수소선박

1. 개요

• 전기추진선, LNG추진선처럼 "수소추진선"이라고도 한다.
• 암모니아를 연료로 하는 경우도 수소선박으로 통용한다.

1.1. 효능

2020년 12월 23일, 대한민국 제1차 친환경선박 개발･보급 기본계획 中

• 오염 배출 감소 - 여태 선박의 연료는 비행기/차량 등에 쓰고 남은 저질 기름을 쓰곤 해 왔다. 2012년, 이탈리아 해안의 선박 좌초로 인한 황 오염을 계기로, 유럽 근해안의 연료의 황 함유율 규제가 시작되었다. # 국제해사기구(IMO)는 2020년부터 황 함유량을 규제하기 시작했으며, 기준 이상의 연료를 사용하거나 배출하는 선박은 벌금을 물게 된다. 이에 따라 2030년대까지는 LNG 선박이 주종을 이루게 될 예정이다. 이 유행을 빨리 캐치한 대한민국이 일본으로부터 조선업 세계 1위를 가져왔다.

• 탄소 배출 감소 - LNG(천연가스)도 결국은 탄소를 배출한다. 유엔기후변화협약 당사국총회의 지구 온난화를 막기 위해 탄소 중립을 목표하는 환경 규제들에 의해, 화석 연료를 사용하는 차량, 열차, 선박, 비행기의 신규 생산이 근미래 중단될 것이 예상된다. 에너지 저장 체계로 이차 전지보다 수소가 무게 때문에 검토된다.[1] 이에 따라 2030년대부터는 수소/암모니아 선박이 주종을 이루게 될 예정이다. 이번 유행도 대한민국과 일본이 빨리 캐치하여 각축을 벌이고 있다.

1.2. 원리

• 동력
• 연료전지 - 느린 전기화학반응으로부터 전기를 얻어, 전동기를 돌리는 방식. 전기추진선의 일종이 된다.
• 엔진(터빈) - 폭발적인 연소로부터 구동력을 얻어, 이를 바로 활용하거나 전기를 만들어 전동기를 돌리는 방식.
• 동력 중에 내연기관 vs 연료전지, 연료전지 중에 PEMFC vs SOFC, 연료 중에 액화수소 vs 암모니아 등이 기술경쟁을 하고 있다.
• 저출력(1MW 이하)에서는 수소와 이차 전지가 경쟁한다. 이차 전지는 무게 때문에 500kW 이하에서야 적합한 에너지 저장 체계로 판단되지만, 기술이 발전해 가벼워지면 점점 수소와 경제성을 경쟁하는 영역이 커질 것이다.
• 고출력(100MW 이상)에서는 수소와 원자력 발전이 경쟁한다. 소형 원자로를 군함 외에 일반 여객선 및 화물선에도 적용하자는 시도가 생겨나고 있다. 이는 경제성보단 정치적 이슈다. #

• 연료
• 수소의 보관방식들 중 밀도가 높은 액화수소 또는 암모니아가 검토된다.[2] #
• 수소운반선과 수소추진선은 다르다. 화석 연료로 비유하자면 수소운반선은 유조선이나 유조차고, 수소추진선은 일반적인 선박이나 차량에 해당한다.
• 화물선 규모의 수소추진선이 기존 LNG추진선보다 싸지는 시점이 게임 체인저다.[3] 화물선은 파나마 운하에 맞춘 3000 TEU를 기준으로 만들어지며, 2014년 기준 화물선의 절반이 3,000TEU 이상, 절반이 3,000TEU 미만이다. # 2016년 파나마 운하가 확장되며 24,000TEU까지 화물선들이 커졌다. # 2022년 시점까지 유일사례인 SeaShuttle에 따르면 수소추진선은 1MW당 150TEU를 나른다.
• 기존 LNG추진선박을 대체할 수단으로 수소선박 외에도 메탄올선박이 검토된다.

