글로벌 선박업계는 전세계 무역의 80%에서 90%를 담당하고 있지만 아직 의미 있게 탈탄소화를 시작했다고는 볼 수 없다. 해상 운송이 항공이나 도로 운송에 비해 상대적으로 효율적이라고는 해도 해운업은 여전히 연간 약 10억 톤의 이산화탄소를 배출하고 있다. 한편 IMO(International Maritime Organization: 국제해사기구)에 따르면 무역량은 2050년까지 130% 증가할 것으로 예상된다. 탈탄소화를 촉구하는 고객, 정책 입안자, 사회 전반의 강력한 압박에도 불구하고 업계 에너지 수요의 약 99%가 여전히 화석연료에 의해 충당되고 있다.
효율성을 개선하면 해운 부문의 온실가스 배출 감소에 도움이 될 수 있다. 하지만 화석연료를 e-퓨얼(e-fuel)(포집된 생물 유래 이산화탄소 및 청정 수소로 만들어진 연료), 바이오 연료, 또는 배터리 전기 추진과 같은 저탄소 연료로 대체하는 것이 가장 큰 감소 효과가 있다는 것은 이미 널리 알려진 사실이다. 특정 경로에 가장 적합한 저탄소 대안의 선택은 비용과 배출 집약도 외에도 연료 가용성, 성능, 안전성, 공급 안정성 등 많은 요인에 따라 달라진다. 따라서 해운업의 미래에는 다양한 연료가 복합적으로 사용될 것으로 전망된다.
전 세계 무역의 80%에서 90%를 담당하는 글로벌 해운업은 아직 의미 있는 탈탄소화 대책 실행의 초기 단계에 머물러 있다.
기존 선박 연료를 대체할 수 있는 수많은 저탄소 연료가 존재한다. (‘예비 연료‘ 참조) e-암모니와와 e-메탄올이 탈탄소화를 추구하는 해운업체들에 가장 큰 관심을 받고 있지만, 바이오가스를 정제해 만드는 바이오메탄(북미에서 재생 천연가스 혹은 RNS(renewable natural gas)라고 불림)과 바이오메탄올 등 바이오가스 경로 연료들도 주목해 볼만 하다. 이 두 연료는 현재 가장 성숙하고 경제적인 저탄소 대체 연료이며 많은 해운업체들에 단기적으로 최고의 탈탄소화 옵션이 될 것으로 보인다. 적절한 조건만 갖춰진다면, 바이오가스 경로 연료는 2050년까지 전 세계 해운의 15%에서 30%를 탈탄소화할 수 있는 잠재력이 있다.
예비 연료
바이오가스 경로 연료 외에도 여러 가지 저탄소 선박 연료들이 현재 개발 중에 있다. 각각 비용, 지속 가능성, 확장 가능성, 기술 및 시장 성숙도, 안전성 면에서 장단점이 있다. (아래 표 참조)
E-퓨얼에 대해 자세히 살펴보자.
- e-암모니아. 저렴한 재생에너지의 필요성 외에는 공급 원료의 제약이 없어 거의 무공해 운송의 잠재력이 있는 e-암모니아는 많은 해운업체들이 가장 선호하는 저탄소 연료이다. 하지만 암모니아를 벙커 연료로 광범위하게 사용하기 위해서는 사람 및 수생생물 보호를 위해 선박과 항구에 보건 및 안전 설비를 대대적으로 업데이트해야 한다. 현재 중유보다 2~4배 더 비싼 암모니아의 경제성은 저렴한 재생에너지와 녹색 수소의 광범위한 가용성 여부에 따라 달라질 것이다.
- e-메탄올. e-암모니아와 마찬가지로, e-메탄올 역시 거의 무공해 운송을 가능하게 할 수 있지만, 암모니아보다 취급이 용이하고 사람과 수생생물에 대한 독성이 약하다. 현재 메탄올 사용 가능 선박이 1,000척 이상 주문돼 있다. 첫 번째 선박이 최근 해운 대기업인 머스크(Maersk)에 인도됐으며, 머스크는 선박에 친환경 연료를 공급하는e-메탄올 프로젝트를 개발하는 새로운 회사의 설립을 발표한 바 있다. 그러나 e-메탄올 자체는 생산에 필요한 지속 가능한 이산화탄소의 가용성 제한으로 인해 경제성 있는 확대가 어려울 수 있다. e-암모니아처럼, e-메탄올도GJ(기가줄)당 40달러에서 60달러인 2030년 예상 가격 도달 여부는 저렴한 재생에너지와 녹색 수소의 공급에 달려 있다.
