덴마크 운송기업 DFDS의 선박은 매주 총 480km에 달하는 코펜하겐과 오슬로 사이를 오가며, 이틀간 바다를 떠돌면서 35t의 석유를 태우고 굴뚝에서 더러운 가스를 방출한다. 그러나 이러한 움직임이 서서히 변하고 있다. DFDS는 2027년이면 유로파 시웨이즈(Europa Seaways)라는 새로운 선박이 압축된 수소의 동력으로 기존 선박과 같은 경로를 이동하고, 이동 과정에서 깨끗한 물만 방출할 것으로 기대한다.
해양 업계는 기후 변화에서 오염의 숨은 주범 중 하나이다. 많은 사람이 차량과 클라우드, 그리고 심지어 젖소까지 배출의 주된 요인이라는 이야기를 들어본 적이 있다. 그러나 해양 교통수단은 연간 이산화탄소 9억 4,000만t을 배출하며, 전 세계 온실가스 2.5%를 방출한다. 오염된 석유와 추진력을 얻기 위해 태우는 디젤 연료 때문이다. 맨체스터대학교 틴달 기후 변화 연구 센터(Tyndall Centre for Climate Change Research) 소속 연구원인 사이몬 불록(Simon Bullock) 박사는 “국제 운송을 국가로 비유했을 때, 국제 운송의 온실가스 배출량은 전 세계 순위 5위인 독일과 6위인 일본의 중간 수준이다”라고 설명했다.
유럽연합은 이에 대한 대응으로 2030년까지 탄소 중립 선박 도입을 촉구하고 있다. 이와 함께 덴마크 정부는 2030년까지 탄소 배출량을 70%가량 감축해, 여러 업계가 목표 달성을 위해 함께 노력할 아이디어를 제시할 것을 요구하는 법안을 통과시켰다. 탄소 배출을 없애기 위한 노력은 해양 업계에 기한과 함께 이를 실천할 수 있는 자금을 지원한다. DFDS가 유로파 시웨이즈 프로젝트를 진행하는 이유 중 하나이다. 로이드선급협회(Lloyd's Register)의 설문 조사를 통해 여러 선박 기업에서 탄소 배출을 없애기 위한 노력을 가속하는 주된 원인이 의무적인 규제와 금전적 혜택이라는 사실이 확인됐다. 그리고, 국제 해사 기구는 선박의 방출량을 2050년까지 최소 절반 정도로 줄이는 것을 추진 중이다.
[사진=DFDS 트위터]
현지 풍력 발전소에서 생성한 압축된 수소 연료 셀을 이용해 전기 추진을 받는 기술이 이미 작동하고 있다. 그러나 DFDS 혁신 총괄 야콥 스테펜슨(Jakob Steffensen)의 설명에 따르면, 선박을 운송할 정도로 변경해야 한다. 그러나 연료 자체가 비싸다. 즉, 수소 동력 선박 건설이 금전적 측면에서 타당하지 않다. 스테펜슨은 “선박 운송에 필요한 정도의 청정 수소를 얻는 것도 어렵고, 청정 수소를 충분히 얻더라도 가격이 말도 안 될 정도로 비싸다”라고 말했다. 이어, 현재 디젤로 운행되는 선박보다 4배 더 비싸다는 사실을 덧붙여 전했다.
그러나 비싼 가격 문제 이유에도 불구하고 상황이 바뀔 것으로 보인다. 덴마크 현지 전력 기업 오스테드(Ørsted)가 DFDS, 운송 업계 대기업 머스크(Maersk)를 포함한 여러 업계 주요 기업과 손을 잡고, 전기 분해 요법을 사용한 청정 수소를 생산한다. 청정 수소는 물을 수소와 산소로 분해하며, 해안에서 떨어진 곳에 잇는 풍력 발전소에서 전력 공급을 받는다. 전기 분해의 원천은 전체 프로젝트의 핵심이 된다. 수소가 전력 생성 과정에서 유일하게 지속 가능성을 지녔기 때문이다. 그리고, 풍력발전소는 접근이 편리하게 코펜하겐 항구 인근에 설치됐다. 스테펜슨은 “약간의 운이 더해져 선박이 코펜하겐에서 오슬로 사이를 오가는 곳과 바로 가까운 곳에서 청정에너지를 풍부하게 얻을 수 있다”라고 말했다.
DFDS는 수소 연료 구매 시장에서 큰 손과 같은 역할을 하면서 수소 연료의 수요를 높이고 시장을 촉진하는 역할을 한다. 결과적으로는 수소 연료의 수요를 낮추는 역할을 한다. 스테펜슨은 수소 연료 공급과 수요와 관련, “인과관계를 파악하기 어렵다. 수소 연료와 같은 프로젝트가 도움이 되리라 생각했다. 선박 운송에 필요한 연료의 양이 많기 때문이다”라고 설명했다. 풍력도 마찬가지다. 스테펜슨은 20년 전, 풍력이 ‘히피에게나 필요한 연료’라는 말이 농담으로 인식된 사실을 언급한다. 그는 “그러나 현재 평균보다 더 나은 성과를 자랑하며, 오래된 화석 연료를 태우는 발전소를 건설하는 것이 더는 말이 안 된다”라고 설명했다. 스테펜슨은 수소 연료 부분에서 사실이라면, 차량과 화물 운송 트럭에 사용할 더 깨끗한 연료를 생성하는 것도 경제적으로 가능해질 것으로 내다봤다.
