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해상 운송 배터리 기술의 진화: 동향부터 상용화 전망까지

리뷰 리포트 2025년 05월 18일
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리뷰 포인트

  • 해상 운송 분야 배터리 기술은 탈탄소화 정책과 운항 효율성 제고라는 요구 하에, 차세대 배터리 화학과 하이브리드 시스템, 공급망·재활용 전략, 상용화 로드맵 등 다면적 관점에서 조망해야 함.
  • 고체전해질 전고체 배터리(d6, d5), 나트륨이온 배터리(d10), 실선 적용 사례(d16), 포트 운영 연계(d14), 공급망 협력(d18) 및 LFP 시장(d19) 자료를 바탕으로 객관적이고 데이터 기반 검토를 제시.

1. 해상 운송의 탈탄소화 동인 및 기술 요구사항

  • 해상 운송 부문은 탈탄소화를 위한 정책과 효율성 개선 요구에 따라 배터리 기술 발전을 적극적으로 수용하고 있다. 최근 보고서에 따르면, 유럽의 중형 항구는 연간 약 7500만 톤의 화물을 처리하며, 이들 항구의 운영은 대부분 디젤 기반의 장비에 의존하고 있다. 현실적으로 이러한 장비들은 고통스럽게도 1시간에 19리터의 디젤을 소비하며, 이는 역사적으로 긴급한 탈탄소화의 필요성을 뒷받침하고 있다.

  • 특히, Matson사의 최신 LNG 추진 선박은 Corvus Energy의 민간 해양 배터리 시스템을 배제하면서 에너지 효율성을 높이고 있다. 이 선박들은 1, 492-kWh의 배터리를 탑재하고 있으며, 이는 미국 내 최대 용량을 자랑하는 유람선이다. Matson사는 2030년까지 Scope 1 온실가스 배출량을 40% 줄이고, 2050년까지 제로 조치를 목표로 설정하였다. 이러한 배터리 통합 전략은 최첨단 기술을 통해 운영비를 절감할 뿐만 아니라, 환경적 지속 가능성까지 고려하고 있다.

  • 또한, 고체전해질과 나트륨이온 배터리와 같은 차세대 기술의 도입은 해상 운송의 에너지 밀도를 높이는 데 기여하고 있다. 전고체 배터리는 일반적으로 더 긴 주행 거리와 짧은 충전 시간을 제공하며, 나트륨이온 배터리는 리튬 가격 변동성을 줄여줄 수 있는 가능성으로 주목받고 있다. 예를 들어, 나트륨이온 배터리에 대한 연구는 최근 몇 년 동안(exports, technology improvements) 진전을 보이고 있으며, 이로 인해 해상에서 장기간의 에너지 저장이 가능해지는 한편 비용 측면에서도 유리할 전망이다.

  • 결론적으로, 해상 운송 부문에서의 배터리 기술 혁신은 수많은 경로를 통해 이루어지고 있다. 특히, 친환경 에너지 생산 기술과 디지털 전환의 조화가 이루어질 때, 업계는 더욱 원활한 탈탄소화 및 지속 가능성을 달성 할 수 있을 것이다. 이러한 배경 속에서 각국 정부는 '디지털 전환을 통한 탄소중립 촉진 방안'을 통해 AI와 디지털 기술의 활용을 확대하고 있으며, 이는 해상 운송의 지속 가능성을 더욱 강화하는 기초가 될 것이다.

2. 차세대 배터리 화학 기술 동향: 고체전해질과 나트륨이온

  • 전고체 배터리 기술은 고체 전해질을 사용하여 기존 리튬이온 배터리의 강점을 극대화하며, 발화 위험과 에너지 밀도 제한 문제를 해결하고 있습니다. 전고체 배터리는 특히 에너지 밀도가 70% 증가할 것으로 기대되며, 이는 같은 크기와 무게로 더 오래 사용할 수 있음을 의미합니다. 2023년 6월, 일본의 한 연구기관은 전고체 배터리의 충전 시간을 이론적으로 10-15분으로 단축할 수 있다고 발표하며, 이는 시장 내에서 큰 충격을 주었습니다.

  • 반면, 나트륨이온 배터리는 리튬 대신 저렴하고 풍부한 나트륨을 양극 및 음극 소재로 활용하여 리튬 가격 변동성을 줄일 수 있는 가능성을 보여주고 있습니다. CATL의 2세대 나트륨 배터리 '낙스트라'는 에너지 밀도 175Wh/kg, 저온 성능이 영하 40도에서도 90% 이상 충전량을 유지하며, 2025년 상반기부터 상용화를 목표로 하고 있습니다. 이러한 강점 덕분에 나트륨이온 배터리는 가격 경쟁력과 함께 안전성을 제공하여 전기차 시장에서 주목받고 있습니다.

