이제는 선박에도 탄소중립, 무탄소 연료

이제는 선박에도 탄소중립, 무탄소 연료

대학생신재생에너지기자단 26기 강민석, 27기 문준호, 천혜원, 28기 박지혜

 

기후 위기 속 해운 산업의 과제

전 세계 온실가스 배출의 약 2.8%를 차지하는 해운산업은, 세계 무역의 90% 이상을 책임지는 동시에 기후변화의 주된 원인 중 하나로 지목되고 있다. 선박 운항 시 사용되는 연료는 연소 과정에서 이산화탄소(CO₂), 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx), 미세먼지 등 다양한 유해 물질을 배출하며, 이는 대기 오염과 지구 온난화를 가속하는 요인으로 작용한다. 실제로 국내 선박이 배출하는 대기오염물질은 전체 배출량의 16.4%에 달할 정도로 그 비중이 높다.

국제해사기구(IMO)는 이러한 문제의식을 바탕으로 2050년까지 온실가스 배출량을 2008년 대비 50% 이상 감축하겠다는 목표를 설정하며, 선박 연료의 저탄소화 및 무탄소화 전환을 전방위적으로 추진하고 있다. 이에 발맞춰 우리나라도 ‘그린쉽-K 전략’과 ‘제1차 친환경 선박 개발·보급 기본계획(2021~2030)’을 수립해, 2030년까지 선박 온실가스 최대 70% 감축이라는 중간 목표를 제시한 바 있다.

하지만 단순한 에너지 효율 개선만으로는 이러한 목표를 달성하기에 한계가 있다. 결국, 기존 화석연료를 대체할 수 있는 새로운 에너지원, 즉 무탄소 또는 저탄소 연료의 상용화가 반드시 필요하다. 이에 따라 해운업계는 LNG와 같은 과도기 연료를 거쳐, 메탄올과 암모니아 등 무탄소 연료를 중심으로 새로운 전환을 모색하고 있다.

 

무탄소 연료로의 전환을 위한 브릿지, LNG 연료

천연가스를 연소하는 경우 온실가스 배출량은 석탄 대비 44%, 미세먼지의 배출량은 석탄 대비 10% 수준에 불과하다. 기존의 석탄, 석유는 연소되면서 이산화탄소(CO₂), 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx) 등 유해 대기 물질과 미세먼지를 배출하는데, 천연가스를 연소하는 경우 이러한 유해 대기 물질, 미세먼지 배출이 줄어든다. 천연가스는 공기보다 가벼워 누출되더라도 쉽게 확산하고, 천연가스의 발화온도는 595℃로 매우 높아 화재나 폭발 등의 사고 위험성이 매우 낮다. 또한, 타 연료에 비해 연소성 및 열효율이 높아 에너지 절약에 효율적이다.

천연가스는 상태와 운송 방법에 따라 CNG, PNG, LNG 세 가지로 분류한다. 그중 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 LNG)는 가스전에서 채취한 기체 상태의 천연가스에서 암모니아, 황화수소, 이산화탄소 등 불순물을 제거하고 약 -162℃의 초저온 상태로 냉각하여 액체로 만든 에너지원이다. 천연가스는 기체 상태이기 때문에 부피가 커서 운송과 저장에 비효율적인데, 천연가스를 액화한 LNG는 부피가 약 600분의 1로 줄기 때문에 운송과 저장에 효율적이다.

한편, IMO는 2020년 1월부터 선박 연료유 내 황 함량 상한선을 기존 3.5%에서 0.5% 미만으로 강화했다. 대형 선박이 연료비를 절약하기 위해 사용한 저렴한 중유는 대기오염물질 함유도가 높아 강화된 규제하에서는 더 이상 사용할 수 없게 됐고, 새로운 규제 기준을 충족하기 위해  LNG 연료를 사용하는 방법이 대응책으로 떠오르게 됐다.

LNG는 기존 중유 대비 이산화탄소 배출량을 약 20% 줄일 수 있으며, 황산화물 배출은 약 95%, 질소산화물은 90% 이상, 그리고 미세먼지를 유발하는 PM도 95%까지 줄일 수 있어 대체 연료로 주목받고 있다. LNG는 현재까지 많은 사용 경험과 글로벌 인프라를 갖추고 있어 활용 가능성이 높지만, 실질적인 온실가스 감축에 한계가 있다.

