지구 온난화에 의한 기후 변화, 생태계 파괴

온실가스 배출 증가로 인한 극심한 기후 변화

- 지구 평균기온 상승 : 과거 수 만년 1℃, 20세기 이후 0.6 ℃ (우리나라는 1.5 ℃)

- 수온 및 해수면 상승 : 해안 저지대 침수, 생태계 교란

생태학계 “지구온난화로 인한 생태계 교란은 현 인류 세대의 가장 큰 위협이 될 것”

유엔산하 IPCC “2030년까지 이산화탄소 배출량을 2010년 대비 최소 45% 줄여야” (18년 10월)

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지구온난화를 막기 위한 국제사회 대응

1997年

2015年

교토의정서 채택 (05년 발효)

파리협정 채택 (16년 발효)

2012년 선진국 온실가스 배출

량을 1990년 대비 평균 5.2%

감축하도록 규정

산업화시대이전 대비 지구 온도

상승폭을 2℃이하 유지 위해

온실가스 배출량 단계적 감축

• 2°C 초기 목표 설정

1.5°C 최종 목표 달성노력

파리협정

• 온실가스 감축 + 적응, 재원, 기술이전 등 포괄

• 모든 당사국 대상

• 지속가능성이 높음

2018年

국제해사기구(18년 발효)

국제해운 분야 온실가스 감축

초기전략 채택 및 단기적 조치

사항 강제화

• ’50년 CO2 배출 ‘08년 대비

70% 감축

IMO MEPC-72

• GHG Zero 배출 전략 계획 책정

• 선박 연료 효율 향상 및

저탄소 대체 연료 도입 촉진

4.8

3.8 2.8

85

교토의정서 규제대상 6대 온실가스

이산화탄소 (CO2)

원인:산림벌채, 에너지 사용, 화석연료(석탄/석유) 연소

메탄 (CH4)

원인:가축 사육, 습지, 논, 음식물 쓰레기, 쓰레기 더미

수소불화탄소 (HFCs)

원인:에어컨 냉매, 스프레이 제품 분사제

과불화탄소 (PFCs)

원인:반도체 세정제

육불화황 (SF6)

원인:전기제품, 변압기 등의 절연체

아산화질소 (N2O)

원인:석탄, 폐기물 소각, 화학비료(질소비료) 사용

[Roadmap for Paris Agreement & IMO Strategy on Reduction of GHG Emissions]

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전체 공급에너지 중 수소에너지 비중은 빠른 증가 추세

2050년에는 전체 에너지원 공급의 약 40%를 차지 할 것으로 전망

- 차량, 발전분야를 중심으로 2030년대 중반이후 전 산업분야 상용화 기술 확보 예상

- (조선해양) 수소의 대량 운송을 위한 액화수소 운송선, 친환경 수소연료선박 상용화 & 수요증가 예상

Ref.) 에너지원별 공급 예상량 (가와사키중공업, ICE25&ICMC, 2014) Ref.) Hydrogen scaling up, A sustainable pathway for the global energy transition, Hydrogen Council, 2017

Start of commercialization Mass market acceptability

수소 에너지 수요 & 활용 증가

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(중앙정부) 정부 3대 전략투자 분야 선정, 수소경제 로드맵 발표 & 친환경 수소선박 개발 법안 발의

산업부, 수소경제 로드맵 발표

- 로드맵 주요 내용 : “세계 최고 수준 수소경제 선도국가로 도약”을 위한 관련 산업 전방위 지원

① 수송, 에너지(전기·열) 등 수소활용 확대로 세계시장 점유율 1위 달성

② Grey 수소에서 Green 수소로 수소생산 패러다임 전환

③ 안정적이고 경제성 있는 수소 저장·운송 체계 확립

④ 수소산업 생태계 조성 및 전주기 안전관리 체계 확립

“환경친화적 수소선박의 개발 및 보급 촉진에 관한 법률안” (최인호 의원 포함 여야의원 16명 공동발의)

- 발의 주요 내용 : 산업부 = 친환경 수소 선박 개발 및 보급을 위한 기본계획 수립 (매 5년마다)

해수부 = 기본계획 추진을 위해 매년 시행 계획을 수립·추진

수소경제로드맵 발표 & 수소선박 개발 법안 발의

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수소 경제 & 에너지 밸류체인 (Energy Value Chain)

수소 경제 : 수소를 주 에너지원으로 활용하기 위한 에너지 밸류체인이 구축된 경제 체제

수소 생산 수소 저장 운송 수소 활용

석유화학

천연가스

재생에너지 파이프라인 가정 건물

수송용

발전

튜브트레일러 탱크로리

해외생산

국가 간 수소 운송의 주 수단 (국내 수소

수요가 공급량을 초과할 경우 해외생산·수입 필요)