  • 고체전해질 및 나트륨이온 배터리 모두 다양한 산업 분야에서의 활용이 가능하며 해상 운송 부문에도 큰 영향을 미칠 것으로 예상됩니다. 전고체 배터리의 경우, 에너지 저장 밀도가 높아 긴 항해 동안 안정적인 에너지 공급을 가능하게 하며, 나트륨이온 배터리는 기존 리튬이온 배터리 대비 저렴한 가격으로 많은 제조사가 접근 가능해질 전망입니다. 이러한 변화는 2030년까지 예상되는 글로벌 전기차 시장의 성장과 함께 해상 운송 배터리 시장에 새로운 기회를 제공할 것입니다.

  • 결론적으로, 차세대 배터리 화학 기술은 해상 운송의 탈탄소화를 앞당기고 있으며, 두 기술 모두 자신의 특성과 장점을 통해 신속한 상용화를 위한 기술적 진전을 지속하고 있습니다. 향후 5년 이내에 이들 기술의 발전은 해상 운송에서의 수익성과 효율성을 높이는 데 큰 기여를 할 것입니다.

3. 선박 적용 사례: LNG 연료선과 배터리 하이브리드 시스템

  • Matson Navigation Co.는 최근 3척의 Aloha-class LNG 추진 컨테이너선에 Kongsberg Maritime의 하이브리드 전기 시스템을 도입하였습니다. 이 시스템은 Corvus Energy의 Orca 에너지 저장 시스템(ESS)을 포함하며, LNG 선박의 성능을 크게 향상시키고 있습니다. 각 선박은 1, 492-kWh의 Corvus Orca 배터리를 장착하고 있으며, 이는 현재 세계에서 가장 많은 설치 사례를 보유한 해양 배터리 시스템입니다.

  • Aloha-class 선박은 3, 600 TEU(20피트 컨테이너)의 화물 용량을 조절하며, 미국 내에서 가장 큰 컨테이너선으로 자리매김하고 있습니다. 이 선박들은 기존의 디젤 연료 대신 LNG를 사용하여 운영되며, Matson의 2030년까지 40%의 Scope 1 온실가스 배출량 감축 목표를 지원하고 있습니다. 이러한 선택은 Matson이 환경적으로 지속 가능한 기술을 채택하려는 의지를 분명히 드러냅니다.

  • 특히, Matson의 하이브리드 시스템은 에너지 관리 및 충전 인프라와 연계되어 있으며, 이는 포트에서의 운영 효율성을 극대화하는 데 중요한 역할을 합니다. 하이브리드 시스템은 선박의 에너지를 보다 효율적으로 사용할 수 있게 도와 줄 뿐만 아니라, LNG와 함께 배터리를 함께 사용하는 방식은 유지보수 비용을 절감할 뿐 아니라 전체 운영 비용을 절감하는 데 기여합니다.

  • 실제 사용 데이터에 따르면, Matson은 이러한 배터리 시스템을 통해 에너지를 더욱 효율적으로 관리하며, 하이브리드 시스템이 발휘하는 장점 덕분에 항해 중 배항 시에도 에너지 소모를 최적화할 수 있었습니다. 이는 Matson의 지속 가능성 목표뿐만 아니라 운영의 경제성에도 긍정적인 영향을 주며, 향후 이들 선박이 항구 내에서 계속해서 지속 가능한 운영을 지원할 것으로 기대됩니다.

  • 결론적으로, Matson의 LNG 추진선에 대한 배터리 하이브리드 시스템 도입은 해양 운송 분야에서의 혁신적 변화로, 향후 다른 해운사들이 채택할 수 있는 롤모델이 될 것입니다. 이는 지속 가능한 해상 운송을 위한 효율적인 솔루션을 제시하며, 앞으로의 해운업계에서의 에너지 전환의 좋은 사례가 될 것입니다.

4. 공급망·규제·재활용: 지속 가능성 확보 방안

  • 해상 운송 분야의 배터리 기술 발전은 탈탄소화 이니셔티브와 환경 규제 대응의 중요한 요소로 자리 잡고 있으며, 이를 위해 국내외 기업과 정부가 협력하고 있는 상황입니다. 특히 에코프로비엠의 기술 혁신은 CATL과의 협력 관점에서 주목할 만합니다. CATL이 헝가리 공장의 연간 생산능력을 100GWh로 확대할 예정인 가운데, 에코프로비엠은 인접한 공장에서 양극재를 연간 최대 10만 8, 000톤 생산할 계획을 세우고 있습니다. 이로 인해 두 회사는 물류 비용 절감과 함께 수익성을 높일 수 있는 기회를 갖게 될 것입니다.

