해양 탄소 포집 및 활용 기술: 삼성중공업의 OCCS 성공 사례와 해운업계의 탈탄소 노력에 대한 심층 보고서
해양 탄소 포집 및 활용 기술: 삼성중공업의 OCCS 성공 사례와 해운업계의 탈탄소 노력에 대한 심층 보고서
1. 서론: 기후 변화와 해운업의 당면 과제
기후 변화는 전 세계적인 문제로, 각 산업 분야의 탄소 배출량 감축 노력이 절실합니다. 특히, 국제 해운 부문은 전 세계 온실가스(GHG) 배출량의 약 3%를 차지하며, 2050년까지 이 수치가 50%까지 증가할 수 있다는 예측도 있어 적극적인 대응이 요구됩니다. 이러한 배경 속에서 국제해사기구(IMO)는 해운업의 탈탄소화를 위한 강력한 규제를 도입하고 있으며, 이에 발맞춰 조선 및 해운 업계는 혁신적인 친환경 기술 개발에 박차를 가하고 있습니다. 본 보고서는 삼성중공업의 선박용 탄소 포집 및 활용 시스템(OCCS) 성공 사례를 중심으로 해양 탄소 포집 기술의 현황과 중요성, 그리고 IMO의 최신 온실가스 감축 전략을 심층적으로 분석하여 해운업의 지속 가능한 미래를 위한 통찰을 제공하고자 합니다.
2. 삼성중공업의 선박용 탄소 포집 및 활용 시스템(OCCS) 개발 및 시연 성공
최근 삼성중공업은 해운업의 탈탄소화에 있어 획기적인 진전을 이루었습니다. HMM, 파나시아, 한국선급(KR)과의 협력을 통해 개발된 선박용 탄소 포집 및 활용 시스템(OCCS)의 실증에 성공하며, 해양 탄소 중립 목표 달성에 중요한 이정표를 세웠습니다.
2.1. OCCS 기술 개요 및 작동 원리
삼성중공업의 OCCS는 아민 흡수 기반의 기술을 활용하여 선박 운항 중 발생하는 배기가스에서 이산화탄소를 포집하고 액화하는 시스템입니다. 이 기술은 다음의 다섯 가지 주요 단계를 통해 작동합니다:
* 전처리(Pre-conditioning): 배기가스를 탄소 포집에 적합한 상태로 조절합니다.
* 흡수(Absorption): 배기가스가 아민 기반의 용매와 혼합되어 이산화탄소를 흡수합니다.
* 탈착(Desorption/Stripping): 이산화탄소가 포집된 용매를 가열하여 순수한 이산화탄소를 분리해냅니다.
* 액화(Liquefaction): 분리된 이산화탄소를 압축, 건조 및 냉각하여 액체 형태로 만듭니다.
* 저장(Storage): 액화된 이산화탄소를 선박 내 저장 탱크에 보관하며, 육상으로 하역하거나 재활용에 사용합니다.
이 시스템은 선박 운항 중 발생하는 폐열을 활용하여 이산화탄소를 포집하고 저장함으로써 에너지 소비를 최소화하고 경제성을 극대화합니다. 이는 기존 선박의 에너지 효율을 크게 향상시키고, 추가적인 에너지원 소비를 줄이는 효과를 가져옵니다.
2.2. HMM 컨테이너선 실증 및 성과
작년 7월, 삼성중공업은 HMM의 2,200 TEU급 컨테이너선에 국내 최초로 아민 흡수식 OCCS를 설치하여 약 1년간 월별 성능 검증을 진행했습니다. 이 실증 시험을 통해 삼성중공업은 다음과 같은 중요한 성과를 달성했습니다:
* 고순도 액화 이산화탄소 포집: 시스템은 99.9% 이상의 고순도 액화 이산화탄소를 성공적으로 포집했습니다. 이는 포집된 탄소의 품질이 매우 높음을 의미하며, 다양한 활용 가능성을 시사합니다.
* 친환경 메탄올 생산 원료 활용: 포집된 이산화탄소는 친환경 메탄올 생산의 원료로 사용되었습니다. 메탄올은 기존 연료 대비 탄소 배출량을 80% 이상 저감할 수 있는 친환경 선박 연료로, 이는 단순한 탄소 저장(CCS)을 넘어선 탄소 활용(CCU)의 의미 있는 사례로 평가됩니다.
* 상업적 실현 가능성 입증: 이번 실증을 통해 OCCS 기술의 실제 선박 운용 환경에서의 효과와 상업적 실현 가능성이 입증되었습니다.
이동연 삼성중공업 조선해양연구소장(부사장)은 "OCCS 기술은 미래 친환경 연료 생산의 핵심 에너지원이 될 수 있으며, 탄소 중립 선박 달성에 결정적인 역할을 할 것"이라고 강조했습니다. 이는 OCCS가 단순한 배출량 감축 기술을 넘어, 새로운 에너지원 생산의 기반이 될 수 있음을 시사합니다.