첫 번째 문제는 메탄슬립(Methane slip)이다. 메탄슬립이란 엔진의 특정 운전 조건에서 연료가 불완전 연소하여 메탄이 대기로 방출되는 현상으로, 주로 LNG 저압 엔진에서 운전 조건이 최적화되지 않았을 때와 엔진이 저부하 상태에서 작동 시 연료가 완전 연소되지 않았을 때 발생한다. 실제로 가장 일반적인 유형의 LNG 해양 엔진인 LPDF 4행정 엔진을 사용해 18척의 선박의 기둥에서 측정한 메탄슬립 비율은 평균 6.4%로 나타났다. LNG의 주성분인 메탄이 이산화탄소보다 21배 높은 지구온난화지수(GWP)를 지닌 온실가스라는 점을 고려할 때, 결코 무시할 수 없는 수치이다. 국제청정운송위원회(ICCT)는 LNG의 채굴, 액화, 운송, 저장, 연소 전 과정에서 배출되는 메탄 누출을 포함할 경우, LNG의 전생애주기 온실가스 배출량은 선박용 경유 대비 120% 많을 것으로 추정했으며, 세계은행은 2021년 보고서에서 LNG 추진선의 이론적 이점은 LNG의 전생애주기에서 배출되는 메탄에 의해 상쇄된다고 분석했다.

두 번째 문제는 경제성이다. IMO는 2027년 1월부터 선박이 배출한 온실가스를 생산, 운송, 연소까지 전 과정으로 계산하고, 이를 바탕으로 온실가스 집약도(GFI)를 측정한 후, 기준 미준수 시 탄소부과금을 납부하도록 할 계획이다. 전생애주기 평가에 기반하여 메탄슬립과 누출이 반영된 부과금을 선사에 부여하면, LNG 추진선의 경제적 메리트는 감소한다. 

마지막으로, 인프라 호환성 문제가 있다. 선박에 LNG를 연료로 주입하는 LNG벙커링 설비는 대체연료로 각광받는 그린메탄올, 수소 관련 설비 공유가 어렵기 때문에 탄소 중립을 약속한 2050년을 앞에 둔 지금, LNG벙커링 인프라 확대는 신중하게 이루어져야 한다. 

LNG는 기존 화석연료에 비해 공해를 줄인 연료로 주목받았지만, 결국 대부분이 메탄으로 이루어진 화석연료이기에 무탄소 연료가 될 수 없으며, 이제는 탄소중립으로 나아가기 위해 LNG를 탄소중립의 과도기적 브릿지 연료로 사용하되, 장기적으로는 의존도를 낮추고 친환경 무탄소 연료의 사용을 늘릴 때이다.

 

대표적인 무탄소 연료

1. 암모니아 연료

기존 선박 연료는 벙커유(중유)와 LNG가 주류를 이루고 있지만, 이들은 연소 과정에서 이산화탄소(CO₂)와 메탄(CH₄) 등 온실가스를 상당량 배출한다. 반면 암모니아(NH₃)는 연소 시 CO₂를 배출하지 않으며, 연료 전주기(Lifecycle)에서 재생에너지 기반 그린 수소로부터 합성될 경우 ‘완전한 무탄소 연료’가 될 수 있기 때문에 중장기적인 대안으로 주목받고 있다. 저장과 운송 측면에서는 암모니아가 액체 상태로 존재하기 때문에 기존 수소보다 저장·운반이 용이하며, 액화온도는 약 -33℃로 비교적 높은 편이다. 암모니아는 연료 저장 공간 확보가 상대적으로 유리하며, 대용량 운송에 적합하다. 또한 암모니아는 농업용 비료, 나일론, 플라스틱, 폭발물, 의약품 제조, 반도체 제조가스 등으로 널리 사용되고 있다. 

다만 아직 더 많은 연구가 필요한 것은 사실이다. 암모니아는 독성이 강하고 누출 시 인체와 환경에 위험을 초래할 수 있어, 기존 벙커유나 LNG 대비 훨씬 엄격한 안전관리 프로토콜이 필요하다. 연료 활용을 위한 엔진 기술도 아직 초기 단계에 있으며, 암모니아 전용 혹은 이중연료 엔진 개발과 시험 운항이 병행되고 있다. 이 때문에 초기 벙커링 시장은 싱가포르·유럽 일부 거점항을 중심으로 제한적으로 형성될 전망이다. 선박연료로서는 가연 범위가 넓지 않아 발화 조건이 까다로운 편으로 화재의 위험성은 적지만, 발화와 연소를 위해 고압 주입, 혼소 비율(디젤, LNG 등), 파일럿 연료(점화용 보조 연료) 필요 등의 특성을 고려해 다양한 연구가 진행되고 있다.

2. 그린메탄올

메탄올은 2023년 들어 국제해사기구(IMO) 규제강화 기조 속에 그린메탄올이라는 대안적 연료에 대한 관심이 높아지면서 선사들의 주목을 받았다.