다시 말해, 수소 전력의 어려움이 선박 자체에만 있는 것이 아니며, 시장과 기반시설에도 어려움이 있다. 수소 연료 생산과 저장, 운송 모두 개발 및 구축이 필요하기 때문이다. 그러나 선박은 건설하고 사용하는 데까지 수십 년이 걸린다. 연료 자체가 준비되지 않았더라도 지금은 선박 제작에 돌입해야 할 때라는 의미이다. 스테펜슨은 “선박의 수명이 길다. 사람이 30년간 탑승할 수 있다. 2050년까지 탄소 중립을 실천하고자 한다면, 이번 수소 동력 보트가 그 시작점이 될 것이다”라고 말했다.
기술적, 설계적 어려움도 있지만, 스테펜슨은 모두 해결할 수 있는 문제라고 생각한다. 그는 “연구 프로젝트가 아닌 최첨단 기술이다. 현재 여러 협력사와 함께 기술적, 설계적 문제를 해결할 수 있다”라고 설명했다. 협력사 중에는 수소 연료 셀 생산 업체 발라드 파워 시스템즈(Ballard Power Systems)와 셀 통합 및 전기 추진 시스템 기업 ABB, 폭발 위험이 매우 높은 연료를 사용해도 안전성을 갖추도록 선박을 설계하는 데 도움을 주는 로이드선급협회 해양 및 운송, 오스테드 등이 있다.
연료 셀은 프로펠러를 작동하는 전기 모터에 전력을 공급한다. 이를 위해 유로파 시웨이즈에 전기 추진이 필요하며, 특히 선박에서 갈수록 보편화되고 있는 요소이기도 하다. 실제로 노르웨이의 피오르를 항해하는 차량용 선박 중, 배터리로만 작동하는 선박도 있다. ABB AS 해양&항구 글로벌 제품 관리자 요슈타인 보겐(Jostein Bogen)은 10년 전, 전체 선박 중 5%만이 전기 추진으로 작동하도록 제작됐다고 말한다. 그러나 현재, 선박 최대 15%가 전기 추진으로 작동하도록 설계됐다. 이와 관련, 보겐은 “전기화와 관련, 차량과 트럭, 기차 등 운송수단 부문에서 전체적으로 어떤 일이 발생하는지 살펴보면, 해양 업계에서도 똑같은 변화가 발생하고 있음을 알 수 있다”라고 말했다. 그리고, 전기 추진은 대체 자원을 미래에 바꿀 수 있는 미래 증명 시스템이라고 언급했다.
실제로 추진력은 문제의 절반에 불과하다. 오슬로와 코펜하겐을 오가는 선박은 극저 황 연료 석유를 사용한다. 디젤과 액화천연가스(LNG)도 선박 운송에 보편적으로 사용된다. 이를 수소로 바꾸기 위해 업계는 연료 셀의 규모를 확장해야 한다. 그러나 보겐은 연료 셀의 규모를 확장하는 것이 큰 장벽이 되지 않을 것으로 예상한다. 그는 “연료 셀의 규모 확장과 관련, 최적화 및 안전한 확장 방법을 찾는 것이 관건이다”라고 주장했다.
수소는 물만 방출하지만, 단점이 있다. 특히 안전성과 관련해 큰 단점이 있다. 로이드선급협회의 탄소 중립 프로그램 관리자 찰스 하스켈(Charles Haskell)의 설명에 따르면, 수소는 극도로 낮은 기온에서 보관되어야 하며, 약 250bar라는 고압력도 유지해야 한다. 또, 폭발 위험이 매우 높다. 이에, 하스켈은 “대기 중 수소의 최소 점화 에너지양은 0.02mJ이다. 반면, 메탄의 양은 0.29mJ이다. 따라서 수소 유출 시, 폭발 위험성이 높다. 따라서 추가 안전 조치가 필요하다. 점착력이 낮다는 특성과 함께 수소가 대기 중으로 유출될 위험성이 높다”라고 설명했다.
다시 말해, 위험을 완화하기 위해 선박을 다른 방법으로 설계해야 한다. 예를 들어, 선박의 엔진 보관 공간에 사용되는 전기는 다른 범위를 충족해, 수소 유출 시 뜨거운 표면이 수소를 점화하지 않도록 주의해야 한다. 게다가 하스켈이 언급한 바와 같이 수소는 부력이 있어, 유출된다면 높은 공간에 갇힐 수 있다. 하스켈은 “환기 기능이 내장되었다면, 유출된 수소를 제거할 수 있다. 연료의 위험성과 설계, 엔지니어링을 고려하고 있다”라고 덧붙여 전했다.