- 액화 e-메탄. 화석연료 LNG의 대안인 액화 e-메탄은 기존 LNG 운송 및 저장 인프라를 활용할 수 있다. CMA CGM은 이중 연료 엔진이 장착된 선박을 빠르게 건조 중이며 2026년까지 바이오메탄 혹은 e-메탄이 사용가능한 선박을 77척 보유할 계획이다(최근 24척의 메탄올 이용 선박을 대량 주문해 이 계획에 대비했다). 하지만, 희소한 지속 가능 이산화탄소에 대한 높은 의존성과 높은 생산 프로세스 비용으로 인해, 이 연료는 선호되는 다른 2개의 e-퓨얼보다 계속해서 더 비쌀 것으로 예상된다.
- 청색 암모니아. 청색 암모니아는 재생 에너지를 이용한 전기분해 방식이 아니라 천연가스를 이용해 만들어진 이산화탄소를 포집하는 프로세스를 통해 만들어진 청색 수소를 정제해 만들어진다. 청색 암모니아의 탄소집약도는 녹색 암모니아보다는 높지만, 중유에 비하면 배출량을 상당히 줄일 수 있다. 또한 재생 가능 에너지 혹은 전해조 비용 급등에 따라 경제성이 영향받지 않는다. 하지만 낮은 탄소집약도로 인해 규제당국이 청색 암모니아의 장기적 사용을 허락할 것인지는 확실하지 않다.
- 기타 바이오 연료. 바이오디젤, 바이오오일, 그리고 바이오매스 가스화를 통해 추출한 바이오메탄올 등의 연료들은 현재 일반적으로 e-퓨얼보다 더 경제성이 있지만 지속 가능성 인증과 공급 가용성 측면에서 어려움이 있다. 바이오디젤은 현재 상업적으로 이용 가능하지만 여전히 동급 화석연료의 20%에서 40%에 해당하는 탄소를 배출한다. 그뿐만 아니라 다른 부문과의 경쟁으로 인해 공급이 제한적일 가능성이 높다. 바이오오일은 다양한 탄소 농도로 생산될 수 있고, 바이오디젤보다 저렴할 가능성이 높지만 생산 과정이 아직 충분히 성숙하지 못하고 공급 원료의 공급 제약 문제가 있을 수 있다. 가스화를 통한 바이오메탄올은 유망하기는 하지만 역시 비슷한 기술 및 공급 문제를 수반한다.
바이오가스 경로 연료의 사용이 잠재력을 충분히 발휘하려면, 업계 이해 관계자들이 협력을 통해 여러 가지 장애물을 극복해야 한다. 장애물로는 지속 가능한 공급 원료의 가용성, 생산 및 운송 인프라 부족, 다른 부문과의 경쟁, 업스트림 및 선상 누출에서 발생할 수 있는 비산 배출 가능성 등이 있다. 이런 어려움은 극복 가능하며 바이오가스 경로 연료들은 해상 운송업의 탈탄소화 노력에서 의미 있는 역할을 할 수 있을 것이다.
바이오가스 경로 연료의 경우
바이오가스는 바이오매스의 혐기성 소화를 통해 생산되는 메탄과 이산화탄소의 혼합물이다. 추가 가공을 거쳐 바이오메탄이나 바이오메탄올이 될 수 있으며 이를 바이오가스 경로 연료라고 부른다. LBM(Liquified biomethane, 액화 바이오메탄)은 적합한 선박 엔진에 사용해 액화 천연가스를 직접 대체할 수 있으며 바이오메탄올은 e-메탄올과 교환해서 사용될 수 있는 상온 상태의 액체이다.
바이오가스 경로 연료는 해운업의 저탄소 대안으로서 여러 가지 장점이 있다.
