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전기추진선박의 필요성과 기술 발전: 환경규제에 대응하는 새로운 해양 산업 패러다임

일반 리포트 2025년 04월 03일
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목차

  1. 요약
  2. 환경규제의 현황과 해운업계의 도전 과제
  3. 전기추진선박 기술: 필요성과 발전 가능성
  4. 전기추진선박의 실증 사례 및 성공 사례 분석
  5. 전기추진선박의 기술적 한계 및 향후 방향
  6. 결론

1. 요약

  • 전기추진선박의 채택은 해운업계의 지속 가능성을 위한 필수 요소로 자리매김하고 있습니다. 최근 환경규제가 강화됨에 따라, 특히 국제해사기구(IMO)가 제안한 온실가스 배출 규제는 해운업계에 실질적인 변화를 요구하고 있습니다. 이러한 변화는 전기추진선박이 가진 환경친화적인 특성을 통해 충분히 대응될 수 있음을 보여줍니다. 선박의 온실가스 배출이 전 세계적으로 증가하고 있는 가운데, 한국을 포함한 여러 나라들은 이를 해결하기 위한 법적 및 제도적 기반을 마련하고 있으며, 특히 친환경 선박의 도입에 적극적입니다.

  • 전기추진선박은 전기의 힘으로 항해하는 혁신적 시스템으로, 다양한 유형이 존재합니다. 이들은 기존의 디젤 엔진 기반 선박에 비해 연료 효율성이 높고, 온실가스 배출을 현저히 줄이는 데 기여할 수 있습니다. 그러므로 전기추진선박의 개발은 단순한 기술적 진보를 넘어, 해양 환경을 보호하는 중요한 역할을 하고 있습니다. 특히 하이브리드형 전기추진선이 주목받고 있으며, 이는 엔진과 전동기를 조합하여 보다 효율적인 운항을 가능하게 합니다.

  • HD한국조선해양의 직류전기추진시스템은 시장에서의 새로운 패러다임을 제시하며, 기존 선박의 연료 소비를 약 6% 절감할 수 있는 가능성을 보여주고 있습니다. 이러한 실증 사례는 전기추진선박의 상용화에 향후 긍정적인 영향을 미칠 것으로 기대됩니다. 또한, 작은 업체와 개인 선주들에 의해 전기추진선박의 초기 도입이 이루어지고 있으며, 이는 정부의 지원 정책과 함께 환경 규제의 준수를 촉진할 것으로 보입니다.

  • 그러나 전기추진선박의 보급에는 여전히 충전 인프라 부족과 배터리 기술에 대한 제약 등의 문제가 남아 있습니다. 이를 극복하기 위해서는 지속적인 기술 개발과 정책적 지원이 필수적입니다. 동시에, 전기추진선박의 경제성을 입증하기 위한 실증 연구의 필요성이 더욱 강조되고 있습니다. 이러한 모든 요소들이 결합되어야만 해운업계의 환경적 과제를 해결할 수 있을 것입니다.

2. 환경규제의 현황과 해운업계의 도전 과제

  • 2-1. 국제해사기구(IMO)와 세계의 환경규제

  • 국제해사기구(IMO)는 전 세계적으로 해운 분야의 온실가스 배출을 줄이기 위한 규제를 수립하고 있으며, 이는 해운업계에 큰 영향을 미치고 있습니다. 2020년 발표된 IMO의 '선박 온실가스 감축 초기 전략'에서는 2008년 대비 2050년에 해양선박의 온실가스 배출량을 50% 줄이는 것을 목표로 하고 있습니다. 이러한 규제는 특히 국제해운이 기후 변화에 미치는 영향을 줄이기 위한 전 세계적인 노력의 일환으로 해석될 수 있습니다. 또한, 일본, 핀란드, 영국 등 여러 나라들이 자국의 친환경 선박 계획을 발표하고 이것이 해운업계에 실질적으로 어떻게 적용될 것인지에 대한 내용도 제시하고 있습니다. 이러한 국제적인 노력은 한국 해운업계에도 큰 도전 과제가 되고 있으며, 친환경 선박 도입을 통한 대응이 절실히 필요합니다.

  • 2-2. 선박 온실가스 배출의 현황

  • 최근 통계에 따르면, 해운업계는 전 세계 온실가스 배출량의 약 2.9%를 차지하고 있으며, 이는 연간 약 700백만 톤의 이산화탄소가 배출되고 있는 것을 의미합니다. 특히 한국 해양수산부의 2017년 보고서에 의하면, 국내에서 선박에 의한 이산화탄소는 1천300만 톤에 달하며, 이는 해양 생태계와 대기 환경에 심각한 영향을 미치고 있습니다. 선박의 온실가스 배출량은 2012년 대비 2018년에 9.6% 증가했음을 보여주는 수치이며, 이는 해운업계의 적극적인 감축 노력이 요구됨을 시사합니다. 이처럼 선박에서 발생하는 대기오염물질, 특히 어선과 같은 소형 선박의 경우는 더욱 심각한 문제로 나타나고 있으며, 이에 따라 어선의 전기화 필요성이 대두되고 있습니다.