유로파 시웨이즈는 규모가 매우 커, 차량 380대와 승객 1,800명을 며칠간 운송할 수 있다. 그러나 보겐은 수소 연료 셀은 에너지 밀도가 높지 않아, 국제 컨테이너 운송과 같은 장기 여행에 적합하지 않다고 말한다. 즉, 장거리 선박 운송 과정에서는 전체 운송에 필요한 연료를 충분히 운반할 수 없다. 수소가 차지하는 공간이 지나치게 많기 때문이다. 하스켈은 부피별로 수소의 에너지 밀도가 휘발유 대비 1/4 수준이며, 연료를 보관하는 데 더 많은 공간이 필요하다고 말한다. 이는 프리미엄 공간인 선박에서 큰 어려움이 되는 부분이다. 배터리도 마찬가지이다. 스테펜슨이 설명한 바와 같이 스웨덴과 영국 사이의 항로를 운항하는 DFDS의 선박에는 현재 기술로 5,000t의 배터리가 필요하다.
하이브리드 시스템이 한 가지 대안이 될 수 있다. 컨테이너 선박이 바다에 나갈 때, 디젤을 사용하고 해안 가까이 있을 때는 배터리로 전환해 지역 대기 오염을 줄인다. 그러나 기후 변화 우려를 줄이지는 못한다. 또 다른 대안으로 암모니아 기반 연료를 언급할 수 있다. 수소보다 에너지 밀도가 높으면서 독성이 강하다. 혹은 메탄올과 바이오 연료를 사용할 수도 있다.
어떤 방법을 적용하는 것이 유리할까? 지금으로부터 수십 년간 필요에 따라 다양한 연료를 혼합하게 될 가능성이 높다. 불록 박사는 “기존 선박 변경 단계에서는 풍력에서 석탄과 증기로 작동하도록 바뀌었다. 그리고, 석유로 이동하도록 바뀌었다. 모든 선환이 똑같이 전환 과정을 거쳤다. 이제 수소와 암모니아, 메탄올, 바이오 연료를 선박 운송에 함께 사용할 수 있다”라고 말했다.
그러나 선박 건설과 기존 선박 교체 과정은 수십 년이 걸릴 전망이다. 반면, 해양 업계는 당장 다음과 같이 도움이 될 두 가지 변화를 만들 것으로 보인다. 해상 전력이나 배터리를 이용해 지역 오염을 제한하는 것과 항해 과정에서의 에너지 효율성을 찾는 것이다.
우선, 선박이 항구에 정착할 때도 계속 엔진을 가동한다. 이때, 공해상에 내뿜는 매연은 인구가 많은 항구 인근 지역의 대기 오염을 유발한다. 청정에너지와 전기 추진으로 변경하는 것이 한 가지 해결책이 될 수 있다. 그러나 모든 선박에 스위치가 장착되기 전까지 항구에 정착할 때, 플러그를 연결해야 한다. 단, 항구에서 지역 전기 그리드에 연결하는 시스템에 투자한 곳에서만 사용할 수 있다.
그리고, 선박 기업은 선박을 개조해 연료 소비량을 줄일 수 있다. 불록 박사는 “수소와 같은 기술을 개조하기 어렵다. 완전히 다른 엔진 유형과 추진 시스템이 필요하기 때문이다”라고 말했다. 또한, 그는 2020년대 말, 새로 제작된 선박에 대체 연료를 채택해도 향후 수년간 제작되는 선박 8만여 척은 기존 연료를 가동할 것으로 예측한다. 당장 배출량을 감축하기 위해 운항 속도를 늦추거나 풍력 추진 시스템을 추가해야 한다. 바로 ‘항해’라는 개념으로 널리 알려진 것이다. 불록 박사는 “옛 기술을 새로운 형태로 변형한 것이다”라고 언급했다.
DFDS는 협력사와 함께 수소 동력 선박인 유로파 시웨이즈 제작에 성공한다면, 연간 탄소 배출량 6만 4,000t 정도 감소할 것이라고 주장한다. 또, 탑승객이 굴뚝의 매연 방출 없이 더 조용히 이동할 수 있다. DFDS는 SNS 채널을 통해 고객에게 새로운 수소 선박에서 기존 선박의 상징과 같은 굴뚝이 배치된 곳에 무엇을 두어야 할지 질문했다. 이에, 어느 한 고객은 굴뚝을 수소 연료 셀로 제작한 깨끗한 물을 이용한 분수로 대체할 것을 제안했다. 스테펜슨은 “엔진의 흐름을 제한한다면, 멋진 거대 분수가 될 것이다. 선박의 모습을 두고 고객과 소통할 수 있는 좋은 방법이다. 실제로 선박 2억 척을 가동하면서 깨끗한 물만 배출한다. 미래의 아이들에게 친환경 선박을 보여주고 싶다”라고 말했다.
** 위 기사는 와이어드UK(WIRED.co.uk)에 게재된 것을 와이어드코리아(WIRED.kr)가 번역한 것입니다. (번역 : 고다솔 에디터)
![[사진=DFDS 트위터]](/news/photo/202101/2866_3855_3033.jpeg)
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