[1] 성숙도
이 연료들의 생산 프로세스는 완전히 성숙돼 있고 유용한 양이 이미 사용 가능하다. 현재 이미 0.3에서 0.4EJ(엑사줄)의 바이오메탄이 생산되어 다양한 용도로 사용되고 있으며, 공급량은 2030년까지 2에서 5EJ로 성장할 수 있다. 이 물량은 다른 저탄소 연료 공급보다 훨씬 더 큰 규모로 전 세계 해운업의 최종 에너지 수요 13EJ충족에 상당한 도움이 될 것이다.
[2] 공급 원료 가용성
다른 바이오연료에 비해, 광범위한 종류의 공급 원료가 사용될 수 있다. 혐기성 소화는 옥수수 껍질, 하수 슬러지, 일상 쓰레기와 같은 다양한 공급 원료에 적합한 폐기물 처리 방법이다. 제한된 종류의 오일과 지방(약 2EJ로 추정)으로만 생산할 수 있는 바이오디젤 등 다른 바이오 연료에 비해 공급 원료 풀(폐기물과 잔여물에서만 최대 40EJ)의 규모가 더 크다.
[3] 배출량 감축
바이오가스 경로 연료는 전형적인 연료유에 비해 WtW(Well-to-Wake) 배출을 100% 이상 감축할 수 있는 잠재력이 있다. 이는 바이오가스 생산 과정에서, 유기물질의 자연 부패에서 발생했을 온실가스 배출이 포집 및 전환되기 때문이다. 동물 분뇨와 같이 부패 과정에서 자연적으로 많은 양의 메탄을 배출하는 물질들은 바이오가스로 사용된다면, 비산 배출이 성공적으로 관리된다는 가정 하에, 온실가스 배출을 가장 크게 감축할 수 있다.
[4] 낮은 독성
바이오가스 경로 연료는 암모니아에 비해 인간과 수생 생물에 대한 독성이 훨씬 약하다. 암모니아의 경우 리터당 0.07mg 농도에서 수생 생물에 독성이 있으며 이는 현재 중유보다 1,000배 이상 치명적인 것으로 유출될 경우 환경에 미치는 영향에 대해 심각한 우려가 제기된다. 메탄은 어류에 대한 독성이 중유와 비슷하지만, 메탄올은 훨씬 더 안전하다. 어류에 중유 유출과 동일한 수준의 독성을 미치려면, 200배 많은 메탄올이 필요하다.
[5] 경제성
마지막으로, 이 두 연료는 가장 저렴한 저탄소 연료이다. 액화 바이오메탄 가격은 현재 GJ당 17달러에서 31달러 사이이며, 혐기성 소화를 통한 바이오메탄올은 GJ당 24달러에서 45달러로 생산될 수 있다. 이에 비해, e-암모니아의 생산 비용은 2030년까지 하락한다고 해도 GJ당 30달러에서 55달러 사이가 될 것으로 예상되며, e-메탄올 가격은 2030년에 GJ당 40달러에서 60달러 사이가 될 것으로 전망된다. 또한, 이 두 e-퓨얼의 장기적인 경제성은 향후 20~30년간 저탄소 수소의 광범위한 도입 여부에 따라 달라질 수 있다.
바이오가스 경로 연료는 해운업의 저탄소 대안으로서 여러 가지 장점이 있다.
많은 저탄소 연료가 해운업 탈탄소화 노력에 중요한 역할을 할 것으로 보인다. 머스크 맥키니 묄러 센터(Maersk Mc-Kinney Møller Center)는 2050년 심해 운송 부문에 4가지 유형의 생산 경로가 다양한 연료가 주로 사용될 것이며, 어떤 저탄소 연료가 지배적으로 사용된다 해도, 가장 많이 사용되는 연료가 전체의 54% 이상을 차지하지는 않을 것으로 예측한다. 그때까지 바이오가스 경로 연료는 전체 구성에서 19%에서 37%를 차지할 수 있을 것이다.