수소 에너지 밸류체인 완성을 위해 운송

단계에서 반드시 필요한 전략

CO2 저감을 위한 대안

수소 에너지 밸류체인 완성을 위해 활용

(소비) 단계에서 반드시 필요한 전략

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액화수소운반선 개요

액화수소운반선 : 액화 수소를 대량/장거리 운송하기 위해 필요한 선박. 영하 253도 극저온 수소

환경을 고려한 기술 요소 (진공단열 외) 들이 적용된 시스템 구성

기화되는 액화수소는 재액화하거나 추진연료로 사용(수소연료전지시스템)

화물창 구성 : 액화수소화물창 시스템, 기화가스(BOG) 관리시스템, 액화수소화물 상하역 시스템

(1)액화수소화물창 (3) 액화수소화물 상하역 시스템

• 액화수소 전용 화물창(진공단열) • 기화가스 관리시스템(재액화 등) • 극저온 액화물 상하역 시스템

이중진공탱크

신개념단열재

지지대 재액화설비

펌프타워 초저온 펌프 상하역설비

BOG 관리시스템

(2) BOG 관리 시스템

STORAGE CARGO HANDLING BOG MANAGEMENT

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수소연료선박 개요

수소연료선박 : 수소를 선박 주기관 구동 연료로 사용, 항해하는 선박으로 기존 중유 사용 선박에

비해 대기/해양 오염 물질 배출량을 획기적으로 줄인 선박

수소연료선박은 수소연료전지 생산전력으로 추진 (非내연기관)

추진시스템 구성 : 수소연료 저장·공급시스템, 수소연료전지시스템, 추진·제어시스템으로 구분

(3) 추진·제어시스템 (1)선박용 수소연료 저장 ∙ 공급 시스템

(2) 수소연료전지-ESS 시스템

• Hydrogen (Gas or Liquid)

FUEL

• 수소연료전지시스템

GENERATION

• 전기식 추진 (Electric Propulsion)

PROPULSION

연료탱크 연료공급시스템

ESS (배터리)

연료전지시스템

제어시스템

추진기

전력관리시스템

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Hydrogen Energy Value Chain

수소생산 : 호주 未이용 자원인 갈탄에서 수소를 생산 (J-Power社)

수소액화 : 생산된 수소의 액화 및 저장 (이와타니社)

수소수송 : 액화수소운반선(160,000m3 급)으로 해상 수송 (가와사키중공업 건조, Shell Japan 운영)

수소저장 : 해안지역 액화수소저장기지에 수소저장 (고베 터미널, 1만m3 규모)

수소공급 : 튜브 트레일러, 파이프라인 등으로 일본 내 수요처에 공급 (이와타니社)

Hydrogen Production Storage & Transport Utilization

Nuclear & Renewable

Energy

Brown Coal Natural Gas

Water

`

Transportation

`

Power Generation

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P R O J E C T S h i p T y p e

T a n k T y p e Ta n k c a p a c i t y

KWI Projects

(JAPAN)

Pressure

Built-up Type B independent 160,000 m3 (40,000m3 x 4 unit)

Liquefied Hydrogen Carrier * 출처: ICEC 25 & ICMC 2014

Length Overall : 315m

Boil off Rate : 0.2% / day

Loading quantity: 238,500 t/year

Service speed: 16 knots (30km/h)

Voyage days: 12.6 days/one way

Hydrogen Supply Chain from Australia to Japan (Ref. GRENATEC, 2016)

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국제해사기구 지침은 조선해양산업에 법적 구속력 존재

(2000년) SOx NOx 규제 → (2009년 이후) LNG 추진선박 수요의 폭발적 증가

- 2019년 1월 기준 현재 운항되고 있는 LNG 연료선박 143척, 발주완료 선박 63척

교토의정서 & 파리 협정 (IMO 온실가스 규제) → 수소연료선박 수요량 증가 및 보편 활용 예상

국제해사기구 강제 규정 : 조선해양산업 신 시장 유도

환경문제 발생 환경규제 논의 환경규제 공표 신기술 시장형성 해양사고 혹은 해양환경오염 관련 이슈 발생

해당 환경오염 이슈에 관해 다년간 논의 진행

각종 제안 보고서 검토 후 합의된 규정 강제

법적지침 마련, 규제이행을 위한 신기술 시장 형성

<국제해사기구 (IMO) 환경규제가 조선해양산업에 미친 영향>

규정/규제 년 도

1990 2000 2010 2020 ~

이중선체 규정

환경오염 규제

온실가스 배출 규제

1989

단일선체 유조선 강제퇴출 규정 시행

2005 2010 ~

1997 2016 2020 ~

~ 2000 2004 ~ 2030

알래스카州 21만 톤 유조선 원유 유출

유조선 이중 선체 의무 도입 강제

질소산화물 80% 감축 의무화

배출제한구역 중심의 배출 저감 논의

3.5 → 0.5% 황 함유량 의무화

선박 發 온실가스 저감을 위한 본격적 논의

온실가스로 인한 지구온난화 심화

온실가스 배출량 최소 40% 감축 강제

시장 기여 효과

5천여 척의 유조선

대량 교체수요 발생

약 1,962척의 LNG추진선

건조 전망 (Lloyd 선급)

