14F 일사에프 - [ENG] 암모니아를 태우는 추진선부터 신개념 돛까지! 탄소 제로를 위한 획기적인 선박 기술 모음 | 오승훈의 테크노트 EP.10 / 14F
기후 변화로 인해 지구 평균 온도가 산업화 이전보다 1.5도 상승할 것으로 예상되며, 이는 지구를 돌이킬 수 없을 정도로 뜨겁게 만들 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 국제해사기구(IMO)는 2050년까지 해양 산업의 온실가스 배출을 '넷 제로'로 줄이기 위한 목표를 설정했습니다. 이를 위해 친환경 연료를 사용하는 선박과 탄소 배출을 줄이는 기술들이 개발되고 있습니다. 암모니아 가스 터빈을 사용한 전기 추진 시스템은 화석 연료 없이도 선박을 운항할 수 있게 하며, 로터 세일과 공기 윤활 시스템은 연료 소비를 줄여 탄소 배출을 감소시킵니다. 또한, 아민을 사용한 탄소 포집 및 저장 기술도 연구되고 있으며, 이러한 기술들은 해양에서의 탄소 중립을 달성하기 위한 중요한 단계로 여겨집니다.
Key Points:
- 지구 평균 온도 1.5도 상승은 돌이킬 수 없는 기후 변화를 초래할 수 있음.
- IMO는 2050년까지 해양 산업의 온실가스 배출을 '넷 제로'로 줄이는 목표를 설정함.
- 암모니아 가스 터빈은 화석 연료 없이 선박 운항을 가능하게 함.
- 로터 세일과 공기 윤활 시스템은 연료 소비를 줄여 탄소 배출 감소에 기여함.
- 아민을 사용한 탄소 포집 및 저장 기술은 해양에서의 탄소 중립 달성에 중요한 역할을 함.
Details:
1. 🌧️ 기후 변화의 현실
- 최근 몇 년간 기록적인 강우량과 폭염이 전 세계적으로 발생하고 있습니다.
- 예를 들어, 2021년 유럽에서는 100년 만의 최악의 홍수가 발생하여 수백 명이 사망하고 수천 명이 집을 잃었습니다.
- 기후 변화는 우리의 일상 생활에서 느낄 수 있을 정도로 명확해졌으며, 이러한 극단적인 기상 현상은 기후 변화의 직접적인 결과로 여겨지고 있습니다.
- 기후 변화로 인해 전 세계적으로 평균 기온이 상승하고 있으며, 이는 폭염의 빈도와 강도를 증가시키고 있습니다.
2. 🌡️ 1.5도 임계점의 의미
- 1.5도는 지구 온난화의 임계점으로 간주됨
- 이 임계점을 넘으면 기후 변화의 심각한 영향이 가속화될 수 있음
- 1.5도 목표는 파리 협정에서 설정된 주요 목표 중 하나임
- 기온 상승을 1.5도 이하로 제한하는 것은 해수면 상승, 극단적 기후 현상 등의 위험을 줄이는 데 중요함
3. 🏭 산업화와 온실가스 배출의 영향
- 산업화와 화석 연료 배출로 인해 1.5도 상승 기준이 설정됨
- 19세기 후반부터 온실가스 배출 증가 시작
- 산업화 이후 온실가스 배출이 기후 변화에 미치는 영향이 심각해짐
- 1.5도 상승 기준은 기후 변화의 위험을 줄이기 위한 국제적 목표로 설정됨
- 화석 연료 사용 증가로 인해 대기 중 이산화탄소 농도가 급격히 상승
- 온실가스 배출은 주로 에너지 생산, 산업 활동, 교통 수단에서 발생
4. 🔥 지구 온난화의 경고와 대응 노력
4.1. 지구 온난화의 경고
4.2. 대응 노력과 희망
5. 🚢 해양의 온실가스 배출과 해결책
- 지구의 70%를 차지하는 해양은 높은 열용량과 밀도를 가지고 있으며, 막대한 양의 열을 포함하고 있다.
- 해양은 상당한 양의 온실가스를 배출하고 있다.
- 해양의 온실가스 배출은 주로 해양 생물의 호흡과 해양의 화학적 반응에서 비롯된다.
- 이 문제를 해결하기 위해 해양 보호 구역 설정과 해양 생태계 복원 프로젝트가 제안되고 있다.
- 예를 들어, 해양 보호 구역은 생물 다양성을 유지하고 해양 생물의 자연적 탄소 흡수를 촉진할 수 있다.
6. ⚓ 국제해사기구의 '넷 제로' 목표
- 세계 무역의 90% 이상이 해상을 통해 운송됨
- 해상 운송은 매년 10억 톤의 이산화탄소를 배출함
- 국제해사기구(IMO)는 2050년까지 온실가스 배출을 줄이는 것을 목표로 함
- IMO는 해양 산업을 위한 '넷 제로' 온실가스 배출 목표를 설정함
- '넷 제로' 목표 달성을 위한 정책을 시행함
- 해상을 항해하는 선박은 이제 탄소 저감 기술을 채택해야 함
- IMO는 선박의 에너지 효율을 높이기 위한 구체적인 기술 및 운영 조치를 권장함
- 예를 들어, 선박의 연료 전환, 에너지 절약 장치 설치, 최적의 항로 계획 등이 포함됨
7. 🔋 친환경 연료와 화석 연료의 대안
- 해양 탈탄소화 솔루션은 해양의 미래를 보존하는 유일한 열쇠입니다.
- 탄소 배출이 없는 바다를 위한 첫 번째 필수 요소는 친환경 연료를 사용하는 선박입니다.
- 현재까지 디젤 엔진과 가스터빈이 표준이었으며, 이는 화석 연료 기반으로 탄소 배출과 기타 오염 물질을 필연적으로 배출합니다.