  • 2-3. 국내 해운업계의 환경 이슈

  • 국내 해운업계는 강력한 환경 규제에 직면하고 있으며, 이는 산업 전반에 걸쳐 변화와 혁신을 촉구하고 있습니다. 2020년 발효된 '환경친화적 선박의 개발 및 보급 촉진에 관한 법률'은 한국의 해운업계에 친환경 선박을 도입해야 할 법적 근거를 제공하고 있으며, 이에 따라 해운업체들은 새로운 기술을 도입하고 운송 방식에 대한 전반적인 개선이 필요합니다. 그러나 소형 어선과 같이 규모가 작은 경우, 다양한 기술적 한계와 재정적 부담이 발생하여 환경 규제에 대응하는 것이 더욱 어렵습니다. 이와 관련된 기술 개발과 정책적 지원은 필수적이며, 특히 전기추진 기술 개발이 국내 해운업계의 큰 과제를 이루고 있습니다. 전기추진선박의 도입은 온실가스를 효과적으로 줄이는 데 기여할 수 있으며, 또한 선박 운영 비용의 절감과 함께 해양환경 보호에도 크게 기여할 것입니다.

3. 전기추진선박 기술: 필요성과 발전 가능성

  • 3-1. 전기추진선박의 개념과 정의

  • 전기추진선박이란 전기 에너지를 동력으로 사용하여 항해하는 선박을 의미합니다. 이는 전기 공급원으로부터 충전 받은 전기에너지를 통해 동력을 얻으며, 기존의 기계식 추진 시스템과는 차별화됩니다. 전기추진선은 크게 배터리 전기추진선, 디젤 전기추진선, 연료전지 전기추진선, 하이브리드 전기추진선 등 여러 형태로 구분될 수 있습니다. 특히, 최근에는 하이브리드형 전기추진선이 주목받고 있으며, 이는 엔진과 전동기를 조합하여 보다 효율적인 운항을 가능하게 하는 시스템입니다.

  • 3-2. 전기추진선박의 기술적 장점

  • 전기추진선박의 가장 큰 장점 중 하나는 환경 친화성입니다. 기존의 디젤 연료를 사용하는 선박에 비해 온실가스 배출이 현저히 줄어들기 때문에, 국제해사기구(IMO)와 같은 환경 규제 기관의 규정을 준수하는데 유리합니다. 또한, 전기추진선은 소음이 적고 진동이 낮아 항해 중 선원의 안전성 및 승객의 쾌적한 환경을 제공합니다. 연구에 따르면, 최신 DC(직류) 전기추진 시스템은 연료 효율성을 극대화하고, 운영 비용 또한 절감할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

  • 3-3. 선박의 기계식 추진 시스템과의 비교

  • 전기추진선박은 전통적인 기계식 추진 시스템과 비교하여 여러 가지 면에서 우수한 성능을 보입니다. 기계식 시스템은 엔진과 기계적인 부품이 복잡하게 연결되어 있어 유지보수에 어려움이 많습니다. 반면, 전기추진 시스템은 전동기와 전력 공급 시스템으로 간소화되어 있어 부품 수가 적고 유지보수가 용이합니다. 예를 들어, 전기추진선의 부품 개수는 기존 엔진 추진선의 약 1/5로 감소하며, 이는 경제성과 효율성 측면에서 상당한 이점을 제공합니다. 이러한 점은 특히 금융적 여력이 제한된 중소형 선사에게 매우 긍정적인 요소로 작용할 것입니다.

4. 전기추진선박의 실증 사례 및 성공 사례 분석

  • 4-1. HD한국조선해양의 직류전기추진시스템 실증 사례

  • HD한국조선해양은 최근 직류전기추진시스템의 개발 및 실증에 성공하여 주목받고 있습니다. 이 시스템은 교류 방식이 아닌 직류 기반의 추진 시스템으로, 선박에서 요구하는 다양한 전력 수요에 대해 융통성 있게 대응할 수 있는 장점이 있습니다. 특히, 직류전기추진시스템에서는 발전 엔진의 운전 속도를 가변적으로 조절할 수 있어 에너지 효율성을 크게 향상시키는 결과를 가져옵니다. 이러한 기술은 기존 선박의 연료 소비량을 약 6% 절감할 수 있게 해 주며, 이는 환경 규제 강화에 부합하는 방향으로 나아가는 데 기여하고 있습니다.