2. 국내 정책

• 2020년 12월, 해양수산부는 "제1차 친환경선박 개발·보급 기본계획(2021-2030)"을 발표했다. #
• 2022년 1월, 해양수산부가 "한국형 친환경선박(Greenship-K) 보급시행계획"을 발표했다.
• 2022년 7월, 윤석열 대통령이 "새정부 에너지정책 방향"을 국무회의 의결했다. 수소선박을 5대 분야의 하나로 선정하여 세계 1등으로 육성하겠다고 밝혔다. #
• 2022년 11월, 한덕수 국무총리가 '제5차 수소경제위원회'를 개최하고 "새 정부 수소경제 정책방향"을 발표했다. 2026년까지 암모니아 선박 개발, 2029년까지 액화수소 선박 개발을 목표로 발표했다. #
• 2023년 1월, 해양수산부가 "환경친화적 선박 보급시행계획"을 발표했다. #
• 2023년 2월, 윤석열 대통령이 수소·암모니아·전기 추진선박 등 친환경 선박 기술 개발을 위해 1400억원 규모의 정부 지원을 하겠다고 밝혔다. #
• 2023년 12월, 과학기술정보통신부가 '탄소중립 기술혁신 전략 로드맵'으로 2030년까지 무탄소선박을 상용화하기로 목표했다. 연료전지 파워팩, 액체수소 저장탱크 개발이므로 사실상 수소선박이다. #

3. 수소운반선

• 운반물(암모니아/액화수소/LOHC)과 무관하게, 연료는 LNG추진선일 수 있다.
• 대용량의 암모니아/액화수소 탱크는 수소추진선에도 통용될 수 있는 기술이다.
• 암모니아 운반선은 역사가 오래 되었고, LPG 운반선과 구조가 유사해 공용으로 사용할 수 있기도 하다.[4]

3.1. 액화수소 운반선

• 2019년 12월, 일본 가와사키중공업이 호주~일본 액화수소 운송선을 시범 운영한다. LNG 추진선이며, 1250㎥(75톤)의 액화수소를 운반하는 시범 모델이다. 16만㎥ 대형운반선을 만들고 있다고 밝혔다. #1, #2
• 2022년 1월, 대한민국 한국선급이 국내 최초 액화수소 운송선박 AIP를 받는다. #
• 2022년 2월, 일본 가와사키중공업의 '스이소 프론티어'호가 호주 헤이스팅스 항에서 일본 고베 항으로 75만톤의 액화수소를 운반했다. #

3.2. 암모니아 운반선

• 2020년 7월, 유럽위원회(European Commission)가 해외로부터 액화수소, LOHC, 암모니아를 운반(수입)해오는 경제성을 비교 계산해, 수소의 해상 운반은 암모니아가 가장 저렴하다고 결론낸다. 원문, 국문해설
• 2023년 3월, 현대글로비스가 GS에너지와 암모니아 운반 사업을 MOU한다. #
• 2023년 6월, Cepsa와 Yara가 스페인 알헤시라스에서 네덜란드 로테르담으로 암모니아를 운반했다. #

4. 수소추진선

4.1. 기체수소 추진선 (100 kW 미만)

• 2000년 6월, 독일의 ZeTeK Power은 "Hydra"라는 5kW 연료전지를 이용한 22인승 페리를 만들었다. 2년간 라인강을 따라 운영되며 2000명이 넘는 승객을 날랐다. 이를 수소선박의 시초로 본다. #

• 2003년, No.1 (독일, 요트, 4.8kW), Duffy (미국, 수상택시, 41.5kW), Urashima (일본, 무인잠수정(AUV)), Duffy-Herreshoff DH30 (미국, 수상택시, 6kW), Hydroxy 3000 (스위스, 레져보트, 3kW) 등이 나왔다.

• 2004년, Deep C (독일, AUV), Mamelie (독일, 요트, 0.05kW) 등이 나왔다.

• 2005년, Have Blue XV/1 (미국, 요트, 10kW), VEGA/Pilot Vaporetto (이탈리아, 보트, 12kW) 등이 나왔다.

• 2006년, Xperiance NX (네덜란드, 보트, 1.2kW)가 나왔다.

• 2007년, Zebotec (독일, 보트, 24kW), Solgenia (독일, 보트, 3.6kW), SY Emerald (영국, 요트, 1kW) 등이 나왔다.

• 2008년, Alsterwasser (독일, 수상택시, 50kW)가 나왔다.

• 2009년, Frauscher 600 Riviera HP (오스트리아, 보트, 4kW), BELBIM (터키, 페리, 48kW), NEMO H2 (네덜란드, 운하선, 70kW) 등이 나왔다.