강희진 선박해양플랜트연구소(KRISO) 친환경해양개발연구본부장은 "그린메탄올은 엔진기술이 상용화돼 있어 '비교적 현실적인 대응책'으로 부상했다"며 "특히 IMO의 온실가스 감축 초기전략 발표 이후 2030년대 중반까지 메탄올이 대안적 탄소중립 연료로 신속히 적용될 수 있다는 기대가 반영된 것으로 보인다"고 말했다.

그린메탄올 또한 암모니아 연료처럼 탄소를 배출하지 않는다. 재생에너지를 활용해 그린수소를 생산하고 이를 다시 탄소포집을 통해 합성한다. 강희진 선박해양플랜트연구소(KRISO) 친환경해양개발연구본부장에 따르면, 그린메탄올은 엔진기술이 상용화돼 있어 비교적 현실적인 대응책이며 IMO 온실가스 감축 초기전략 발표 이후 2030년대 중반까지 메탄올이 대안적 탄소중립 연료로 신속히 적용될 수 있다는 기대가 있다고 한다.

하지만 그린에탄올은 가격경쟁력에서 뒤처진다는 단점이 있다. 전통적인 추진 방식에서 대형 선박에 주로 사용되는 저유황 벙커유와 LNG의 차이는 20~30%에 불과하나 이를 제외한 다른 대체연료는 저유황 벙커유 대비 3배 이상 비싸다. 2024년 7월 기준 전 세계적으로 LNG벙커링이 구축된 항만은 273개로 집계됐으나 메탄올 벙커링이 구축된 항만은 29개로 10분의 1 수준이다. 수소 생산 및 탄소 포집 과정에서 제조단가가 더 높아지며, 지난 수년간 국제황산화물 규제(IMO 2020)와 초기 탄소감축 규제를 대비하기 위해 인프라를 확충해 온 LNG에 비해 메탄올은 기술적 신뢰성도 높지 않기 때문에 단기간에 동등한 경제성을 확보하기 쉽지 않다.

 

무탄소 선박의 상용화를 위한 기업의 노력

전 세계가 무탄소 연료를 사용하는 선박을 상용화하기 위해 노력을 기울이고 있다. 먼저, 최근 열린 제83차 해양환경보호위원회(MEPC83)에서 2028년부터 세계 최초로 선박에 탄소세를 도입하는 방안이 합의됐다. 여기서 탄소세란 정부가 기업이나 소비자에게 탄소 배출량에 따라 정해진 세율로 부과하는 세금으로, 탄소 배출량 감축을 위해 제시된 개념이다. IMO는 본회의에서 전 세계 해운업계가 2035년까지 탄소 배출량을 2008년 대비 최대 43%까지 감축해야 한다는 목표를 제시했으며, 이 목표를 달성하지 못한 해운사들은 초과분에 대해 이산화탄소 1톤당 380달러의 탄소세를 내야 한다. 선박 탄소세 부과로 인해, 선박 기업들은 탄소 배출량 감축을 위해 다방면에서 노력할 것이다.

정부에서도 2030년까지 무탄소 선박을 상용화하는 것을 목표로 기술 개발 전략을 수립하는 것에 힘쓰고 있다. 선박에 탄소세를 도입해가는 방향성에 맞춰서, 국내의 선박 기업들이 무탄소 연료 선박을 상용화하기 위해 노력을 기울이고 있다. 지금부터 이에 관련한 사례에 대해 더 자세히 알아보자.

먼저, HD 현대의 중간지주사인 HD 한국조선해양은 지난해 세계 최초로 암모니아 연료공급 실증을 완료했고, 현재는 암모니아 추진선 개발에 집중하고 있다. 또한 지난 5월에는 암모니아 누출 가스를 제거하고 처리수를 전량 재활용할 수 있는 '하이클리어스' 실증 작업도 착수했다. 여기서 ‘하이클리어스’란 선박 운항 과정에서 발생하는 암모니아 가스를 빠르게 회수하고 이 과정에서 생성된 처리수를 SCR로 보내 질소 산화물을 제거하는 방식으로, 암모니아 추진선의 상용화를 앞당길 수 있는 방안이다. 암모니아 연료는 이산화탄소를 배출하지 않지만, 암모니아는 독성이 강하고 누출 시 인체와 환경에 위험을 초래한다. 따라서 암모니아로 인한 위험이 암모니아 추진선의 상용화를 위한 가장 큰 걸림돌이며, 하이클라스는 암모니아 가스가 외부로 유출되는 것을 차단하기에 이를 해결할 수 있는 근본적인 방안이다.