4가지 장애물
바이오가스 경로 연료가 해운업의 저탄소 대안으로서의 잠재력을 완전히 실현하려면, 해운업체, 정책 입안자, 업계 협회가 협력해 이 연료의 광범위한 도입을 방해하는 4가지 장애물을 극복해야 한다. (보기 1 참조)
[1] 공급 원료 가용성
바이오매스 공급 원료가 충분할 것인가? 상황에 따라 다르다. 현재 바이오연료 관련 지속 가능 바이오매스의 전 세계 재고량의 에너지 잠재력에 대한 가장 긍정적인 예측은 약 50EJ이다. 여기에는 식량으로 쓰일 수 없고, 토지 사용에 악영향을 끼치지 않으며, 수집하는 것이 실용적인 2세대 바이오매스(‘폐기물 및 잔여물‘)만 포함된다. 주로 농업 잔여물이 많으며, 기타 유기 폐기물도 포함되지만 임업 잔여물을 포함해 모든 것이 바이오가스 생산에 사용될 수 있는 것은 아니다. 특히 혐기성 소화에 사용되는 페기물과 잔여물의 에너지 잠재력은 최대 40EJ일 것으로 추정된다.
바이오가스 경로 연료는 2050년까지 전체 연료 중 19%에서 37%를 차지할 수 있다.
현재 포집되어 바이오가스로 전환되는 바이오매스의 양은 겨우 약 3EJ에 불과하다. 전환 손실을 감안하면, 현재 생산되는 바이오가스의 전체 에너지 함량은 1.8에서 2EJ에 그칠 것으로 추정된다. 이는 특히 바이오가스의 많은 다른 용도를 고려할 때, 약 13EJ 가량인 해운업 에너지 니즈 충족을 위해 필요한 물량에 한참 못 미치는 수준이다.
지속 가능한 바이오매스의 전 세계 공급량을 확대하기 위해 몇 가지 대책을 추진할 수 있다. 단기적으로, 브라질과 같은 개도국 시장은 활용도가 낮은 공급 원료를 확보하고 유기 폐기물의 지속 가능한 취급을 촉진할 수 있는 엄청난 잠재력이 있다. 해운업의 글로벌한 속성으로 인해, 해운업체들은 이런 자원에 대한 고유한 접근성이 있다. 지금 업스트림 연료 생산에 투자한다면 앞으로 수십 년 동안 안정적인 가격으로 적절한 양의 공급 원료를 확보할 수 있다.
또한 짚과 같은 기존 공급 원료의 에너지 잠재력을 상승시키고 반응기 조건을 공급 원료 구성에 맞게 맞춤으로써 혐기성 소화의 에너지 생산량을 최적화하기 위해서는 기술 혁신이 필요할 것이다. 마지막으로, 지속 가능하고 생태학적으로 안전한 특수 목적용 작물이나 해조류와 같은 최신 기술 기반 공급 원료의 장기적인 잠재력도 추가로 생각해 볼 수 있다.
[2] 생산 및 운송 인프라
현재 관련 공급 원료 중 단지 6%만이 바이오가스 생산을 위해 포집되고, 바이오가스의 약 20%만이 바이오메탄으로 업그레이드된다. 결과적으로 전 세계 바이오메탄 공급량은 0.3에서 0.4EJ에 불과하다. 이를 개선하기 위해서는 미활용 공급 원료를 수집하고, 바이오가스를 생산하고, 바이오가스를 바이오메탄이나 바이오메탄올로 업그레이드해서 항구로 운송할 수 있는 수단을 전 세계적으로 대폭 확대해야 한다.
유럽과 북미에서, 기업들은 이미 가장 쉽게 접근 가능한 공급 원료들을 사용하고 있다. 공급 원료를 더 많이 확보하기 위해서는 인프라의 개선 및 확대와 공급 원료 자체의 혁신(운송 효율성 개선을 위해 짚을 압축성형 하는 등)이 필요하다. 업계는 유럽과 북미 지역 외의 투자 역시 지원해야 한다. 이들 지역에 천연가스에 대한 미충족 수요가 더 있는 경우가 많기 때문이다. LNG 시설과 파이프라인이 바이오가스 운송에 사용될 수도 있다.