100조원 규모의

수소연료선박 시장 전망

(일본 경제산업청 예측)

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16

Length overall : 21.3m

Passenger Capacity : 84

Power Plant : PEM fuel cells

Fuel : Compressed Hydrogen

Fuel Tank Cap. : 264 kg

Maximum Speed : 22 knots

* Source: Water-Go-Round, 2018

The first hydrogen fuel cell powered ferry for commercial use in the USA

Demonstration database → Apply large-scale project

P R O J E C T ( Y E A R )

C O U N T R Y F U E L C E L L H Y D R O G E N

S T O R A G E S Y S T E M

Water-Go-Round

( 2019 ~ ) USA

PEM

( 600kW, 2 X 300 kW ) 250 bar Compressed Gas

Hydrogen Propulsion Ship

수소선박 기술 개발 경쟁 심화

환경보호 및 기술시장 확보를 위해 국가 차원 “수소선박 프로젝트” 진행

미국, 독일, 노르웨이, 일본 등 수소기술 선진국 위주로 20여건 이상의 대규모 프로젝트 수행

일부 상용화 수준 연구 진행 중 → 시장 독점

해외 선진기술에 의한 시장 선점 우려

세계 최초 수소연료전지 (수소선박 핵심기술) 에 대한 기본승인 (AIP) 획득 (2018.06, Hyon 社, 100 kW 급 PEMFC, 노르웨이)

* AIP 획득 : 연료전지선박에 대한 기술 검증이 완료, 시장진출 임박

(형식승인 등의 작업 완료)

세계최초 액화수소 벙커링 선박 기본설계 (2019.01, Moss Maritime 社와 DNV-GL 공동 개발)

세계최초 수소-디젤 엔진용 액화수소 저장공급

장치 예비승인 (2018.12, MAN Cryo 社의 DNV-GL

예비승인)

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Shell, British Petroleum社 등 글로벌 에너지기업들은 에너지 생산에서부터 소비지까지의 수송·공급을

Turn-key로 하는 독립적 프로젝트를 운영 → 에너지 공급 관련 막대한 영향력 행사, 경제적 이익 취득

수소시대 대비 수소에너지 밸류체인 선도를 위한 경쟁 돌입

수소경제 프레임 구축 및 에너지 자립을 위한 밸류체인 완성

글로벌 에너지 기업의 에너지 생산·공급 체인 구축

Production - Offshore plant

Liquefaction & Storage - Onshore plant

pipeline

Transportation - LNG Carrier

Regasification & Storage

- Plant / LNG Terminal

Distribution - End User

글로벌 에너지 기업의 LNG Value Chain (Shell社, Qatar Gas Project) 19

해양 수소 에너지 밸류체인 구축 계획

선박, 항만 중심의 해양 수소 에너지 밸류체인 구축

- 수소선박추진단 조직 및 예타사업 추진 : 해양 수소 에너지 밸류체인 구축 및 기술개발 목표

- 수소 수급, 액화 등을 위한 글로벌 에너지 기업 (호주 Woodside社) 과 협력 중

- 수소경제 구축 허브 역할 및 신산업을 육성을 통한 도약

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시장 내 지위

조선업 진출 (1970)

FAST FOLLOWER

세계 1위 조선국 (2000)

FIRST MOVER

100년 조선·해양강국

GAME CHANGER

사용 연료

시장전략

패러다임 주도

• 값싼 노동력을 바탕으로 하는

노동 집약형 산업구조

• 선진기술(일본 등) 의 내재화 및

저가 수주 전략 이용

• 조선·에너지산업, 클린 항만 인프라

가 연계된 융복합기술 기반 산업생

태계 조성

• 체계화된 선박 설계기술 및 대형

건조 도크를 이용한 생산성 향상,

조선 호황기로 양적 성장 달성

• 질적 성장 수준은 미진 (고부가

가치선박 해외기술 의존도 심각)

선진기술 내재화·저가수주 생산성·고부가가치선

2010년

가스연료

1930년

화석연료

2030년~

수소

융복합

조선·기자재 산업 기술

에너지 산업 기술

클린항만 인프라

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