한화오션에서도 무탄소 연료 선박의 상용화를 위해 많은 노력을 기울이고 있다. 한화오션은 아모지의 암모니아 전력발전 시스템을 탑재한 암모니아 추진선을 오는 2025년에 상용화할 계획이다. 여기서 아모지(Amogy)는 미국의 암모니아 기반 수소 연료전지 시스템 전문기업으로 암모니아에 고온 촉매 반응을 일으켜 질소와 수소로 분해한 뒤, 이 수소를 연료전지에 공급해 전력을 생산하는 기술을 보유하고 있다. 또한 아모지는 지난해 9월 세계 최초로 무탄소 암모니아 추진 실증 선박 항해를 성공시킨 기업이다. 한화오션은 지난 15일 친환경 선박 기술 검증을 위한 ‘한화쉬핑’이라는 해운사를 설립해 무탄소 선박의 실증에 초점을 맞추기 위해 노력하고 있다. 이와 같은 한화오션과 아모지의 협업 사례를 통해 암모니아 추진선의 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 보인다.

그린메탄올을 연료로 사용하는 선박의 상용화를 위한 노력 역시 진행되고 있다. 해양수산부에서 국내 친환경 선박 연료 산업 활성화를 위해 추진 중인 ‘항만 내 친환경 선박 연료 실증사업’을 통해, 2023년 7월 17일 울산항에서 세계 최초로 그린메탄올 1천 톤이 컨테이너 선박에 성공적으로 공급됐다고 밝혔다. 울산항에서 출발한 그린메탄올 추진 컨테이너선은 이집트 수에즈운하와 네덜란드 로테르담항을 거쳐 덴마크 코펜하겐까지 총 2만1500㎞를 운항할 예정이며, 그린메탄올을 연료로 활용하여 기존 연료 대비 탄소 배출량을 80% 이상 감축할 수 있을 것으로 예상된다. 이러한 덕분에 울산항은 국내 최고의 친환경 선박 연료 공급항만으로 성장하며, 친환경 에너지 허브로의 도약을 시도하고 있다.

 

미래 해운의 열쇠, 무탄소 연료

LNG는 안정적인 공급 인프라와 비교적 저렴한 가격으로 여전히 대체 연료 시장의 대부분을 차지하고 있지만, 온실가스 감축의 궁극적인 해답이 되기에는 한계가 분명하다. 반면, 메탄올과 암모니아는 이산화탄소를 배출하지 않는 무탄소 연료로 주목받고 있으며, 관련 기술과 상용화 움직임이 세계 각지에서 본격화하고 있다.

다만, 무탄소 연료는 여전히 높은 생산 비용, 안전 문제, 인프라 부족 등의 과제를 안고 있다. 이로 인해 세계 30대 해운기업 가운데 절반 이하만이 무탄소 연료 추진 선박 건조를 추진하고 있으며, 그마저도 대부분은 LNG에 집중된 상황이다.

그럼에도 기후 위기에 대응하고 지속 가능한 해운 산업을 구축하기 위해서는 무탄소 연료의 상용화는 더 이상 선택이 아닌 필수다. 선박의 수명이 20~30년에 달하는 만큼, 지금 이뤄지는 기술적 투자와 정책적 지원이 2050년 IMO의 온실가스 감축 목표 달성 여부를 결정짓게 될 것이다.

앞으로의 해운은 단순한 수송 수단을 넘어, 에너지 전환의 핵심 산업으로 재편될 것이다. 그리고 그 중심에는 무탄소 연료의 조기 도입과 상용화가 있을 것이다.

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무탄소 연료 선박에 대한 대학생신재생에너지기자단 기사 더 알아보기

1. "차세대 선박 연료: 메탄올과 암모니아", 22기 김혜윤, https://renewableenergyfollowers.tistory.com/4482

차세대 선박 연료 : 메탄올과 암모니아

2. "LNG가 불러온 간만의 활황, 다음 목표는 암모니아다", 23기 강민수, https://renewableenergyfollowers.tistory.com/4250

LNG가 불러온 간만의 활황, 다음 목표는 암모니아다

 

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참고문헌 

[무탄소 연료로의 전환을 위한 브릿지, LNG 연료]

1) 박찬균, “LNG 등 차세대 선박연료 새로운 환경문제 초래”, 투데이에너지, 2024.3.11, https://www.todayenergy.kr/news/articleView.html?idxno=269397

2) 이재은, “화석연료지만 괜찮다? ...천연가스의 '두 얼굴'”, 뉴스트리,  2022. 6. 27, https://www.newstree.kr/newsView/ntr202206220005