첨단 바이오가스 생산설비는 새롭게 떠오르는 다른 저탄소 인프라, 특히 바이오가스 생산으로 발생하는 이산화탄소 폐기물이 e-메탄올 및 e-탄화수소 연료의 생산에 사용될 수 있는 인프라와 함께 시너지 효과를 낼 수 있다. 여기에는 태양열, 풍력, 녹색 수소, e-퓨얼 생산 설비들이 해당한다. 특히 미국에서 인플레이션 저감법(Inflation Reduction Act)의 경우처럼 저탄소 연료 생산에 대해 보조금이 지급되는 경우에 더욱 적합하다.
정부와 업계 협회들은 협력을 통해 바이오가스 경로 연료를 가장 필요한 지역으로 운송할 수 있는 근본적인 정책 메커니즘을 수립해야 한다. 최종 연료가 지속 가능하게 생산되어 온실가스 감축 목표를 충족하려면, 원산지를 보장하고 저탄소 상태를 인증하는 글로벌 시스템이 개발돼야 한다. 기존 제도는 국가 혹은 지역 경계에 따라 제한적이며 현지 법에 따른 요건이나 복잡성으로 효력을 제대로 발휘하지 못하고 있다.
매스밸런싱(mass balancing) 방식을 통해 바이오메탄 생산업체는 연료를 기존 천연가스 그리드에 판매하고, 연료 소비자는 에너지 부문의 재생에너지 인증서와 같은 인증서를 통해 그리드에서 바이오메탄을 구입할 수 있다. 구매자와 판매자를 연결하기 위해 기존 인프라를 사용하는 것이 핵심이다. 매스밸런싱이 보다 광범위하게 사용되면서, 업계 협회는 해운업체들이 홍보와 교육을 통해 참여하도록 장려할 수 있다. 더불어, 이 정책으로 인해 국제 해역에서 항해하는 선박들은 방문하는 모든 항구에서 인증받은 저탄소 연료를 구매할 수 있을 것이다.
[3] 다른 부문과의 경쟁
바이오메탄은 선박용 연료로서도 유망하지만, 현재 사용되는 천연가스의 대체제로도 사용될 수 있는 유연한 연료이다. 천연가스와 마찬가지로, 현재 대부분의 바이오메탄은 전력과 난방 목적으로 사용되고 있다. 가장 낙관적인 경우라 해도, 바이오메탄의 공급은 기존의 천연가스 수요와 선박 및 중장비 운송 등 운송 목적의 새로운 수요를 모두 충족하기에는 턱없이 부족할 것이다. 사회적 혜택을 극대화하려면, 바이오메탄은 가장 적합하고, 유망한 탈탄소화 대안이 거의 없는 분야에 적용돼야 한다.
예를 들어, IEA(International Energy Agency: 국제 에너지 기구)에 따르면, 난방은 무려 전 세계 최종 에너지 소비의 50%를 차지한다. 천연가스는 가장 많이 사용되는 난방 연료로 2021년 수요의 42%를 차지했다. 하지만 열 수요의 대부분은 현재 가스 기반 자산보다 세 배 더 열효율이 좋은 전기 히트펌프로 해결 가능하다. 산업공정용 고온 열 등 열에 대해 현재 전기를 이용할 수 없는 일부 수요도 있다. 하지만 이는 저탄소 수소를 이용하거나 멀지 않은 미래에 전기로와 같은 새로운 전기화 솔루션을 통해 충족할 수 있다. 이 대체 탈탄소화 기술의 도입을 서두르면 해운업계가 바이오메탄을 더 많이 사용할 수 있을 것이다.
전 세계 모든 사회들이 탈탄소화를 위해 노력하면서, 바이오메탄(압축 혹은 액화를 통해 바이오LNG로 공급되는)은 중량물 운송 부문에서도 관심을 얻고 있다. 하지만 저탄소 수소 역시 이 부문에서 매력적인 연료이다. 또한, 배터리 기술이 개선되면서 전기화가 더 다양한 온로드 차량에 사용 가능한 솔루션이 되고 있으며, 이는 수년 내에 대형 트럭에도 적용될 잠재력이 있다.