• 2010년, Protium/RossBarlow (영국, 운하선, 1kW), MF Vagen (노르웨이, 페리), Fodiator (독일, 보트, 2.5kW) 등이 나왔다.

• 2012년, Hornblower (미국, 페리, 32kW), Hydrogenesis (영국, 페리, 12kW) 등이 나왔다.

• 2013년, Fortuna (독일, 보트, 2.4kW)가 나왔다.

• 2015년, 대한민국 금하네이벌텍이 국가과제로 50kW급 50인승 알루미늄 관공선을 만들었다. 그런데 이용하지도, 팔지도 못 한 채 부산 강서구 녹산항에 방치되어, 이를 2019년 KBS가 지적했다. #

• 2021년 5월 6일, 대한민국 울산에서 문재인 대통령도 참석한 "울산 부유식 해상풍력 그린수소 육성 비전 선포식"이 열렸다. 여기에 빈센의 "하이드로제니아", 에이치엘비의 "블루버드"가 전시되었고 대통령이 직접 호평하고 갔다. 두 선박 모두 연료전지 25kW, 기체수소 8kg(400L)다. # # # 이들 역시 이후 울산 남구 장생포항에 방치된다. #
• 이후 2022년 4월 권칠승 중기부장관이 방문해 이 두 선박을 보았다. # 두 선박이 태화강에서 실증운항을 시작했으며, 송철호 울산시장은 실증 뒤 해당 노선을 2024년에 상업화할 것을 요구한다. # 이 방문 직후 문재인 대통령 역시 수소선박 산업 육성을 주문했다. #

• 2022년 2월 16일, 한국해양과학기술원은 울산의 펭귄오션레저에 연료전지 레저선에 파워팩을 제공했다. 수소 2kg 가량이 들어가는 소형 선박이다. #

4.2. 기체수소 추진선 (100 kW 이상)

• 2005년 9월, 독일이 "U보트 타입 212"라는 잠수함을 선보였다. 지멘스의 연료전지가 2.1MW 들어갔다. #

• 2008년 8월, 유럽연합 ZEMSHIP 프로젝트에 참여한 9개 기관 컨소시엄은, 독일 함부르크에 100명이 탈 수 있는 페리 "Alsterwasser" 100인승 페리를 선보였다. 연료전지 100kW와 기체수소통 56kg이 실렸다. 수소생산용 수전해시설 및 선박용 수소충전시설이 설립되었다. #

• 2019년 6월, 미국 Golden Gate Zero Emission Marine가 84명이 탈 수 있는 페리 "Water Go Round"를 선보였다. 연료전지 360kW와 기체수소통 264kg가 들어갔다. #

• 2020년 2월, 빌 게이츠가 네덜란드 Feadship에 액체수소와 연료전지로 구동되는 호화요트를 주문하며 5억파운드(645M$)를 주었다는 소문이 돌아 화제가 되었으나, 이틀 뒤 가짜 뉴스로 밝혀졌다.

• 2021년
• 6월, 대한민국 한국조선해양은 국제해사기구(IMO)에 수소선박 기술표준을 제출했다. #
• 6월, 미국 스위치 마리타임(Switch Maritime)은 샌프란시스코에서 운영할 여객선 씨체인지 호를 공개했다. 연료전지 360kW + 모터 300 kW + 수소 246kg다. #
• 7월, 핀란드 바르질라는 2023년까지 암모니아 선박엔진을, 2025년까지 수소 선박엔진을 내놓겠다고 목표를 밝혔다. #

