[단독]2024년 국내 최초 한국형 수소연료전지 '예인선' 상용화

국책사업 '3메가와트(MW)급' 배터리-연료전지 예인선 실증연구 돌입

글로벌 친환경 기조에 선박 연료류에 대한 환경규제 강화 추세 이어져

IMO, 선박용 연료의 황(SOx) 성분 함유율 상한 기존 3.5%→0.5% 대폭↑

'크리스+대우조선해양+빈센' 한국형 수소연료전지 예인선 연구기관 선정

美·EU·日·中 등 수소연료전지 선박 공을 들이고 있어, 정책적인 지원 절실

조선 '빅3(현대중공업·대우조선해양·삼성중공업)' 이외 중형조선소 및 항만공사 및 조선업 관계사 등이 보유하고 있는 예인선은 약 1300여대인 것으로 집계됐다. 예인선은 다른 표현으로 터그보트(tugboat)라 불리는 선박으로 시운전 또는 다른 배를 밀거나 끌어서 조종하는 선박을 뜻한다. 연안 및 항구, 좁은 수로에서 배가 스스로 움직이지 못할 때 이동을 용이하게 돕는 수단이다.

오는 2024년 한국형 수소연료전지를 사용하는 예인선이 상용화된다. 해운 및 조선업계에서의 환경규제는 갈수록 강화되고 있다. 국제해사기구(IMO)는 오는 2030년 이후 발주하는 선박에 대해 탄소 배출량을 40% 감축하고 2050년에는 50%까지 감축을 요구하고 있다. 이와 함께 연안에서 사용하는 예인선 또한 탄소배출을 줄일 수 있는 대체연료와 친환경 선박으로의 전환이 필요하다.

2일 조선업계에 따르면 국내 최초 개발되는 한국형 수소연료전지 예인선은 해양수산부(해수부)가 주관하는 '2022년도 해양수산과학기술 육성 시행 계획'에 포함된 국책사업이다. 친환경 연안선박 개발 실증 및 보급 기반 확보를 위해 연안 선박을 대상으로 신기술 즉 수소연료전지를 통해 육상/해상에서 실증 이후 고(高)출력화 및 병렬화를 통해 향후 중대형 선박으로 적용할 계획이다.

한국형 수소연료전지 예인선 국책 연구기관으로 선박해양플랜트연구소 크리소(KRISO)와 대우조선해양 그리고 빈센이 선정됐다. 이들 3사는 한국해양교통안전공단(KOMSA)과 함께 올해 2분기 이후 총 180여억원 개발비를 통해 1.5메가와트(MW) 즉 1900마력 추진체를 통해 수소연료전지 예인선 개발에 돌입하여 오는 2024년 상용화 선박에는 3.0MW(3800마력) 추진체를 선보일 방침이다. 이들 3사는 원형셀 기반 배터리팩 및 시스템을 적용하여 기술을 개발하고 추진체인 프로펠러를 실제 선박에 적용하여 선박 운항 자료를 실시간 모니터링하여 기술을 개발하게 된다.

이와 함께 3.0MW급 연료전지를 통해 배터리 하이브리드 시스템을 실선에 적용하여 기술을 개발하고 원력 모니터링 및 제어기술을 실제 선박에 적용하여 한국형 수소연료전지 예인선을 완성할 계획이다. 이를 기반으로 친환경선박 인증기준을 마련하고 표준화를 통해 친환경 선박 보급 확산을 위한 법제도 및 정책 개발에 활용한다는 게 해수부의 방침이다.

수소는 연료전지를 통해 전기에너지로 변환해 동력에 사용하는데 자동차를 비롯해 선박, 기차, 비행기, 드론 등 다양한 운송 수단의 에너지원으로 사용할 수 있다. 사진=현대차그룹 제공

현재 조선 '빅3(현대중공업·대우조선해양·삼성중공업)' 이외 중형조선소 및 항만공사 및 조선업 관계사 등이 보유하고 있는 예인선은 약 1300여대인 것으로 집계됐다. 예인선은 다른 표현으로 터그보트(tugboat)라 불리는 선박으로 시운전 또는 다른 배를 밀거나 끌어서 조종하는 선박을 뜻한다. 연안 및 항구, 좁은 수로에서 배가 스스로 움직이지 못할 때 이동을 용이하게 돕는다.

예인선은 1척당 약 4500마력급으로 해상항로를 안전하게 예인한다. 하지만 현재 운항 중인 선박은 IMO 규제에 저촉된다. 유황성분 규제 때문이다. 황 성분을 3.5% 이하에서 0.5% 이하로 낮추도록 하는 강력한 규제로 국가 간을 운항하는 외항선뿐 아니라 국내 항만 간을 운항하는 내항선에도 적용되어 향후 예인선도 친환경 선박으로 교체되기 때문이다.

