[기획] 육상수송분야 환경개선, LNG가 ‘답’
[기획] 육상수송분야 환경개선, LNG가 ‘답’
  • 박병인 기자
  • 승인 2021.05.24
  • 댓글 0
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대형 LNG 화물차, 연비·성능·환경성 ‘우수’
가스公, 융복합 충전소 2025년까지 24개 보급 
LNG YT 보급사업, 친환경 차 전환 실적 높아
 

[투데이에너지 박병인 기자] 최근 환경강화 기조가 대두되면서 육·해상 모빌리티 생태계가 큰 변화를 겪고 있는 상황이다.

육상분야에서는 화석연료인 휘발유, 경유 등을 대체할 친환경 자동차인 전기, 수소차가 대세를 이루고 있으며 해상에서도 벙커C유를 대체할 LNG추진선이 과거보다 더욱 활발하게 보급되고 있기 때문이다.

다만 육상운송분야에서 대형 화물차분야는 아직 이렇다할 대책이 없는 실정이다. 일반 승용차보다 운행량이 많고 배기량도 커서 실질적으로 육상 대기오염에 더욱 악영향을 끼치는 것이 대형화물차 임에도 불구하고 일반 승용차는 전기, 수소로의 전환 등 윤곽이 어느정도 드러난 반면 육상 화물차분야는 아직 뚜렷한 대책이 없는 상황이다.

특히 대형화물차분야는 생계와 직결되는 경우가 많아 섣부른 전기, 수소로의 인프라 전환보다는 기존 구성돼 있는 인프라를 활용하면서 환경문제도 해결하는 것이 훨씬 합리적이라고 할 수 있다.

이러한 가운데 육상화물차분야 환경문제를 해결할 구원투수로 LNG를 활용해야 한다는 목소리가 높은 실정이다.

LNG는 경유보다 대기오염 물질을 적게 배출하면서 엔진기술력도 경유에 뒤지지 않기 때문이다. 특히 기존 기술력을 활용해 LNG충전소 확충이 용이하고 향후 LNG충전소를 수소충전소로 전환하는 것도 가능하기 때문에 LNG화물차 보급이 현재로써는 합리적인 대안이라고할 수 있다. 이에 LNG화물차 관련 국내 기술력의 현 주소와 향후 확대방안에 대해 알아보기로 한다. /편집자 주

■연료비·환경성 이득 
최근 셰일가스의 개발이 활발히 진행되면서 국제 천연가스가격이 상당히 낮아진 상황이다.

이에 연료소모량이 많은 LNG화물차 운전자 들에게 연료비 측면에서 큰 이득이 될것으로 예 상되고 있다.

또한 도심지 수송 분야에서 경유차량이 미세 먼지 배출량의 60%를 차지하고 있는 상황에서 경유차가 대다수를 이루고 있는 대형 화물차를 중심으로 환경성이 뛰어나고 저렴한 LNG를 보 급하는 것이 개선효과가 뛰어날 것으로 기대되고 있는 상황이다.

또한 LNG는 수소경제로 가기 위한 중간 에너 지원으로 경제적이면서 청정한 수송용 연료로 평가되고 있는 상황이다. 특히 세계적으로 NGV(Natural Gas Vehicle) 시장은 확대되고 있는 상황으로 국내에서도 NGV보급으로 인해 도심지 대기질이 향상된 것으로 평가된다.

최근 국내에서는 수소트럭과 함께 LNG화물차 시범 보급이 진행되고 있으며 LNG자동차는 노후경유자동 차의 대체를 통한 환경개선 및 수소자동차로의 전환을 위한 가교역할이 기대되고 있다.

LNG의 경우 CNG대비 충전시 더욱 안전한 것으로 나타났다.

LNG자동차 충전기술은 -162도의 초저온 LNG를 활용한 충전으로 10bar 내외의 저압충전이 가능해 고압충전방식을 택하고 있는 CNG에 비해 폭발위험이 적다.

또한 LNG차 충전기술은 LNG벙커링기술과 비교해 연결배관 규모, 구조가 다를 뿐 실질적으로 같은 기술을 사용하기 때문에 동반 기술성장도 꾀해볼 수 있으며 LNG벙커링산업과의 시너지 효과를 통해 관련 기자재 업계의 활성화도 기대해 볼 수 있다.

특히 LNG와 수소는 현재 서로 밀접한 관계에 있는 에너지원으로 향후 LNG충전소를 수소충전 인프라로 전환하는 것도 충분히 가능한 상황이다.