  • HD한국조선해양의 직류전기추진시스템은 국내 최초로 배터리를 적용하여 실증된 사례로, 이로 인해 전기 추진 시스템의 국산화 개발이 이루어졌습니다. 이는 향후 전기추진선박 생산에 있어 큰 기틀이 될 것으로 기대됩니다.

  • 4-2. 전기추진선박의 현재 보급 현황과 성과

  • 전기추진선박의 보급 현황은 아직 초기 단계에 있지만, 환경 규제가 강화됨에 따라 점차 확대되고 있습니다. 예를 들어, 국내 선박 건조시장에서의 전기추진선박 발주는 연근해에서 운항되는 소형선 중심으로 증가하는 추세입니다. 이는 대형 조선소보다는 중소형 조선소의 이니셔티브가 더해지는 경향을 반영하고 있습니다.

  • 또한, 현재 전기추진선박의 도입 주체들은 대개 개인 선주 및 작은 회사들이고, 이들은 높은 초기 투자 비용에도 불구하고 환경적인 이점을 누리기 위해 전기추진선을 선택하고 있습니다. 한편으로, 정부는 다양한 지원 프로그램을 통해 이러한 경향을 더욱 견인하고자 하며, 2030년까지 주요 항만에 전기추진선박 관련 충전 인프라를 확대할 계획을 세우고 있습니다.

  • 4-3. 성공적인 전기추진선박 도입 사례

  • 전기추진선박의 성공적인 도입 사례로는 해양수산부가 진행하는 '전기추진차도선'이 있습니다. 한국 선박 연구소(KRISO)는 420톤 규모의 전기추진 차도선을 진수하고 실증 운항을 통해 전기추진 기술의 상용화 가능성을 입증하였습니다. 이 차도선은 이동교체식 전원 공급 시스템을 활용하여 운영되며, 기존 선박의 도리보다 높은 에너지 효율성을 자랑합니다.

  • 또한, 전기추진선을 통한 운영의 이점은 온실가스 배출량 감소와 연료 비용 절감, 나아가 미세먼지 저감 효과도 포함됩니다. 이러한 성공 사례들은 전기추진선의 경제성을 실증하는 한편, 해양 환경 보호의 필요성을 재확인시켜 주고 있습니다. 이외에도 다양한 해양 프로젝트에서 전기추진선이 채택되고 있는 사례가 이어지고 있어 앞으로의 전망이 밝습니다.

5. 전기추진선박의 기술적 한계 및 향후 방향

  • 5-1. 전기추진선박의 현실적인 제한

  • 전기추진선박은 기존의 디젤 엔진 기반의 기계식 추진 시스템과 비교하여 여러 가지 장점을 지니고 있으나, 전기추진 방식은 여전히 다양한 기술적 한계에 직면해 있습니다. 첫 번째로, 전기선박의 가장 큰 제약 중 하나는 배터리 기술에 대한 의존성입니다. 현재 사용되는 배터리 중 리튬이온 배터리는 높은 에너지 밀도를 가지고 있지만, 배터리의 수명 및 교체 비용은 여전히 문제로 지적되고 있습니다. 여러 연구에 따르면, 리튬전지의 셀, 모듈 및 전체 시스템의 수명이 상이하여, 선박의 운영 환경 및 조건에 따라 배터리의 효율성이 크게 달라질 수 있습니다. 이러한 특성은 선주가 예측할 수 없는 비용 부담을 야기할 수 있습니다.

  • 두 번째로는 충전 인프라의 부족입니다. 전기추진선박은 높은 전력을 요구하므로 고전압 대전류 충전 설비가 필요합니다. 그러나 현재 국내 항만은 이러한 충전 인프라를 갖추지 못한 상태이며, 대안으로 제시되고 있는 육상전원공급설비(AMP) 활용 방안이 있지만, 이는 잦은 태풍이나 공항 환경과 잘 맞지 않아서 적용이 어려운 상황입니다. 이러한 상황은 전기추진선박의 상용화에 큰 걸림돌로 작용하고 있습니다.

  • 5-2. 미래 기술 개발을 위한 도전 과제

  • 전기추진선박의 미래 발전을 위한 도전 과제는 여러 가지가 있습니다. 첫째, 연구 개발을 통한 기술적 진보가 필요합니다. 현재 국내 전기추진선 제작 기술 수준은 상당히 높지만, 실증 데이터가 부족하여 효율적인 상용화 및 경쟁력이 떨어지는 실정입니다. 해외 선진국에 비해 한국의 전기추진 시스템에 대한 실증 사례가 부족하다는 지적이 있으며, 이창희 연구실장은 지속적인 연구 개발을 통해 해상 실증과 운용 실적을 확보해야 한다고 주장하고 있습니다.

