[창간특집] 해상에서도 친환경 연료가 대세
[창간특집] 해상에서도 친환경 연료가 대세
  • 박병인 기자
  • 승인 2020.09.21
  • 댓글 0
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LNG선박, 맞춤형 설계 ‘핵심’
대형선박 벙커링, 육상보다 해상공급 더 유리
 

[투데이에너지 박병인 기자] 환경규제 강화영향으로 LNG가 바다 위 ‘대세’로 떠오르고 있다.

황산화물 배출이 적어 친환경적이라는 이유로 전 세계 해운업계는 LNG에 대한 기대감이 점점 고조되고 있다. 실제로 전 세계적으로 LNG추진선이 늘어나고 있고 이에 따른 연관산업인 LNG벙커링시장도 점차적으로 커질 것으로 예상된다.

기존 해운업계의 주력 연료였던 벙커C유는 질소산화물, 황산화물 등 각종 대기오염유발 물질들을 배출시켰다. 2000년대 중반 유럽 해운업계는 환경문제를 대응할 해결책의 하나로 LNG를 선택했다. 상대적으로 LNG는 현재 널리 쓰이는 에너지원 중에서는 가장 깨끗한 연료로 손꼽히기 때문이다.

당시 선박연료 LNG화의 선두주자였던 노르웨이는 LNG추진선의 연안항로실적을 바탕으로 장거리 운반선들을 중심으로 LNG화 시키면서 LNG추진선박의 모태가 됐다.

한국목포해양대학교가 저술한 ‘LNG연료추진선과 LNG벙커링’에 따르면 LNG연료추진선을 구성하는 주된 요소는 LNG연료탱크, 가스연료기관, 가스연료공급시스템, LNG벙커링시스템 등 총 4가지다.

환경성을 무기로 바다 위 황태자로 떠오를 LNG추진선의 구성요소는 무엇인지 설계는 어떻게 진행되는지 자세히 들여다본다.  /편집자 주

■ 설계·제조 시 가장 중요한 것은 ‘사용목적’
LNG추진선의 구성요소는 다양한 선택의 여지가 있고 각각 장단점이 있다. 조선업계에서는 LNG추진선을 설계할 때 선박의 사용목적을 가장 많이 고려한다.

예를 들면 운항거리, 화물선, 여객선 등 선박의 사용목적, 사용할 연료형태(LNG/벙커C유 Dual, LNG ONLY) 등이다.

만약 LNG로 운항할 거리가 긴 선박의 경우에는 LNG연료탱크가 커지게 되고 반대급부로 화물적재공간은 그만큼 줄어든다. 이중연료를 사용하는 경우에는 LNG를 사용하지 않고 저장만 할 시 발생하는 BOG(Boil Off Gas)를 어떻게 처리할 것인가에 대한 고민도 필요하다.

또한 선주가 왜 LNG를 사용하려고 하는지에 대한 파악도 필요하다. 예를 들어 선주가 LNG추진선 활용을 통해 배출가스를 줄여 갈수록 강해지는 환경규제에 대응하려고 하는 것인지, 최근 저렴해진 LNG의 연료가격을 활용하려고 하는 것인지에 대한 파악이 필요하다.

특히 전 세계적으로 LNG벙커링시스템이 아직은 완벽하다고 할 수 없기 때문에 선주가 어느항로를 운항하고 경로 중에 LNG벙커링시스템이 갖춰져 있는 항구가 있는지에 대한 검토도 필요하다.

LNG추진선은 세계적으로 보편화 돼 있지 않아 표준모델이 없기 때문에 선주와 많은 협의를 통해 개발이 이뤄져야 한다.

■ 연료탱크
LNG추진선의 연료탱크는 크게 독립형, 멤브레인 등 두 가지 형태가 있으며 독립형의 경우에는 다시 A·B·C 세 가지 형태로 나뉜다. 대형 LNG추진선의 경우에는 독립형 B, 멤브레인 형태가 주로 이용되고 소형이면 독립형 C가 이용된다.

독립형 C가 대형 LNG추진선에 적용되지 않는 이유는 용적효율이 크게 떨어지기 때문이다. 대체적으로 3,000m³을 이상이면 멤브레인, 독립형 B를 택하는 경우가 많다.

탱크의 압력기준도 중요하다. LNG는 물성상 BOG가 끊임없이 발생하는데 BOG를 처리하지 않고 탱크 내에 방치하는 경우 탱크의 압력상승으로 이어지기 때문이다.

BOG를 처리하는 방법은 엔진연료 활용, 재액화, 연소 후 공기 중 방출, 고압 압축 등이 있다.
연소 후 공기중 방출하는 경우에는 연료손실이 있고 고압 압축의 경우에는 압축기 가동시 막대한 전력소모가 발생하기 때문에 기피하고 있다.

BOG를 엔진연료로 소모하는 방법이 가장 경제적이며 기술적으로 어려운 경우에는 BOG 재액화 시스템을 통해 연료로 환원시키는 방법을 택하는 경우가 많다.

