배터리 하이브리드·LNG 연료전지 상용화 눈앞..친환경 기술 초격차 가속

<친환경 선박제조 첨병 'r&d 연구소' 가보니..>
③삼성重 '조선해양연구소 에너지플랜트연구센터'
배터리 하이브리드 시스템 2년내 상용화, 노르웨이 DNV-GL사로부터 형식승인 획득
친환경 R&D 비용 매년 10% 이상 늘려..수소·암모니아 운반선·추진선 기술 개발도 순항

올해들어 한국 조선사들이 전세계 선박 수주 시장을 휩쓸고 있다. 글로벌 선주들이 한국 조선사를 찾는 이유는 오랫동안 축적된 기술력뿐 아니라 원가경쟁력을 갖고 있기 때문이다. 특히 한국 조선사들은 향후 탈탄소 규제에 대응하기 위해 액화천연가스(LNG) 추진·운반선 이외에도 고부가가치 선박 건조 기술 확보에 연구개발(R&D) 역량을 집중하고 있다. 실제 한국조선해양(현대중공업그룹 조선 중간지주사), 대우조선해양, 삼성중공업 등 빅3 조선사는 암모니아, 수소 등 다양한 친환경 선박 연료 건조 기술에 대한 연구를 활발히 진행중이며 머지않아 실증을 거쳐 상용화에 이를 전망이다. 이데일리는 ①한국조선해양 ②대우조선해양 ③삼성중공업 R&D 연구소를 차례로 찾아 친환경 기술 동향 등을 살펴봤다. <편집자주>

▲뱃머리를 형상화해 설계한 삼성중공업 판교 R&D 센터. (사진=삼성중공업)

[이데일리 김영수 기자] “최근 국제 선사들로부터 암모니아 추진선 기술 개발에 대한 문의가 부쩍 늘고 있습니다.”

10일 경기도 판교에 자리잡고 있는 삼성중공업 R&D센터에서 만난 박건일 에너지플랜트연구센터장은 탈탄소 규제로 친환경선박에 대한 관심이 늘면서 기존 LNG를 대체하는 연료로 암모니아 전환 이중연료추진선을 요구하는 사례가 증가하고 있다고 귀뜸했다.

▲(왼편부터)이희성 안전설계연구 파트장, 방창선 극저온시험연구 파트장, 윤경태 친환경연구 파트장, 심정현 프로, 박건일 에너지플랜트연구센터장, 김태훈 에너지연구파트 프로, 이호기 에너지연구 파트장. (사진=삼성중공업)

국제 선사들이 암모니아 추진선에 관심을 갖는 이유는 오는 2024년 엔진 상용화가 계획돼 있는데다 현재 연료공급을 위한 여러 기술 개발 및 설계가 진행중이기 때문이다. 박 센터장은 다만 수소와 암모니아는 가격이 비싼데다 관련 규정에 대한 정비가 필요해 수소 또는 암모니아 추진선에 대한 발주는 이들 원료를 운반하는 운반선이 개발된 이후가 될 것으로 내다봤다.

박 센터장은 “수소나 암모니아 운반선의 경우 그 특성에 적합한 화물창 개발이 필요한데 수소 운반선의 경우 2018년 국책과제로 연구개발을 시작한 만큼 4년후 기술설계 확보가 가능할 것으로 보인다”며 “실제 운반선은 2028년 이후에나 발주가 가능할 전망이며 수소연료 추진선은 수소운반선 개발완료후 10년이 더 추가로 필요할 것으로 예상된다”고 봤다. LNG 추진선과 마찬가지로 LNG 운반선이 상용된 후에나 수소 또는 암모니아 연료 추진선 개발이 가능할 것이란 얘기다.

국제해사기구(IMO)의 탄소배출 규제도 단기적으로는 2030년, 장기 목표로는 2050년을 설정해 놓고 있어 친환경 연료인 수소나 암모니아 추진선에 대한 기술개발 및 발주도 이같은 스케줄에 맞춰 이뤄질 것으로 예상된다.