바이오메탄은 에너지 밀도가 높은 휴대성, 경제성, 다른 저탄소 연료 옵션에 비해 높은 성숙도, 기존 LNG 인프라와의 호환성으로 인해 해운에 특히 적합하다. 하지만 현재 해운 부문에서 바이오메탄과 바이오메탄올은 거의 사용되지 않고 있다. 이 연료들이 해운업에 사용될 경우의 장점에 대한 인식을 높이는 것이 도입을 확대할 수 있는 첫 번째 단계이다. 정책 입안자들은 지속 가능성 요건 및 이 연료의 최종 용도로 해운을 유리하게 취급하는 조건을 이용해, 바이오가스 경로 연료가 다른 저탄소연료와 똑같은 지원을 받을 수 있도록 보장할 수 있다. 이를 위해서는 EU바이오메탄 수요 2030년 목표에 운송 부문을 포함하지 않은 리파워EU(REPowerEU)와 같은 기존 법안을 업데이트해야 할 수 있다.
해운업은 업스트림을 통합하고 연료를 자체 생산함으로써 바이오가스 연료의 도입을 위한 모멘텀을 강화할 수 있다. 통합된 공급망이 있으면 바이오가스를 위해 다른 부문과 경쟁할 필요가 없어질 수 있다. 또한 친환경 해운 상품을 개발하고 마케팅하는 복잡성을 줄여, 연료 공급망 개발에 필요한 추가 매출을 창출할 수 있다.
[4] 온실가스 영향
메탄은 매우 강력한 온실가스이다. 온난화 효과는 100년 기준 이산화탄소의 30배가 넘으며, 20년 기준으로는 무려 85배 이상이다. 그 강력한 영향 때문에 극소량의 메탄가스 누출도 피해야 한다. 바이오가스 경로 연료가 온실가스에 미치는 긍정적인 효과가 메탄의 생산, 운송, 선박 사용 중 누출로 인해 심각하게 훼손될 수 있다.
메탄 누출 위험 완화를 위해 구체적인 행동을 취할 수 있다. 관련 법규를 준비할 경우 정책 입안자들은 20년 지구 온난화 잠재력 등 바이오메탄과 바이오메탄올의 전체 생애주기 배출량을 고려해 전체 가치사슬에 따른 메탄 누출의 측정 및 추적을 의무화할 수 있다. 해운업체들은 메탄 추적 및 시각화 도구를 이용해 육상 및 선박 내 누출을 찾아내고 막아야 한다. 마지막으로 혼성화와 배출가스 재순환 등 메탄 슬립(엔진에서 불완전 연소해 배출되는 메탄가스)을 줄이는 엔진 기술이 개발돼야 한다.
메탄 누출 위험 완화를 위해 구체적인 조치를 취할 수 있다.
5가지 대책
해운업 관계자들은 바이오가스 경로 연료의 해운업 도입을 가속하기 위해 5가지 핵심 조치를 즉시 추진해야 한다.
보기 2는 현재 해운업체, 정책 입안자, 업계 협회들이 바이오가스 경로 연료의 사용을 독려하기 위해 취해야 하는 구체적인 행동들을 보여준다.
지금까지 진전이 더디기는 했지만, 해운업은 마침내 탈탄소화의 모멘텀을 구축하고 있다. 최근 들어 IMO의 2050년 넷제로 배출 달성 합의, 최종 EU 해운 온실가스 배출 저감 법안(FuelEU Maritime legislation) 발표 등 탈탄소화를 위한 규제 프레임워크는 그 어느 때보다 강화됐다. 저탄소 연료와 지원 인프라에 대한 투자 확대와 함께 저탄소 옵션별 장점에 대한 새로운 논의가 이어질 것으로 전망된다.
바이오가스 투자 및 개발을 촉진하는 것은 해양 부문의 완전한 탈탄소화를 향한 진전을 가속할 것이다. 또한 해운업의 미래에 중요한 다른 친환경 연료에 대한 투자와 개발을 늦출 필요도 없다. 넷제로를 향해 나아가는 것은 공동의 노력으로 이루어져야 한다
다른 연료 경로와 마찬가지로, 바이오가스 경로 연료도 잠재력을 완전히 실현하기 위해서는 극복해야 할 도전과제들이 있다. 하지만 모든 이해관계자가 함께 노력한다면 해결책을 찾을 수 있을 뿐 아니라 목표를 달성할 수 있을 것이다.