• 2022년
• 2월, 대한민국 한국조선해양, 포스코, KRISO, 하이리움산업이 공동개발로 400kg급 선박용 액체수소 탱크를 세계최초로 선보였다. #
• 2월, 대한민국 두산퓨얼셀, 한국조선해양과 유럽의 로열 더치 쉘이 컨소시엄을 만들어 600kW급 SOFC 선박을 만들 계획을 밝혔다. 2024년까지 무역선의 보조전원으로 실증 후 2025년 상업화 계획이다. #
• 2월, 미국 Boundary Layer Technologies는 20TEU의 수중익선 "ARGO"를 2023년까지 선보일 계획을 밝혔다. 제원은 밝히지 않았다. #
• 4월, 대한민국 하이드로럭스-피엠지가 연료전지 100kW + 모터 150kW + 수소 25kg급 선박을 선보였다. #
• 4월, 독일 베를린 공과대학교가 주축으로 이루어진 컨소시엄은 예인선 "Elektra"을 선보였다. 연료전지 300kW, 기체수소통 750kg을 실었다. #
• 6월, 네덜란드 운항사 Samskip과 노르웨이 조선사 Havyard가 주도하는 "SeaShuttle" 프로젝트가 1500만 달러의 투자를 받았다. 2025년까지 3.2MW의 연료전지를 이용해 500TEU의 자율주행 화물선 2대를 만드는 것을 목표로 한다. #
• 7월, 유럽 다국적 호화유람선여행사 MSC그룹이 이탈리아 조선사 핀칸티에리에 두 크루즈선 건설을 맡기며 3.6B$을 투자했다. 2027/2028년에 양도될 예정이며, 6MW의 연료전지와 액체수소를 이용할 예정이다. #
• 7월, 인도 타타그룹이 네덜란드 반담해운과 손잡고 2024년까지 5000톤급(500TEU급) 철강운반선을 만들기로 했다. #
• 9월, 대한민국 해양수산부는 전라남도 목포에 1MW 이상의 수소연료전지, 이차전지, 암모니아 혼소엔진 등 다양한 친환경선박 테스트베드를 구축한다. #

• 2023년
• 2월, 일본은 2025 오사카·간사이 엑스포에 이와타니산업-간사이전력-나무라조선소의 수소선박을 운행하겠다고 밝혔다. 정원은 150명. #
• 5월, 대한민국 울산대학교는 2026년에 40인승 350kW급 선박으로 태화강역-장생포항-대왕암으로 실증노선을 만들 계획임을 밝혔다.
• 5월, 네덜란드 홀란드-십야드(Holland Shipyards)가 라인강을 오가는 바지선 'H2 Barge 1'을 선보였다. 기체수소 500kg을 싣는다. #
• 9월, 일본 얀마가 "HANARIA" 여객선을 건조중이며, 2024년 4월 후쿠오카에서 상업운행할 계획임을 밝혔다. 240*2kW 연료전지와, 기체수소+바이오가스 혼합연료를 사용한다. #
• 11월, 미국 스위치마리타임이 시리즈A 1000만달러를 투자모집했다. #

• 2024년
• 2월, 네덜란드 홀란드-십야드가 라인강을 오가는 바지선 'H2 Barge 2'를 선보였다. #

4.3. 액화수소 추진선

• 2020년
• 11월, 노르웨이 Norstjernen Norled가 299명과 80대가 탈 수 있는 카 페리 "MF Hydra"를 선보였다. 캐나다의 발라드파워 연료전지 800kW와 영국의 린데 액화수소통 246kg가 들어가기로 계획되었다. # # 영상

• 2022년
• 5월, 대한민국 보고인더스트리즈(VOGO)는 삼척에서 어선 2척, 관공선 1척의 제작과정을 보였다. 현대 넥쏘(95kW) 연료전지 2개, 액화수소 600kg을 실었다. #
• 5월, 대한민국 한국해양대학교의 가족회사 KMCP가 해양수산부 "액화수소 기반 레저어선 개발" 사업의 주관기관으로 선정되었다. 2026년까지 300kW급 레저어선을 만들게 된다. #
• 5월, 대한민국 한국가스공사는 미국 CB&I와 액화수소선박 저장-운송기술을 공동연구하기로 한다. #
• 7월, 대한민국 보고인더스트리즈가 액화수소 기술 교류회를 열 계획과, 한강공원에 선상쇼룸을 만들 계획을 밝혔다. #
• 8월, 대한민국 한국가스공사가 미국 매트릭스와 액화수소 탱크-화물창을 공동연구하기로 한다. #
• 11월, 노르웨이 MF Hydra 선박에 캐나다 발라드파워시스템의 200kW급 연료전지 2개와 린데의 액화수소탱크가 실렸다. (즉 계획의 절반 수준) 액화수소는 독일에서 24MW 전해조로 생산한다. #