3. 국제해사기구(IMO)의 2023 온실가스 감축 전략 및 해운업의 탈탄소 로드맵
해운업의 탄소 감축 노력은 IMO의 강력한 규제 목표와 밀접하게 연관되어 있습니다. 2023년 7월, IMO는 "2023 선박으로부터의 온실가스 배출 감축 전략(2023 IMO Strategy on Reduction of GHG Emissions from Ships)"을 채택하며, 해운업의 탈탄소화 목표를 더욱 강화했습니다.
3.1. 강화된 IMO GHG 감축 목표
새로운 IMO 전략은 2018년 초기 전략을 업데이트하며, 다음과 같은 야심 찬 목표를 제시합니다:
* 2050년경 넷-제로(Net-zero) 달성: 국제 해운 부문에서 2050년경까지 온실가스 순배출량 제로를 달성하는 것을 최종 목표로 합니다.
* 중간 목표:
* 2030년까지: 2008년 대비 최소 20%의 온실가스 배출량 감축 (30%까지 노력)
* 2040년까지: 2008년 대비 최소 70%의 온실가스 배출량 감축 (80%까지 노력)
* 2030년까지 저탄소/무탄소 연료 사용 목표: 2030년까지 국제 해운 에너지의 최소 5%에서 10%를 온실가스 배출이 없는 또는 거의 없는 기술, 연료 및/또는 에너지원으로 대체하는 것을 목표로 합니다.
3.2. IMO의 단기 및 중기 조치
IMO는 이러한 목표 달성을 위해 다양한 단기 및 중기 조치를 시행하고 있습니다.
* EEXI (Energy Efficiency Existing Ship Index): 2023년 1월 1일부터 모든 선박이 에너지 효율 계산 기준을 충족하도록 의무화되었습니다.
* CII (Carbon Intensity Indicator): 선박의 연간 운항 탄소 집약도 지표 및 등급을 설정하도록 의무화했습니다. 선박은 매년 에너지 효율 등급(A, B, C, D, E)을 부여받으며, D 등급을 3년 연속 받거나 E 등급을 1년 받는 경우 개선 계획을 제출해야 합니다.
* 중기 조치(Mid-term Measures): IMO는 2025년 가을까지 중기 조치를 채택하고, 2027년부터 발효할 예정입니다. 이 조치들은 해양 연료의 GHG 집약도를 규제하는 목표 기반 해양 연료 표준 및 해양 GHG 배출량 가격 책정 메커니즘을 포함할 것으로 예상됩니다.
이러한 규제는 선박 설계 개선, 연료 효율성 증대, 그리고 OCCS와 같은 탄소 포집 기술 도입의 필요성을 더욱 부각시키고 있습니다. 특히 OCCS는 기존 선박에 비교적 빠르게 적용될 수 있어, IMO의 단기 및 중기 목표 달성에 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다.
4. 해양 탄소 포집 기술의 종류와 상업화 과제
선박에서 발생하는 이산화탄소를 포집하는 기술은 다양한 형태로 연구 및 개발되고 있으며, OCCS는 그 중 하나입니다.
4.1. 해양 탄소 포집 기술의 유형
주요 해양 탄소 포집 기술은 다음과 같습니다:
* 연소 후 포집(Post-combustion capture): 가장 일반적인 방식으로, 배기가스에서 이산화탄소를 분리합니다. 삼성중공업의 OCCS와 같이 아민 흡수, 막 분리, 극저온 분리, 흡착 기술 등이 활용됩니다. 기존 엔진 설계에 큰 변경 없이 적용 가능하다는 장점이 있습니다.
* 연소 전 포집(Pre-combustion capture): 연료를 수소와 이산화탄소로 분리한 후 이산화탄소를 포집합니다.
* 순산소 연소(Oxy-fuel combustion): 순산소를 사용하여 연료를 연소시켜 이산화탄소와 수증기만을 포함한 배기가스를 생성한 후 이산화탄소를 포집합니다.
4.2. 탄소 포집 시스템의 장점
* 탄소 배출량 감소: OCCS는 선박의 탄소 배출량을 최대 70%까지 줄일 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.
* 다목적 활용: 포집된 이산화탄소는 메탄올 생산 외에도 드라이아이스 제조, 스마트 농장 활용, 심지어 콘크리트 생산 등 다양한 산업적 용도로 재활용될 수 있습니다. 특히 콘크리트 생산에 활용할 경우 시멘트 생산에 필요한 탄소 집약적인 요소를 부분적으로 대체하여 온실가스 배출량 저감 효과를 60%까지 높일 수 있다는 연구 결과도 있습니다.
* 기존 선박 적용 가능성: OCCS는 기존 선박에 개조 없이 설치될 수 있어, 이미 운항 중인 선박의 탈탄소화를 가속화하는 데 기여할 수 있습니다. 이는 대체 연료로의 전환이나 전력화에 비해 비용이 적게 들고 인프라 변경의 부담이 적다는 장점이 있습니다.