  • 둘째, 비용 효율성을 높이는 전략이 요구됩니다. 전기추진선의 초기 투자 비용이 기존 디젤선박에 비해 1.5배에서 1.7배 높습니다. 이러한 높은 가격 때문에 소형 및 영세 선사들이 전기추진선으로의 전환에 어려움을 겪고 있습니다. 따라서 정부 차원에서의 금융 지원이나 저리 대출 정책이 필요하며, 동시에 전기추진선의 경제성을 입증할 수 있는 실증 데이터의 확보가 필수적입니다.

  • 5-3. 지속 가능한 해양 산업을 위한 제언

  • 지속 가능한 해양 산업을 구축하기 위해서는 국가적 차원의 기술 개발 및 정책 지원이 필요합니다. 해양수산부는 2030 Greenship-K 추진전략에 따라 전기선 기자재의 국산화를 목표로 하고 있으며, 하이브리드 기술 개발과 관련한 다양한 연구가 필요합니다. 이를 통해 전기추진선의 확산을 촉진하고, 전환 비용을 낮출 수 있을 것입니다.

  • 또한, 첨단 배터리 기술과 효율적인 충전 방식의 연구도 필요합니다. 현재 리튬이온 배터리 이외에도 다양한 대체 배터리 기술이 개발되고 있으며, 특히 차세대 배터리 기술인 고체 배터리나 나트륨 이온 배터리와 같은 혁신적 제품이 관심을 받고 있습니다. 이러한 기술들은 전기추진 시스템의 성능을 더욱 향상시킬 수 있는 기반이 될 것입니다.

  • 마지막으로, 연구개발과 함께 산업계, 학계, 정부 기관 간의 협업을 통해 지속 가능한 해양 산업 생태계를 조성해야 하며, 이를 위해 국제 협력체계 구축도 필요합니다. 전 세계적으로 환경 규제가 강화되고 있는 가운데, 우리나라의 전기추진선 기술이 선진국과 경쟁할 수 있는 기반을 마련하기 위한 노력이 절실합니다.

결론

  • 최근 강화된 환경규제와 기후변화 문제는 해운업계에 큰 도전 과제가 되고 있습니다. 이러한 위기를 극복하기 위해 전기추진선박 기술이 중요한 해결책으로 자리잡을 가능성이 큽니다. 글로벌 환경 규제가 지속적으로 강화됨에 따라, 한국 해운업계 또한 전기추진선박을 도입하여 온실가스 감축 목표를 달성하는 것이 시급해졌습니다.

  • 그러나 전기추진선박 기술이 가진 여러 기술적 한계를 극복하기 위해서는, 연구 개발과 함께 정책적 지원이 결합해야 합니다. 특히 배터리 기술의 발전과 충전 인프라의 확충이 필수적입니다. 이러한 요소들이 조화롭게 작용할 경우, 전기추진선박은 보다 효율적인 선박 운용과 환경 보호에 기여할 수 있을 것입니다.

  • 향후 기술적 진보와 정책적 지원이 함께 이루어진다면, 이를 통해 친환경 해양 산업의 발전과 유지 가능한 해양 경제의 구축을 다짐할 수 있을 것입니다. 또한, 해양 산업의 경쟁력을 높이는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다. 따라서 관련 기관들과 산업계가 협력하여 적극적인 노력을 기울이는 것이 중요하며, 전기추진선박의 보급을 통해 지속 가능한 해양 산업 생태계를 만드는 데 기여해야 할 것입니다.

용어집

  • 전기추진선박 [기술]: 전기 에너지를 동력으로 사용하여 항해하는 선박으로, 기존 기계식 추진 시스템과 차별화를 이루며, 각기 다른 유형으로 나뉜다.
  • 하이브리드형 전기추진선 [기술]: 엔진과 전동기를 조합하여 보다 효율적인 운항을 가능하게 하는 전기추진선의 한 형태이다.
  • 직류전기추진시스템 [기술]: 선박에서 요구하는 다양한 전력 수요에 대해 융통성 있게 대응할 수 있도록 개발된 직류 기반의 추진 시스템이다.
  • 온실가스 배출 [환경]: 해운업계에서 발생하는 온실가스의 배출량으로, 기후 변화에 대한 주요 요인이며 국제해사기구(IMO)의 규제를 받는다.
  • 환경친화적 선박 [정책]: 환경 보호를 목적으로 설계된 선박으로, 특히 온실가스 배출을 줄이는 데 기여하는 기술이 적용된다.
  • 충전 인프라 [기술]: 전기추진선박에 필요한 전력을 충전하기 위한 기반 시설로, 현재 국내에서 부족한 상황이다.
  • 리튬이온 배터리 [기술]: 전기추진선박에 사용되는 배터리로, 높은 에너지 밀도를 가지고 있지만, 수명 및 교체 비용이 문제가 될 수 있다.
  • 환경 규제 [정책]: 해운업계의 온실가스 및 오염물질 배출을 줄이기 위해 제정된 법적 기준으로, 국제 해운 및 국내 해운 모두에 적용된다.

출처 문서