  • 배터리 원재료 확보의 측면에서도, LFP(리튬인산철) 배터리는 가격 경쟁력 강화의 핵심 요소로 주목받고 있습니다. 닛산이 LFP 배터리 공장 설립 계획을 철회한 사례 역시 국내 배터리 제조사들에게는 기회가 될 수 있습니다. BATTERY & POWER O&O에 따르면, 올해 1~3월 기준 시장 점유율이 CATL 38.3%, BYD 16.7%, LG에너지솔루션 16.7%로 집계되었습니다. 이는 한국 배터리 회사들이 LFP 배터리 시장에서도 중국 기업들과의 경쟁에서 우위를 점할 수 있는 잠재력을 가지도록 하고 있습니다.

  • 재활용 기술과 관련하여 정부의 '사용후 배터리 순환이용 활성화 방안'은 시장 수요를 촉진할 기회를 제공하고 있습니다. 환경부가 제안한 정책은 배터리 재사용 제품에 대한 인증제도의 도입과 재생원료 사용을 촉진할 것입니다. 이로 인해 사용자와 제조사가 환경친화적 선택을 하게 되는 긍정적인 순환 구조가 형성될 것으로 기대됩니다. 특히, EPR(생산자 책임 재활용제도)의 전품목 확대는 전기차 등을 포함한 배터리의 회수와 재활용을 촉진하여 배터리 공급망의 안정성을 높일 것입니다.

  • 결국, 해상 운송에서의 배터리 기술과 공급망 전략은 지속 가능한 성장을 위한 필수적 요소로 대두되고 있습니다. CATL과 에코프로비엠 사례, 그리고 LFP 시장의 발전은 글로벌 전기차 배터리 시장에서의 연계성을 증대시키고 있으며, 향후 2030년까지 해상 운송 분야에서 배터리 기술의 상용화가 이뤄질 것으로 보입니다. 배터리 기술의 향상과 공급망 안정화를 통해 한국 기업들은 환경 친화적인 솔루션을 제공하고, 지속 가능한 해상 운송이 가능해질 것입니다.

5. 향후 전망 및 상용화 타임라인

  • 해상 운송 분야에서 배터리 기술의 발전은 탈탄소화 정책과 환경 규제에 대한 대응으로 중요한 역할을 하고 있습니다. 최근 세계 전기차 시장이 2025년 첫 분기 동안 560만 대라는 기록적인 판매량을 달성하고, 전 세계적으로 전기차 판매량이 전년 대비 29% 증가한 것에서 나타나듯이, 배터리 기술 발전은 이 시장의 성장을 견인하고 있습니다. 특히, CATL의 나트륨이온 배터리와 같은 새롭고 혁신적인 기술이 상용화되고 있는 점은 해상 운송의 탈탄소화를 더욱 가속화할 것으로 예상됩니다.

  • 중국의 CATL은 전 세계적으로 나트륨이온 배터리를 상용화하고 있으며, 이 기술은 저온에서도 우수한 성능을 제공하며 리튬 가격의 변동성을 줄이는데 기여합니다. 이러한 배터리는 리튬이온 배터리에 비해 가격 경쟁력을 갖추고 있으며, 에너지 밀도는 175Wh/kg 이상, 심지어 극한의 저온에서는 90% 이상의 충전량을 유지하는 특징이 있습니다. 이와 같은 기술은 해상 운송 부문에서도 배터리의 저렴한 공급을 가능하게 하여 효율성 향상에 크게 기여할 것입니다.

  • 또한, 전고체 배터리 기술의 발전도 주목할 만합니다. 전고체 배터리는 안전성이 향상되고, 에너지 밀도를 최대 70% 증가시키는 동시에 충전 속도도 이론적으로 10-15분으로 단축될 것으로 보여 해상 운송 부문에서도 적용 가능성이 높아지고 있습니다. 이러한 기술의 상용화는 향후 5년 이내에 이루어질 전망이며, 해상 운송의 지속 가능성을 대폭 향상시킬 것입니다.

  • 해운업체들 또한 이러한 배터리 기술 혁신을 채택하여 지속 가능한 운영을 도모하고 있습니다. 예를 들어, Matson Navigation Co.는 LNG 추진 선박에 Kongsberg Maritime의 하이브리드 전기 시스템을 도입하여 연료 절약과 환경적 지속 가능성을 동시에 추구하고 있습니다. 이들은 1, 492-kWh의 Corvus Orca 배터리를 장착하여 운영 효율성을 높이고 있습니다. Matson은 2030년까지 40%의 Scope 1 온실가스 배출량 감소를 목표로 설정하는 한편, 이러한 하이브리드 시스템이 전체 운영 비용을 절감할 수 있는 기회가 될 것이라고 강조합니다.