이러한 장점들을 활용해 LNG를 활용한 융복합 충전소 구축도 생각해 볼 수 있다. LNG를 활용할 경우 천연가스 배관이 없는 고속도로 휴게소 등에도 충전소 설치가 가능하며 LNG를 활용해 CNG, 수소를 생산할 수도 있어 융복합 충전소가 갖는 장점은 매우 크다고 할 수 있다.

현재 LNG충전소는 총 11개가 있으며 김포, 광양, 포항, 동해, 대전, 인천 등 LCNG충전소 7개소와 부산항만 내 LNG충전소 4개소가 있다.

향후 평택 LNG충전설비 정상화를 통해 LNG기반 수송용 에너지 연료전환 추진에 힘을 보탤 예정이다.

기존 LNG 충전설비 개보수 방식을 활용해 기존 탱크 재검사, 펌프 성능검증, 디스펜서 검교정, 기밀시험 등을 실시할 예정이다.

고압가스 제조허가, 사업개시 신고, 안전관리규정, 안전관리자 선임, 정기 및 수시검사, 공사계획 승인 등도 병행할 예정이다. 평택 LNG충전설비에는 저장탱크 6,000L가 있으며 LNG펌프는 8~340 LPM이 있다.

기화기는 110 Nm3/h가 있고 디스펜서는 120LPM 등이 있다.

오영삼 한국가스공사 가스연구원 박사는 “국내 배관을 통한 천연가스 공급분야는 수요증가가 정체상태로 이를 극복하기 위해서는 LNG를 이용한 수요개발이 필요하며 수송분야에서 LNG는 중요한 중요한 역할을 수행할 것”이라며 “수송분야 미세먼지 저감방안 으로서 수소자동차 보급확대와 함께 LNG자동차 보급 확대 방안은 매우 바람직하다고 볼 수 있다”고 설명했다.

또한 그는 “LNG자동차 보급 확대를 위해서는 트럭 보급과 더불어 LNG튜닝트럭 보급 활성화 전략이 필요하다”라며 “이를 통해 수소차 보급 확대, LNG벙커 링, 냉열이용 사업 등 연관산업과의 시너지효과도 낼수 있을 것”이라고 강조했다.

■LNG 튜닝 화물차 성능 어느정도?
경유화물차를 LNG 튜닝했을 시 성능에 대한 실증 연구도 진행된 바 있다.

삼진야드는 가스공사 가스연구원과 공동으로 지난해 3월부터 12월까지 운행 중 경유자동차의 천연가스 자동차로의 엔진교체 및 인증기술 개발연구의 일환으로 성능테스트를 진행한 바 있다.

이번 연구에서 운행 중 5톤급 경유화물자동차를 LNG 화물차로 튜닝해 차대동력계 배기가스 테스트와 실도로 주행 실증을 통해 LNG튜닝 화물차에 대한 신뢰성, 경제성 및 환경성 분석 데이터 확보를 목적으로 하고 있다. 또한 경유화물자동차의 LNG화물차로의 전환 촉진을 통한 LNG화물차 보급 확대 및 미세먼지 저감 기여에 따른 환경비용 축소도 기대된다.

먼저 배기가스 테스트에서 경유 5톤 화물트럭의 테스트를 진행한 결과 출고이 후 장시간 운행 했을 때 질소산화물이 2배 가량 더 발생하는 거새으로 확인됐다.

이후 삼진야드측은 벤트 라인 설치, 가스검지기 설치, 엔진 탈거 및 교체, 연료공급장치, 열교환기 설치 LNG 탱크 등을 설치해 경유 5톤 차량을 LNG차로 개조시켰다.

이후 배기가스 테스트를 진행한 결과 경유차량대비 질소산화물은 97%, 일산화탄소는 70%, THC는 30%, 이산화탄소는 2.3%의 감축효과를 확인할 수 있었다.

삼진야드 측은 환경개선 효과뿐만 아니라 연비, 평균속도 등 성능테스트도 진행했다.

이틀에 걸쳐 진행된 테스트에서 첫 번째 날에는 평균 75km/h의 속도로 557km의 거리를 주행했으며 평균 총 소모연료량은 199L였다. 이에 평균연비는 리터당 3.018km인 것으로 나타났다.