4.3. 상업화의 과제 및 전망
해양 탄소 포집 기술의 상업화를 위해서는 아직 해결해야 할 과제들이 남아 있습니다:
* 에너지 소비: 이산화탄소 포집, 분리 및 액화 과정에 추가적인 에너지와 전력이 필요하며, 이는 선박의 연료 소비를 증가시킬 수 있습니다.
* 육상 인프라 구축: 포집된 이산화탄소를 안전하게 하역하고 처리할 수 있는 육상 인프라 및 관련 법규와 시스템 구축이 시급합니다.
* 공간 제약: 선박 내부에 탄소 포집 및 저장 시스템을 설치하기 위한 공간 확보는 중요한 고려 사항입니다.
* 경제성: 현재까지는 OCCS 솔루션을 제공하는 기업이 많지 않아 경제성 확보가 중요한 과제입니다.
그럼에도 불구하고, OCCS는 해운업계의 넷-제로 목표 달성을 위한 중요한 교두보 기술로 평가받고 있습니다. 조선, 해운, 기자재 산업 전반에 걸친 협력을 통해 기술적, 경제적 한계를 극복하고 OCCS 시장에서 주도적인 위치를 확보하려는 노력이 지속되고 있습니다. 특히, 삼성엔지니어링과 Carbon Clean의 해양 탄소 포집 공동 개발 협약과 같은 파트너십은 OCCS 사업의 확장을 가속화할 것으로 예상됩니다.
5. 결론: 해운업 탈탄소화의 핵심 동력으로서 OCCS의 미래
삼성중공업의 OCCS 성공 사례는 해운업 탈탄소화 노력에 있어 중요한 전환점을 마련했습니다. 이 기술은 선박 운항 중 발생하는 이산화탄소를 효과적으로 포집하여 환경 보호에 기여할 뿐만 아니라, 이를 친환경 연료 생산의 원료로 활용함으로써 지속 가능한 해양 에너지 생태계를 구축하는 데 이바지할 수 있습니다.
IMO의 2023 온실가스 감축 전략은 해운업계에 강력한 탈탄소화 목표를 제시하고 있으며, OCCS는 이러한 목표 달성을 위한 가장 현실적이고 효과적인 방안 중 하나로 부상하고 있습니다. 단기적으로는 기존 선박의 탄소 배출량 감축에 기여하고, 장기적으로는 친환경 선박 연료 생산을 위한 기반 기술로서 그 중요성이 더욱 커질 것입니다.
물론, OCCS의 상업적 확대를 위해서는 에너지 효율성 향상, 육상 인프라 구축, 법규 마련 등의 과제를 해결해야 합니다. 그러나 조선, 해운, 기자재 산업 간의 긴밀한 협력과 지속적인 연구 개발 노력을 통해 이러한 과제들을 극복하고 해양 탄소 중립 시대를 선도할 수 있을 것입니다. 삼성중공업의 OCCS 성공은 이러한 미래를 향한 중요한 발걸음이며, 앞으로 해양 탄소 포집 기술이 해운업의 지속 가능한 발전을 이끄는 핵심 동력이 될 것으로 기대됩니다.
관련 자료:
* 삼성중공업, 선박용 탄소 포집 시스템 실증 성공 - Korea IT Times
* IMO의 선박 온실가스 배출 감축 노력 - International Maritime Organization
* 선박 온실가스 배출 감축을 위한 2023 IMO 전략 - IMO
* 선박의 탄소 포집 및 저장 시스템 - DNV
* 선박용 탄소 포집 기술, IMO 목표 달성에 기여 가능 - Offshore-Energy.biz
* 해운업 탈탄소화에서 탄소 포집의 역할 - Lloyd's Register
* 선박용 탄소 포집 및 저장 - DieselNet
* 삼성중공업, 컨테이너선에 OCCS 기술 시연 완료 - Business Korea
* HMM, 컨테이너선에 선박용 탄소 포집 시스템 시험 예정 - Offshore-Energy.biz
* HMM의 탄소 포집 해운으로의 전환 - Tieffe Group
* 선박용 탄소 포집 시스템 테스트, 시스템 타당성 입증 - The Maritime Executive
* 삼성엔지니어링과 Carbon Clean, 해양 포집 파트너십 체결 - Carbon Capture Magazine
* 해운업 탈탄소화 전망: IMO MBM 해운 전략 평가 - Carbon Market Watch
* 국제 해운의 넷-제로를 향한 길 - 2023 IMO GHG 전략 이해 - ClassNK
* 블로그 | 선박 온실가스 감축에 대한 IMO 전략 - SERTICA
* 선박 온실가스 감축에 대한 2023 IMO 전략 채택 - Riviera Maritime Media