■ 가스연료기관
LNG만을 활용하는 가스전용기관(Gas only engine), 두가지 이상의 연료를 활용하는 이중연료기관(Dual fuel engine) 등이 있다. 여기에 오토사이클인지, 디젤사이클인지에 따라 엔진종류가 결정된다.

오토사이클은 디젤사이클에 비해 CO₂, NOx발생이 적어 친환경적인 것으로 알려져 있다.

현재까지 개발된 선박용 LNG연료기관은 가스전용 4행정 기관, 가스전용 4행정 오토사이클 기관, 이중연료 4행정 기관, 이중연료 4행정 오토사이클 기관, 이중연료 2행정 기관, 이중연료 2행정 오토사이클 기관, 이중연료 2행정 직분사 기관 등이다.

■ 연료공급시스템
LNG연료공급시스템은 가스가 실제로 공급되는 관으로 이뤄져 있고 기관실 외부에 노출될 수밖에 없어 안전을 최우선으로 설계해야한다.

LNG연료공급시스템은 연료의 누출이 최소화 되도록 배치해야 하며 운용과 검사를 위해 안전하게 접근 가능해야 한다. 또한 연료이송을 위한 배관시스템은 설령 가스가 누출되더라도 선박, 주위환경, 인체에 영향을 주지 않도록 설계해야 한다.

특히 기관실 외부의 연료용 배관은 누출 시 선박과 인명에 대한 손실을 최소화할 수 있도록 설치, 보호돼야 한다.

가스 소비장치, 가스공급배관에는 누출 시 비상 정지할 수 있도록 밸브가 설치돼야 하며 연료관이 선박의 폐위구간을 통과할 때에는 이중관으로 보호돼야 한다.

■ 벙커링시스템
LNG벙커링시스템에는 크게 두 가지 종류가 있다. 선박 대 선박급유(Ship-to-Ship) 방식, 육지에서 선박에 급유(Land-to-Ship)하는 방식이다.

먼저 선박 대 선박 급유방식은 많은 양의 LNG를 공급할 때 일반적으로 사용하는 방법이다. 현재 건조 중이거나 계획되고 있는 LNG벙커링 전용선박의 용량은 3,000~7,000m³정도다.

선박 대 선박 급유방식은 연료공급 선박 측에서 나온 연료주입관을 인수 측 선박에 직접적으로 연결해 급유를 진행하게 된다. 이 과정에서 가장 중요한 것은 급유과정 중 발생하는 BOG로 인한 탱크압력조절이다.

특히 공급 측 탱크와 인수 측 탱크 내 잔존 LNG의 온도가 다른 경우 BOG가 급격하게 발생할 수 있기 때문에 기화된 가스를 공기 중에 방출시키거나 공급 측에서 기화 가스를 회수하는 방식으로 탱크내 압력을 조절하게 된다.

육지에서 선박에 급유하는 방식은 탱크로리를 이용한 방식, 터미널을 이용하는 방식 등이 있다.

탱크로리를 이용한 방식의 경우 급유하는데 걸리는 시간이 탱크로리의 이송능력에 달려 있다. 특히 대형 LNG추진선에 급유하는 경우 다수의 차량이 필요한 경우가 발생하기도 하므로 상당한 시간이 소요될 수도 있다.

LNG터미널과 선박간의 벙커링의 경우에는 LNG터미널 내 배관 그리드, 플레시블 호스, 로딩암 등을 통해 선박으로 이송한다.

컨테이너식 LNG탱크를 이용한 방법도 있다. LNG벙커링 전용선박이 아니어도 일반선박에 LNG탱크 컨테이너를 적재해 이송설비를 활용, 타 선박에 전송하는 방법이다.

최근에는 대형 LNG추진선박이 늘어남에 따라 LNG벙커링선을 활용한 급유방식인 Ship-to-Ship 방식이 가장 많이 선호된다.

육상으로부터의 급유방식 중 하나인 탱크로리를 이용하는 경우 대형 LNG추진선에 급유하려면 상당히 많은 양의 탱크로리가 필요해 시간적, 절차적 제약이 있다는 단점이 있다.

터미널을 활용하는 경우 접안시설의 한계로 일정이 맞지 않는 경우 제때 급유를 받지 못하는 경우가 생긴다. 반면 LNG벙커링선을 활용할 경우 위치, 시간의 제약으로부터 어느정도 자유로우며 대용량 급유도 문제없다는 장점을 갖고 있다.

LNG 급유 과정에서 다른 중요한 점은 안전이다. 가스를 취급하기 때문에 화재, 폭발 등의 우려가 있기 때문이다.

이 때문에 방법을 막론하고 공통적으로 중요한 사안은 공급, 인수 측간 통신 및 모니터링, 비상차단, 누출LNG회수장치, 소화 매뉴얼 등 안전과 관련해 철저한 수칙을 세우고 이를 지켜야 한다.


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