두 번째 날에는 평균 66km/h로 총 444km를 주행했고 총 소모 연료는 128L였다. 평균연비는 리터당 3.5km인 것으로 나타났다.

삼진야드 측은 이번 연구를 진행하며 튜닝 LNG 5톤 화물차는 도심구간에서 저속 및 정속 주행시 연비가 좋았으며 80km/h 이상의 고속주행과 오르막구간에서 연비가 떨어지는 경향이 있다고 평가했다.

또한 오르막구간에서의 등판 능력은 문제가 없었으며 250L 탱크를 완충해 운행할 시 서울~부산 거리 이상을 운행하는 것으로 나타났다.

단순 연비비교에서는 경유 5톤 화물차의 연비인 리터당 5.3km(자동차연구원 기준)과 비교했을 때 LNG 화물차가 다소 떨어지는 것으로 나타나긴 했으나 LNG가 경유에 비해 연료비가 훨씬 저렴하므로 이를 반영할 시 평균 1,000km당 8만4,942원의 절감효과가 있는 것으로 나타났다.

1일 500km를 운행한다고 가정했을 시 1년을 기준 으로 하면 LNG 화물차가 경유 화물차대비 약 1,500만 원의 연료비 이득이 발생하는 것으로 나타났다.

삼진야드 측은 LNG 화물차로의 튜닝 전후 간 비교를 통해 LNG 튜닝 화물차에 대한 성능에 큰 문제가 없음을 확인했으며 경유차량 대비 환경개선효과도 뛰어난 것으로 나타났다고 평가했다.

또한 연료비 비교시 경유대비 약 40%의 연료저감효 과를 확인했다고 밝혔다.

삼진야드 측은 노후 경유화물차의 LNG 화물자동차 로의 전환 및 보급확대를 위해 LNG 화물차 튜닝에 대한 정부 보조금 지원, LNG 충전소의 보급확대 등 정부의 정책적 지원이 필요하다고 강조했다.

■충전인프라 확충 계획은?
LNG충전인프라는 LNG와 수소충전이 동시에 가능한 올인원 형태의 융복합충전소가 유리할 것으로 기대된다. 다양한 형태의 차량 충전과 에너지 생산을 겸할 수 있는 형태로 부지절약과 운영비 절감이 기대되기 때문이다.

LNG 기반 융복합충전소의 장점은 튜브트레일러를 활용한 방식보다 더욱 안정적이고 경제적으로 공급할 수 있다는 점이다.

또한 LNG냉열을 활용해 환경성, 경제성을 제고할 수 있다. 먼저 수소추출기를 통한 수소 제조시 발생하는 CO2를 LNG냉열을 이용심냉법 기술로 포집하거나 삼중점을 고려한 온도, 압력을 활용해 액화시켜 CO2 를 포집할 수도 있다.

실제 가스공사는 충주 바이오메탄에서 심냉법을 활용한 CO2 회수실적을 보유하고 있다.

향후 가스공사는 2025년까지 상용차용 융복합 충전소 30개소를 구축할 계획이다. 다만 입지여건 및 수요를 고려해 수소 또는 LNG충전소 단독 건설로 변경될 수 있다.

세부계획을 보면 시내버스 충전소(수소)는 2023년 내 6개소를 확충할 계획이며 버스, 트럭 충전을 겸한 수소+LNG형태의 융복합 충전소는 2021년 4개, 2025년 5개, 2023년 2개, 2024년 6개, 2025년 7개를 확충해 총 24개의 수소+LNG 융복합 충전소를 보급할 예정이다.

가스공사는 고속도로 휴게소, 부산신항, 인천신항, 의왕ICD 등을 중심으로 융복합 충전소를 건설할 계획이다.

주요 구축 후보지로는 수소교통의 핵심으로 떠오르고 있는 통영, 창원과 포스코 철강물류 운송트럭과 연계해 광양, 포항, 평택이 후보군으로 내정돼 있다.

또하 매송, 칠곡, 문경 등 휴게소내 융복합 충전소 구축도 고려하고 있으며 인천신항 등에도 보급 예정이다.

오는 2025년까지 건설될 수소, 수소+LNG 융복합 충전소 30 개소 건설을 위해 가스공사는 약 4,000억원 투자를 진행할 계획이다.

수소 중심의 시내버스 충전소는 총 128억원이 투자할 예정이며 LNG+수소의 융복합 충전소의 경우에는 3,895억원이 투입될 예정이다.