친환경 예인선은 수소연료전지 이외 지난해 본격 투입한 LNG연료추진 예인선이 현장에 투입됐다. 하지만 장기적인 측면에서 LNG연료 추진체 또한 화석연료의 일환으로 친환경 선박과는 결이 다르다는 것이 전문가들의 분석이다.

경제성이 예인선 교체의 발목을 잡을 것으로 보인다. 현재 사용하고 있는 예인선(4500마력) 척당 신조 가격은 60~70억원에 달하여 고출력 선박은 100억원에 이른다. 이에 반해 수소연료전지 예인선 척당 대략 230억원으로 추산하고 있다. 초기 개발에 사용되는 수소연료전지 및 추진체, 건조 비용까지 더해져 높은 비용으로 산출됐지만 상용화 이후 비용은 합리적인 선으로 책정될 것이라는 게 업계의 중론이다.

수소연료전지 대중화의 관건은 IMO 규제의 강도 이외 국내 환경 규제와 정책에 달렸다. 정부는 2020년 12월에 발표한 '2050년 장기저탄소 발전전략(LEDS)'를 통해 '2050 국가 탄소중립' 목표를 실현하기 위해서 2050년까지 선박이 배출하는 온실가스의 양을 2017년 대비 50%인 593만 톤 감축하는 것을 목표로 제시했다.

갈수록 강화되는 해운조선업에서의 국제환경기준 강화에 따른 범국가적인 대응이 필요하다는 판단에서다. 특히 해양환경관리법의 '선박에서의 오염방지에 관한 규칙'과 친환경 선박법, 항만지역 등 대기질 개선에 관한 특별법 시행 등이 연안 및 근해 사용되는 선박과 예인선에 해당되는 규제로 꼽힌다.

국내 수소연료전지 분야는 현대차그룹이 중장기 사업 전략에 속도를 내고 있다. 오는 2030년까지 수소전기차 50만대와 발전과 선박, 철도 등 분야 20만대를 합쳐 총 70만대 규모의 수소연료전지시스템 생산 체제를 구축할 계획이다. 이를 통해 수소 경제 시대를 앞당기기 위한 다양한 모빌리티 인프라 구축할 방침이다. 이는 육상·해상·비행 등 다양한 운송수단으로 영역을 넓혀가는 수소연료전기 에너지의 확장성의 가능성은 크기 때문이다.

국내 수소연료전지 분야는 현대차그룹이 중장기 사업 전략에 속도를 내고 있다. 오는 2030년까지 수소전기차 50만대와 발전과 선박, 철도 등 분야 20만대를 합쳐 총 70만대 규모의 수소연료전지시스템 생산 체제를 구축할 계획이다. 사진=현대차그룹 제공

해외 유수 국가들은 수소연료전지 선박에 공을 들이고 있다. 한국은행의 자료에 따르면 미국은 2016년부터 META(해양환경 및 기술지원) 프로그램을 통해 4.8MW급 수소연료전지, 내륙수로 LNG선박, 전기추진선박 등의 기술개발을 지원하고 있다. EU는 유럽 최대 R&D 지원 프로그램인 'Horizon 2020'을 통해서 연료전지추진선박이나 액화수소추진선박 등 친환경선박 관련 기술개발에 적극적으로 나서고 있다. 일본은 2016년부터 I-shipping 사업을 통해 새로운 선형개발 및 최적 설계 기술개발, 선박 건조 및 운항 생산성 향상 연구 등을 지원하고 있고 중국은 2015년부터 '중국제조 2025' 정책의 10대 핵심산업 중 하나로 해양선박 산업을 선정하고 육성하고 있다.

2020년 기준 전 세계에서 건조된 수소연료선박은 총 10척으로 전해지고 있다. 이 가운데 상업운전을 하는 선박은 5척이나 아직 검증된 시스템이나 압도적 기술격차를 보유한 기업은 없다는 게 업계의 중론이다. 이에 미래 조선업계를 선점하기 위해서는 산·학·관 협의체를 통해 친환경선박 전문인력 양성사업은 물론 수소연료전지 선박의 정책적인 지원이 이어져야 할 것으로 보인다.

업계 한 관계자는 "조선 빅3를 포함하여 조선업계 관련 종사자는 예인선을 배치 및 운영하고 있다. 장기적으로 친환경 선박의 기조에 따라 예인선 또한 교체가 당연한 수순이다"라며 "하지만 수소연료전지 선박 및 예인선 개발의 훈풍이 국내 친환경 시장에 활기를 불어넣을 수 있지만 경제성에서 뒤쳐진다면 구매로 이어지기 쉽지 않을 것이다"고 설명했다.