3) 한국가스기술공사, 한국가스기술공사 공식  블로그, “액화천연가스(LNG)란? 장단점부터 활용 분야까지”(LNG 장단점), 2025. 6. 10, https://blog.naver.com/kogas-tech2020/223894894386?trackingCode=rss

4) 한국해운신문, “전문가기고/LNG 추진 선박과 메탄 슬립: 지속 가능한 미래를 향한 문제 해결”, 한국해운신문, 2025. 2. 11, http://www.maritimepress.co.kr/news/articleView.html?idxno=324503

5) 해양수산부, 해양수산부 공식 블로그, “선박에서 LNG연료는 왜, 어떻게 사용할까?”(천연가스 유해물질), 2019. 7. 16, https://m.blog.naver.com/koreamof/221586302802

[대표적인 무탄소 연료]

1) 김은국, “암모니아 벙커링선, ‘탄소 제로 해운 연료’ 시대를 열다”, 투데이에너지, 2025.08.05, https://www.todayenergy.kr/news/articleView.html?idxno=286997

2) 신주식, “선박연료도 무탄소 시대, 승자는?”, EBN 정책, 2025.01.01, https://www.ebn.co.kr/news/articleView.html?idxno=1647352

3) 엄정필, “현재 기술적 성숙도로 볼 때 암모니아가 대표적인 무탄소 연료”, 가스신문, 2024.04.30, https://www.gasnews.com/news/articleView.html?idxno=115082

[무탄소 연료 선박의 상용화를 위한 기업의 노력]

1) 박상우, “한화오션 암모니아 추진선에 아모지(Amogy) 기술 적용된다”, 월간수소경제, 2024.04.24, https://www.h2news.kr/news/articleView.html?idxno=12361#:~:text=%ED%95%9C%ED%99%94%EC%98%A4%EC%85%98%EC%9D%80%20%EC%95%84%EB%AA%A8%EC%A7%80%EC%9D%98%20%EC%95%94%EB%AA%A8%EB%8B%88%EC%95%84%20%EC%A0%84%EB%A0%A5%EB%B0%9C%EC%A0%84%20%EC%8B%9C%EC%8A%A4%ED%85%9C%EC%9D%84%20%ED%83%91%EC%9E%AC%ED%95%9C%20%EC%95%94%EB%AA%A8%EB%8B%88%EC%95%84%20%EC%B6%94%EC%A7%84%EC%84%A0%EC%9D%84%20%EC%98%A4%EB%8A%94%202025%EB%85%84%EC%97%90%20%EC%83%81%EC%9A%A9%ED%99%94%ED%95%A0%20%EA%B3%84%ED%9A%8D%EC%9D%B4%EB%8B%A4.

2) 송태원, “HD현대·삼성중공업·한화오션, ‘무탄소 연료’ 암모니아 추진선 주도권 확보 속도”, 중앙이코노미뉴스, 2025.06.26, https://www.joongangenews.com/news/articleView.html?idxno=429139

3) 우성훈, 포스텍지속가능연구소, “아모지(Amogy), 암모니아의 무탄소 연료로서 가능성을 입증하다”, https://isr.postech.ac.kr/index.php/archives/24627

4) 장기윤, 포스코그룹 뉴스룸, “선박에도 탄소세가 붙는다! 2028년 해운 탄소세 부과와 LNG 사업 전망”, 2025.07.09, https://newsroom.posco.com/kr/%EA%B8%80%EB%A1%9C%EB%B2%8C-%EC%9D%B4%EC%8A%88-%EB%A6%AC%ED%8F%AC%ED%8A%B8-%EC%84%A0%EB%B0%95%EC%97%90%EB%8F%84-%ED%83%84%EC%86%8C%EC%84%B8%EA%B0%80-%EB%B6%99%EB%8A%94%EB%8B%A4-2028%EB%85%84/#:~:text=%EA%B5%AD%EC%A0%9C%ED%95%B4%EC%82%AC%EA%B8%B0%EA%B5%AC(IMO)%EA%B0%80%20%EB%A7%88%EC%B9%A8%EB%82%B4%20%ED%95%B4%EC%9A%B4%20%ED%83%84%EC%86%8C%EC%84%B8(GHG,%EA%B2%B0%EC%8B%A4%EC%9D%84%20%EB%A7%BA%EC%9D%80%20%EC%85%88%EC%9E%85%EB%8B%88%EB%8B%A4.

5) 정예솔, “세계 최초 그린메탄올 선박, 한국서 출항…친환경 연료 선박 시장 활성화 될까”, greenium, 2023.07.21, https://greenium.kr/news/26728/