■연료탱크 구성은?
LNG용기는 내, 외조의 이중 수평형 구주로 이뤄지며 내외조 사이에 진공, 단열재가 위치한다. 여기에 승압용 열교환기가 용기 내부 내, 외조 사이에 장착된다.

용기에는 안전확보를 위해 3차 안전장치가 부착되는데 1.8MPa의 1차 안전밸브, 2.4MPa의 2차 안전밸브, 외부 화재나 충격 등으로 용기 압력이 급격히 상승하면 폭발을 방지하는 3차 안전밸브도 부착된다.

운영형태별로는 액체상태의 LNG를 직접 엔진에 공급하는 고압타입과 기화시켜 공급하는 저압타입 두 가지가 있다.

고압타입은 기화기능없이 연료가스를 엔진에 공급하는 것으로 평소 고압력 운영으로 운전조건에 따라 연료손실이 많을 수 있다.

저압타입은 기화기능을 장착해 연료가스를 엔진에 공급하는 방식이며 압력이 높을 시에는 기체연료만 엔진에 공급하고 압력이 낮을시에는 액체연료만 엔진에 공급한다. 저압타입은 용기의 액체와 기체가스를 각각 컨트롤 가능하다는 장점이 있다.

■LNG튜닝차량 검사절차는?
LNG튜닝차량 검사 시 차량의 구조, 장치의 개조와 내압용기와 관련된 항목에 대해 승인서류심사를 실시하고 튜닝작업완료후 승인내용에 대해 관련 기준 및 절차에 따라 한국교통안전공 단에서 검사를 실시한다.

먼저 기술검사를 실시하게 되는데 기술검사란 동일한 형식의 내압용기 및 자동차에 대해 내압용기 장착검사기준 및 설치방법 적합여부를 튜닝승인신청서류로 하는 것을 의미한다.

그 다음 진행하는 것은 안전검사이다. 튜닝작업 완료후 튜닝 검사 시행 전에 하는 검사로 내압용기 및 자동차에 대해 내압용 기장착검사 기준에 적합한지 여부를 물리적, 기술적으로 확인하는 검사를 의미한다.

LNG차 튜닝시에는 한국교통안전공단에 승인신청을 하고 승인받은 날로부터 45일 이내에 자동차 정비사업자를 통해 튜닝 작업 및 튜닝검사까지 완료해야 한다.

튜닝검사는 장착검사에 합격한 자동차에 한정해 신청가능하며 장착검사에 불합격한 차량은 다시 장착검사를 진행해야 한다.

튜닝 신청시에는 외관 변경이 있을 시에는 변경 전, 후의 자동 차의 외관도와 내압용기 연료장치의 개요에 관한 도면을 한국 교통안전공단에 제출해야 한다.

이후 내압용기 및 연료공급장치에 사용되는 부품이 적합한지를 확인하는 서류가 필요하다.

예를 들면 내압용기의 경우 KGS 용기검사 합격증 및 성적서, 용기제조사의 내압용기 양도증명서, 제조사 성적서, 내압용기 재상용 인증서를 첨부해야 한다.

용기 밸브의 경우에는 KGS 밸브 합격증 및 성적서, 제조사 성적서 등도 제출해야 하고 가스충전구는 LNG자동차 리셉터클 성적서가 필요하다.
이외에도 각종 밸브와 압력계, 고무관, 용기고정장치 등에 관련된 첨부서류를 모두 제출해야 한다.

가스설비의 장착검사기준은 주밸브 및 감압밸브는 상용압력의 1.5배 이상의 내압성능을 가질 것, 상용압력이상에서 기밀성능을 가질 것, 주밸브는 자동차의 최후단으로부터 30cm 이상, 최외측으로부터 20cm 이상 떨어져 있을 것, 주밸브는 작동동력 원이 상실되거나 엔진이 정지된 경우 자동적으로 닫힐 것, 가스 충전구 및 주밸브 등 가스설비는 진동, 충격 등에 가스가 누출되지 않도록 안전한 장소에 고정할 것, 가스 충전구는 용기의 설계 압력에 맞는 것을 사용할 것, 가스 충전구는 충전하기 쉬운 위치에 부착하고 마개 또는 캡을 설치할 것, 감압밸브의 열원으로 엔진의 배기가스를 직접 사용하지 않을 것 등이다.

