이화여대, 친환경 선박 연료 경제·환경성 한눈에 비교하는 체계 개발

(서울=뉴스1) 김지현 기자 = 이화여자대학교 연구팀이 디젤과 액화천연가스(LNG), 메탄올, 암모니아, 수소 등 차세대 친환경 선박 연료와 추진 시스템을 동일한 기준에서 비교·평가할 수 있는 통합 분석 체계를 구축했다.

11일 이화여대에 따르면 이상훈 기후에너지시스템공학과 교수 연구팀이 선박 연료 생산부터 운항까지 전 과정을 고려해 경제성과 환경성을 종합 분석할 수 있는 평가 시스템을 개발했다.

국제해사기구(IMO)가 온실가스와 대기오염물질 규제를 강화하는 상황에서 다양한 대체 연료와 추진 기술을 정량적으로 비교할 수 있는 기준을 제시했다는 평가다.

연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션을 활용해 선박 엔진 내부의 복잡한 연소 반응을 반응속도 기반으로 정밀 추적하는 기법을 적용했다. 기존 열역학적 평형 계산 방식보다 실제 온실가스와 대기오염물질 배출량을 더욱 정확하게 예측할 수 있다는 설명이다.

이를 바탕으로 대체 연료 기반 엔진과 고체산화물연료전지(SOFC) 시스템 모델링, 기술 경제성 분석, 전과정평가(LCA)를 통합한 분석 체계를 구축했다. 해당 시스템은 추진 성능과 비용, 환경 영향을 한 번에 계산할 수 있도록 설계됐다.

연구팀이 개발한 시스템으로 다양한 추진 기술을 비교한 결과, 선박 운항 단계의 온실가스 배출량은 디젤, 메탄올, LNG, 암모니아 순으로 감소하는 것으로 나타났다. 특히 암모니아 추진 시스템은 최대 94.2%의 온실가스 감축 효과를 보였다.

다만 암모니아 엔진은 국제 배출 규제를 충족하기 위해 선택적 촉매환원장치(SCR)와 같은 후처리 설비가 필요한 것으로 분석됐다. LNG는 질소산화물 등 대기오염물질 배출 측면에서 상대적으로 유리한 것으로 평가됐다.

경제성 분석에서는 현재 상용화된 LNG 추진 선박이 가장 경쟁력이 높은 것으로 나타났다. 반면 SOFC 추진 선박은 수소 생산·공급 비용이 높아 전체 비용 부담이 가장 큰 것으로 조사됐다.

연료 생산 단계까지 포함한 환경성 평가에서는 화석연료 기반으로 생산된 암모니아와 수소의 경우 생산 과정에서 발생하는 배출량으로 인해 전체 온실가스 배출량이 크게 증가하는 것으로 나타났다.

반면 재생에너지 기반의 그린 암모니아와 그린 수소를 활용할 경우 전 과정 온실가스 배출량을 87~91%까지 줄일 수 있는 것으로 분석됐다.

이 교수는 "이번 연구는 연료 생산부터 선박 운항까지 전 과정을 고려해 다양한 차세대 선박 추진 기술을 동일한 기준으로 비교·평가한 최초의 통합 분석 사례"라며 "향후 해운업계의 친환경 연료 도입과 탈탄소 전략 수립에 활용될 수 있을 것"이라고 밝혔다.

이번 연구는 해양수산부 산하 해양수산과학기술진흥원의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 열역학 분야 상위 1.9% 학술지인 '에너지 컨버전 앤 매니지먼트'에 게재됐다. 논문은 이상훈 교수가 교신저자를 맡고 강소영 석사가 제1저자로 참여했다.

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