• 2023년
• 2월, 영국 크렌센, 트라이덴트, 아쿠아오션 3사가 액화수소 기반 무인경비정(USV)을 만들겠다고 밝혔다. #
• 5월, 대한민국 한국조선해양이 유럽 14개 기관과 수소화물창을 공동개발하기로 하고, 그 중 액화수소 화물창 개념설계, 기본설계를 맡았다. #

4.4. 암모니아 추진선

• 2019년
• 1월, 독일 MAN Energy Solution이 5~85MW급 선박용 암모니아 엔진을 만들겠다고 발표했다. #

• 2020년
• 독일 프라운호퍼연구소는 유럽 13개 기관과 세계 최초 암모니아 연료전지 개발을 밝혔다. 2021년 소형 시제품, 2022년 실제 크기 시제품, 2023년 노르웨이 조선사인 아이데스빅(Eidesvik)의 '바이킹 에너지 호'에 탑재해 시운전 예정을 밝혔다.
• 일본 스미모토상사는 세계 최대 컨테이너업체인 덴마크 AP모라 마스크 등 5개국 5개 기관과, 암모니아 연료를 전용선으로 싱가포르까지 운반해 컨테이너선에 세계 최초 해상공급을 연구하겠다고 밝혔다.
• 10월, 영국선급(로이드레지스터, Lloyd's Register)은 선박 설계를, 말레이시아 선사 MISC와 대한민국 대우조선해양이 선박 제작/발주/운용 (기본승인(AIP) 받음), 노르웨이 화학회사 야라(Yara)가 암모니아 생산, 싱가포르 해양항만청이 선박 관련 행정을 담당해 2025년까지 암모니아추진선의 실제 선박을 건조한다는 목표를 밝혔다. #

• 2021년
• 2월, 한국선급(KR)이 "암모니아 연료추진선박 보고서"를 발간했다. #
• 4월, 대한민국 현대미포조선이 독일 만에너지솔루션(MAN Energy Solution)의 엔진을 활용한 선박의 설계를 기본승인(AIP)을 받았다. #
• 6월, 산업통상자원부와 해양수산부가 2022-2031 10년간 2540억원을 투입해 친환경추진선박 과제를 지원하기로 한다. #
• 8월, 대한민국 삼성중공업이 독일 만에너지솔루션(MAN Energy Solution)의 엔진을 활용한 선박의 설계를 노르웨이선급(DNV)에서 암모니아레디 기본승인(AIP)을 받았다. 기존 화석연료엔진에 암모니아를 연소해도 된다는 승인이다.
• 9월, 대한민국 현대중공업이 프랑스선급(뷰로베리타스)와 한국선급(KR)에서 기본승인(AIP)을 받았다.
• 10월, 일본 니혼십야드(NSY)가 2024년 내항선, 2026년 대형수송선 등 암모니아 연료선 개발 계획을 밝혔다.
• 11월, 중국 CSSC, CSHI가 암모니아 연료 기반 초대형원유운반선(VLCC)을 중국선급협회와 미국해운국에서 기본승인(AIP)을 받았다. 31만 DWT에 듀얼 엔진을 사용한다. #
• 11월, 대한민국이 '부산 암모니아 규제자유특구'를 지정하고, 허용용적을 3만7천L로 늘렸다. '암모니아 연료전지', '액화 암모니아 탱크', '지상 벙커링' 등의 과제가 시행된다. #

• 2023년
• 7월, 호주 포테스큐(Fortescue)가 세계 최초로 암모니아 이용 2개의 4행정 엔진을 이용한 추진선 'Green Pioneer'을 싱가포르에서 해상테스트를 선보였다. 이후 12월 싱가포르에서 두바이까지 항해에 성공하여 유엔기후변화협약 당사국총회에 전시되었다. #
• 11월, 노르웨이 야라(Yara)가 세계 최초로 암모니아를 이용한 컨테이너선 'Yara Eyde'를 선보였다. 노르웨이 오슬로와 독일 함부르크 노선에 실 투입 되었다. ESG Scope 3 기준 연 11000t의 이산화탄소를 저감한다. #

5. 관련 문서

• 수소
• 수소경제
• 수소자동차
• 수소 열차
• 수소비행기
• e-fuel[6]