  • 결론적으로, 해상 운송 분야의 탈탄소화 및 배터리 기술 발전 동향은 환경적 요구에 부응하는 동시에 기술적 혁신의 길을 열어가고 있습니다. 이러한 변화는 향후 지속 가능한 해양 환경을 만들어 나가는 데 중요한 기여를 할 것이며, 각국 정부와 기업이 협력하여 이뤄내야 할 방향임을 분명히 하고 있습니다.

핵심 정리

  • 해상 운송의 탈탄소화

  • 해상 운송 부문은 온실가스 배출 규제와 연료 효율성 향상 요구에 따라 배터리 기술을 적극적으로 채택하고 있으며, 이를 통해 지속 가능한 운영을 도모하고 있습니다.

  • 차세대 배터리 기술의 잠재력

  • 고체전해질 배터리와 나트륨이온 배터리는 에너지 밀도와 충전 속도 면에서 성능 개선을 기대할 수 있으며, 리튬 가격 변동성을 줄이는데 기여할 수 있습니다.

  • 혁신적인 선박 사례

  • Matson사의 LNG 추진 선박에 하이브리드 전기 시스템을 도입함으로써 운영 효율성과 탄소 배출 감소 목표를 동시에 달성하고 있으며, 이는 다른 해운사들의 롤모델로 작용할 가능성이 높습니다.

  • 지속 가능한 공급망 구축

  • 강화된 배터리 공급망과 재활용 정책이 해상 운송 부문에서의 지속 가능성을 뒷받침하고 있으며, 이는 기업들의 협력과 기술 혁신을 통해 가능해집니다.

  • 상용화 시점과 미래 전망

  • 차세대 배터리 기술의 발전은 향후 5년 이내에 해상 운송의 지속 가능성을 크게 향상시킬 것이며, 기술 혁신이 이를 가속화할 것으로 예상됩니다.

용어집

  • 🔍 탈탄소화: 온실가스 배출을 줄이기 위해 탄소 기반 에너지원에서 벗어나 탄소 배출이 적은 에너지로 전환하는 과정을 뜻합니다. 해상 운송 부문에서는 이를 통해 환경 문제를 해결하고 지속 가능성을 높이려는 노력이 이루어지고 있습니다.

  • 🔍 고체전해질 배터리: 전해질이 액체가 아닌 고체로 이루어진 배터리로, 안전성이 높고 에너지 밀도가 향상된 특징을 가집니다. 일반적인 리튬이온 배터리의 문제점을 개선하기 위해 개발되고 있습니다.

  • 🔍 나트륨이온 배터리: 리튬 대신 나트륨을 양극 및 음극 소재로 사용하는 배터리입니다. 나트륨이 리튬보다 저렴하고 풍부하게 존재하기 때문에, 가격 경쟁력이 높고 리튬 가격 변동에 대한 위험이 적습니다.

  • 🔍 LNG: 액화천연가스를 의미하며, 해상 운송에서 친환경 연료로 사용됩니다. LNG는 디젤보다 온실가스 배출이 적어, 지속 가능한 에너지 전환의 일환으로 채택되고 있습니다.

  • 🔍 하이브리드 시스템: 전기와 다른 형태의 에너지를 함께 사용하는 시스템으로, 주로 연료 절약과 효율성을 높이기 위해 적용됩니다. 해상 운송에서는 LNG와 배터리를 함께 사용하는 방식이 예시입니다.

  • 🔍 에너지 밀도: 배터리가 저장할 수 있는 에너지의 양을 나타내는 지표로, 단위 무게나 부피당 저장되는 에너지를 뜻합니다. 에너지 밀도가 높을수록 같은 크기의 배터리에서 더 많은 에너지를 사용할 수 있습니다.

  • 🔍 재활용 정책(EPR): 생산자가 사용한 제품을 회수하고 재활용할 책임이 있다는 원칙. 환경 친화적인 제품 수명을 연장하고, 자원의 재활용을 촉진하기 위해 도입된 정책입니다.

  • 🔍 공급망: 원자재부터 최종 소비자에게 제품이 도착하기까지의 모든 단계를 포함하는 네트워크를 뜻합니다. 배터리와 같은 기술의 경우, 공급망은 원료 확보부터 제조, 유통까지 이어집니다.

  • 🔍 에너지 관리: 에너지를 효율적으로 사용하기 위한 계획, 실행, 모니터링 및 조정 과정을 의미합니다. 해상 운송에서는 연료 절약과 운영 효율성을 높이기 위해 필수적인 요소입니다.

  • 🔍 배터리 통합 전략: 다양한 배터리 기술을 조합하여 최적의 성능과 효율성을 달성하기 위한 전략입니다. 해상 운송 분야에서는 하이브리드 시스템을 통한 에너지 효율성 증대가 그 예입니다.

출처 문서