덜란드 Cofely Netherland N.V와 합작회사 설립 (’12.9)
- 회사명 : LNG Solution
● 동 회사는 네덜란드 지역내 선박 및 트럭 연료용의 LNG공급을 목표로 함

④ Singapore항만청/Singapore LNG
● 세계 최대 유류 벙커링 항구인 싱가포르에서는 발전용 LNG터미널 건설과 함께 LNG벙커링 프로젝트를 추진하고 있음
● SIBCON에서 싱가포르 항만청 고위직이 2014년 하반기 LNG벙커링 시작을 위해 2013년에 LNG벙커링 사업자 선정을 추진함을 밝힘
● LNG벙커링은 10,000㎥ LNG벙커링 선박을 이용한 벙커링에 초점을 맞추어 진행할 것으로 알려짐

⑤ CNOOC
● LNG터미널에서 운항하는 LNG추진 예인선 2척을 발주함(’12.7)

그러나 현재까지는 LNG추진선박 건조에 많은 비용이 투자되어야 하고, 선주사와 에너지회사간에 Chicken & Egg 논쟁으로 LNG벙커링이 상업화되기에는 시간이 좀 더 필요한 상황이다.

나. LNG벙커링 전망

선박배출가스 규제강화와 셰일가스 개발에 의한 LNG 가격 안정화로 LNG 추진선박 운항(신규건조 및 기존 선박 개조)이 증가될 것으로 LNG 전문가들은 예측하고 있어 LNG 벙커링 시장도 점진적으로 확대될 전망이다. 특히 LNG가격이 석유보다 저렴하여 선주들에게도 환경적, 경제적인 두 측면을 만족시키는 매력적인 대안으로 노르웨이선급협회(DNV)는 평가하여 2020년까지 시장전망을 긍정적으로 평가하고 있다.

한편, 로이드선급협회(LR)에서도 LNG 추진선박과 이의 벙커링 전망에 대한 연구를 수행하여 최근 그 결과를 발표하였다. LR에 따르면 HFO연료는 2025년까지 연료 경쟁력을 확보하여 대양 연료의 주 연료로 지위를 가지며, 천연가스는 LNG형태로 아주 작은 양이 벙커링될 것으로 전망하였다. <그래프2>을 살펴보면 2025년경 선박용 LNG는 HFO양의 3.0%로 미미한 수준으로 로이드선급협회에서는 전망하였다. 동 협회에서의 선박용 LNG 수요 전망은 특히 LNG가격이 HFO에 비하여 가격경쟁력이 있다면 변경될 수 있음을 지적하고 있으나, 기대보다는 낮은 수준이다.

■<그래프2> 로이드선급협회(LR) 전망 선박용 LNG벙커링 전망[질소산화물 배출 비교(출처 : 롤스로이스)]

 

LR의 전망은 항구와 선주사에 대한 설문조사로 나온 결과와 자체 모델링을 바탕으로 결론을 유출한 내용이라 현재 상황의 규제와 대응 방안을 기초로 하여 가장 보수적인 분석이라 할 수 있다.

LNG벙커링에 대하여 세계 각 항만들은 대응준비를 진행하고 있으며, 특히 유럽지역에 있는 항만들의 준비가 매우 활발하다. 현재는 유럽내 5곳의 항만에서 LNG벙커링이 진행하거나 준비하고 있고 다른 대륙의 항만에서의 준비사항도 아래 그림과 같다.

아시아지역에서는 한국, 일본, 중국, 싱가포르, 호주, 그리고 UAE가 LNG벙커링에 대한 준비를 하고 있으며, 그 외 지역에서는 아직 관심을 받지 못하고 있다. 한편, 국내 증권가에서도 LNG벙커링에 대한 전망을 가즈프롬자료를 인용하여 정리한 자료에 의하면, 2030년에 최대 1억6천만톤의 LNG가 선박연료로 적용할 수 있을 것으로 정리하였다.

■<표6> LNG벙커링 시장전망 (단위:백만톤) (출처 : DNV, Gazprom)

지역

2012년

2030년

North America

-

21

South America

-

10

Europe

0.37

24

FSU

-

7

Africa

-

5

Middle east/SE Asia

-

12

East Asia

-

81

Total

0.37

160

 

4. 맺음말

천연가스추진선박 및 LNG벙커링은 국제해사기구, 유럽연합(EU), 미국 등의 선진국을 중심으로 선박배출가스 규제 강화, 온실가스 감축 규제 그리고 저렴한 LNG에 의하여 시장이 급속하게 확대할 수 있는 잠재성이 매우 높은 상황이다. 조선 및 해운 선진국인 북유럽에서는 천연가스 추진선박을 리딩하고 있으며, 이러한 특징을 전 세계에 전파하고 있는 상황이다.

천연가스 추진선박 시장 확대에 따라 천연가스 벙커링 시장도 확대되고 있으며, 세계 주요 에너지사의 참여와 안정적인 LNG시장으로 인하여 보수적인 경우 HFO시장의 5%이내의 틈새시장에서부터 긍정적인 경우 벙커링 연료의 20%이상을 점유할 수 있는 가능성이 내재되어 있는 시장이며, 천연가스 수요개발에 많은 기여를 할 수 있는 분야이다.

세계적인 금융위기와 경제 불안으로 세계 1위인 우리나라 조선산업은 매우 어려운 상황에 처해 있는데, 향후 친환경 그린쉽(Green Ship) 시장 도래에 선제 대응하고, 세계 천연가스연료 벙커링 시장을 리딩하기 위해서는 정부, 에너지업계 그리고 조선업계 등의 공조가 반드시 필요하다. 특히 스마트폰 세계1위를 할 수 있는 것은 세계 1등을 벤치마킹하고 선택과 집중적인 투자를 통하여 시장을 선점했기 때문이다. 이를 모델삼아 조선 및 해운업계에서도 천연가스 추진선박과 벙커링 사업을 준비할 필요가 있다. 

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