▲배터리 하이브리드 시스템. (사진=삼성중공업)

수소·암모니아 운반선·추진선과 달리 2년 이내 단기간에 개발이 가능한 친환경 기술들은 곧 상용화를 앞두고 있다. 삼성SDI에서 제작한 이차전지를 이용한 배터리 하이브리드 시스템(배터리 패키지와 에너지관리시스템으로 구성), 선박의 발전·추진 엔진의 폐열 회수를 활용한 열전발전 시스템, LNG 기반의 고체산화물 연료전지 기술이 대표적이다.

윤경태 친환경연구 파트장은 “단기적인 기술들은 선박내 효율을 개선해 탄소 및 비용 절감을 동시에 달성할 수 있는 기술들”이라며 “배터리 하이브리드 시스템은 안전성 및 성능 테스트를 마치고 국내 업계 최초로 노르웨이 선급인 DNV-GL사로부터 선박용 리튬이온 배터리 시스템에 대한 형식승인을 획득했다”고 밝혔다.

▲삼성중공업 거제조선소 전경. (사진=삼성중공업)

삼성중공업은 친환경 선박에 대한 수요가 증가할 것으로 전망하고 연구개발(R&D) 비용도 지속적으로 늘리고 있다. 삼성중공업의 R&D 비용은 연간 약 500억원 규모(2018~2020년 기준)로 이 중 친환경 선박 및 디지털 기술력 향상을 위한 비용은 약 230억원(2020년도 기준)으로 전체 연구개발비중 약 46%를 차지하고 있다. 이 수치는 앞으로 매년 10% 이상 증가할 것으로 예상된다는게 박 센터장의 설명이다.

삼성중공업은 특히 환경규제 대응을 위한 친환경 선박 및 디지털화에 대한 필요성이 대두되면서 기자재 연구개발·검증을 위해 세계 첫 LNG통합실증설비 인프라를 구축했으며 약 3년간 스마트SHI 구축 과제를 통해 조선소 디지털화를 점차 진행하고 있다.

삼성중공업 거제조선소에 있는 LNG통합실증설비는 지난 4일 바다의 날을 맞아 김부겸 국무총리가 찾아 친환경선박 기술개발 현황 등을 점검하고 조선업계의 애로사항을 청취하기도 했다. 거제조선소 내 3630㎡ 부지에 지난 5월 완공된 LNG통합실증설비는 LNG 생산부터 운송, 저장, 공급에 이르는 LNG 밸류 체인 전반의 기술을 개발하고 검증하기 위한 설비로 독자 LNG 액화기술을 비롯한 냉열발전, 독립형 연료탱크, 재액화 시스템 등을 개발하는데 활용중이다.

방창선 극저온시험연구 파트장은 “국내에서는 20년 이상 LNG 선박을 건조한 경험을 바탕으로 설계·생산·품질 관리에 대한 노하우가 축적돼 있다”며 “LNG를 연료로 사용하기 위한 연료공급시스템, BOG 처리를 위한 재액화 시스템 자체 설계 적용 등 기술 우위를 바탕으로 초격차를 위해 자체 엔지니어링 수행 역량 강화, 독자 화물창 개발, 생산성 향상 등의 연구 개발을 진행 중”이라고 설명했다.

▲삼성중공업 거제조선소 내 LNG실증설비 .(사진=삼성중공업)

‘에스베슬(SVESSEL)’이라는 스마트십(Smart Ship) 시스템을 보유하고 있는 삼성중공업은 2030년까지 무인 운항선 개발을 목표로 스마트 기술 개발에도 박차를 가하고 있다. 김태훈 에너지연구파트 프로는 “IMO 자율화 등급 레벨 3 수준(원력제어 등 기관 자동화)의 자율운항 선박 개발을 목표로 하는 정부 정책에 선제적으로 대응해 안정성과 효율성을 높이고자 한다”며 “인공지능, 사물인터넷(IoT), 자동화 등 첨단 기술들을 융합한 스마트십 기술 개발을 통해 자율운항선박 시장 진출을 적극 모색하겠다”고 했다.

▲원격자율운항 선박 충돌회피 모습(관제센터). (사진=삼성중공업)

김영수 (kys74@edaily.co.kr)