저장설비의 장착검사기준은 용기와 밸브는 내압용기 검사에 합격한 제품일 것, 용기는 관련규정에 부합할 것, 저장설비는 자동차의 길이, 폭, 높이 범위내에 설치돼야하며 자동차의 최저 지상고보다 높은 위치에 설치할 것, 진동, 충격에 연료가스가 누출 되지 않도록 견고하게 부착하고 배기가스가 직접 접촉하지 않느 위치에 설치할 것 등이다.

부적합 대표사례로 한국요통안전공단은 금속고정띠 용기와 간섭, 외부충격으로 인한 용기손상, 용기와 배기구 간격 30cm 미만, 저압차단밸브 가스누출, 압력조정기 가스누출, 인젝터 가스누출, 용기내조 및 외조 연결부위 아이싱 현상 등을 꼽았다.

■LNG야드트랙터, 우수 보급사례 
부산항에서 운행하는 경유 야드트랙터의 LNG 전환대수가 397대, DPF 부착대수는 81대 등 전환율이 높아 부산항만공사의 친환경 정책이 순항하고 있는 것으로 나타났다. 이에 대기오염의 원인인 대형화물차에도 이와 유사한 사업모델을 적용해 친환경적인 LNG 화물차 보급을 확대해야 할 것으로 보인다.

부산항만공사에 따르면 부산항 내에서 운행하는 경유 야드트랙터의 LNG전환, DPF부착 등 친환경화 실적은 지난해 12월 기준 479대로 전체 야드트랙터 숫자인 690대 중 69% 전환율을 달성했다.

친환경화 분야별로 보면 LNG로 전환된 야드트랙터가 397대, DPF 부착이 완료된 야드트랙터가 81대, 전기 야드트랙터로의 전환은 1대 완료됐다. 현재 부산항 내 야드트랙터 중 친환경화 되지 않은 경유 야드트랙터는 212대(31%)가 존재하며 추가 조치가 필요한 상황이다.

부산항만공사가 추진하는 LNG 야드트랙터 보급사업은 항만 대기질을 오염시키는 원인으로 지목됐던 경유 야드트랙터를 친환경적인 LNG로 전환시키기 위해 진행됐다.

해양수산부, 부산항만공사가 50%의 비율로 전환비용을 보전 해주며 나머지 절반은 운영사가 부담하게 된다.

관련업계에서는 부산항만공사의 야드트랙터 전환사업을 LNG 대형트럭 보급 우수사례로 꼽고 있다.

대기오염원 중 하나로 꼽히고 있는 경유 대형화물차에 대한 친환경화 조치가 지지부진한 상황에서 LNG는 경유보다 친환경 적이며 아직은 기술력, 경제성이 부족한 수소연료에 비해 기술 력이 앞서있어 우선적으로 대형화물차들의 LNG전환이 필요하 다는 목소리가 높아지고 있기 때문이다.

부산항만공사와 해양수산부의 적극적인 지원으로 LNG 야드 트랙터의 전환사업이 성공적으로 진행되고 있기 때문에 대형화 물차 분야에서도 이를 본받아 정부의 적극적인 지원을 통한 LNG 전환이 필요하다고 역설하고 있는 상황이다.

올해 부산항만공사는 경유 야드트랙터 중 70대에 대해 LNG 전환을 목표로 하고 있다. 사업비는 총 33억6,000만원이 투입될 것으로 예상되고 있으며 이중 부산항만공사가 25%(8억4,000만원), 해양수산부가 25%(8억4,000만원), LNG전환을 희망하는 민간사업자가 50%(16억8,000만원)을 부담하게 된다.

부산항만공사의 관계자는 “이번 LNG 야드트랙터 전환사업으로 인해 기존 경유 하역장비 대비 미세먼지 배출이 80~99% 가량 저감될 것으로 기대된다”라며 “환경친화적 하역장비로의 지속전황으로 부산항의 대기질이 크게 개선될 것으로 기대되고 있다”고 밝혔다.

한편 부산항만공사는 야드트랙터를 포함해 중장기적으로 ‘항 만지역등 대기질 개선에 관한 특별법’으로 규정된 하역장비(컨 테이너크레인, 트랜스퍼크레인, 야드트랙터, 셔틀캐리어)의 친환경화도 계획인 ‘환경친화적 하역장비 전환 중장기 로드맵’을 수립하고 있다.

이번 로드맵은 2021년부터 2025년까지의 계획이 수립되며 현재 하역장비 운영사들의 의견을 수렴하고 있는 과정인 것으로 알려졌다.


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