- 친환경 연료로는 수소, 암모니아, 바이오연료 등이 있으며, 이들은 탄소 배출을 크게 줄일 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.
- 해양 산업에서의 화석 연료 사용은 연간 수백만 톤의 탄소를 배출하며, 이는 지구 온난화와 해양 생태계 파괴의 주요 원인 중 하나입니다.
8. 💨 암모니아 가스 터빈의 혁신과 배경
- 암모니아는 연소 시 이산화탄소를 배출하지 않음
- 암모니아는 질소와 수소로 구성되어 있으며, 쉽게 인화되지 않음
- 암모니아를 효과적으로 연소시키기 위해 파일럿 오일 사용 필요
- 파일럿 오일은 화석 연료로, 연소 시 탄소 배출 발생
- 탄소 배출 없는 암모니아 가스 터빈은 파일럿 오일 없이 작동 가능
- 암모니아 자체가 연료로 사용 가능하며 추가 처리 불필요
- 한화오션은 LNG 운반선에 이러한 기술을 구현
- 이 선박들은 암모니아 가스 터빈 기반 전기 추진 시스템을 사용
9. ⛵ 로터 세일의 재발견
- 로터 세일은 화석 연료 없이 선박을 추진할 수 있는 혁신적인 기술로, '넷 제로' 시대의 주요 대안으로 인정받고 있습니다. 이 기술은 2025년까지 완전 개발될 예정이며, 제로 배출 가스 운반선으로 알려져 있습니다.
- 주요 과제는 친환경 추진 시스템 개발입니다. 선박은 일반적으로 20~30년 동안 운영되므로 기존 선박의 탄소를 줄이기 위한 즉각적인 해결책이 필요합니다. 이를 위해 탄소 배출을 점진적으로 줄이기 위한 기술이 활발히 개발 중입니다.
- 로터 세일의 원통형 구조는 실제로 돛 역할을 하며, 전통적인 돛은 바람의 힘을 이용하여 선박을 추진합니다.
10. 🌬️ 바람을 이용한 선박 추진 기술
- 한화오션이 개발한 로터 세일은 25-35미터 높이로, 12층 건물과 비슷한 높이의 거대한 원통형 구조물이다.
- 로터 세일은 주로 고정된 내부 타워와 외부 원통형 로터로 구성되어 있으며, 원통의 직경이 클수록 더 큰 양력이 발생한다.
- 로터 세일의 원리는 마그누스 효과를 이용하여, 회전하는 원통이 바람의 압력 차이를 활용해 추진력을 생성한다.
- 로터 세일을 선박에 설치하면 연료 소비를 약 6~8% 줄일 수 있다.
- 한국은 세계 최초로 로터 세일 시연 센터를 건설 중이며, 이는 탄소 배출 감소를 위한 중요한 기술로 주목받고 있다.
11. 💧 공기 윤활 시스템의 원리
- 공기 윤활 시스템은 선박의 마찰 저항을 줄이기 위해 공기를 사용하는 시스템입니다.
- 선박의 하부에서 선체와 해수 사이에 공기를 방출하여 공기층을 형성함으로써 저항을 감소시킵니다.
- 선박이 전진할 때 물의 저항을 극복해야 하며, 이는 물과 선박 표면 사이에 마찰을 발생시킵니다.
- 공기 윤활 기술은 선박 표면 아래에 지속적으로 거품을 생성하여 선체의 잠긴 부분에 거품을 퍼뜨립니다.
- 이 거품은 효과적으로 매끄러운 층을 형성하여 선박의 거친 표면과 해수 사이의 직접 접촉 면적을 크게 줄입니다.
- 이로 인해 전진하는 선체에 대한 해수의 항력이 감소합니다.
12. 🧪 탄소 포집 및 저장 기술
- 탄소 포집 및 저장 기술은 선박 건조업체들 사이에서 주목받고 있으며, '아민'이라는 화합물을 사용하여 이산화탄소를 포집하고 저장하는 방법이다.
- 아민은 질소를 포함한 유기 화합물로, 액체 상태에서 이산화탄소와 결합할 수 있는 특성을 가지고 있다.
- 이 기술은 배출 가스를 아민이 이산화탄소를 흡수할 수 있는 온도로 냉각하여 포집하는 방식이다.
- 배출된 배기가스는 냉각탑을 통해 실온에 가까운 온도로 조절된 후 흡수 장치로 이동한다.
- 흡수 장치에서 아민이 이산화탄소를 포집한 후, 고갈된 배기가스는 대기로 방출된다.
- 포집된 이산화탄소는 아민을 가열하여 분리되며, 아민은 재활용되어 추가적인 이산화탄소를 포집한다.
- 분리된 이산화탄소는 압축 및 액화되어 저장되거나 사용을 위해 운송된다.
- 이 기술은 탄소 배출을 줄이고 환경 보호에 기여할 수 있는 잠재력을 가지고 있다.
13. 🔬 해양 친환경 기술의 미래
- 탄소 포집 장치는 공장과 같은 육상 시설에서 널리 사용되고 있으나, 선박에 적용하기 위해서는 장비와 포집된 이산화탄소를 저장할 공간이 필요하다.
- 이러한 요소들은 선박의 초기 설계 단계에서 고려되어야 하며, 이는 선박의 전체 중량을 증가시킨다.
- 포집된 탄소의 친환경적이고 비용 효율적인 처분에 대한 문제도 존재하며, 이를 해결하기 위한 연구가 진행 중이다.
- 가까운 미래에 이러한 기술들이 해상에서 일반화될 것으로 예상된다.
- 다양한 해양 친환경 기술들이 현재 개발 및 개선되고 있으며, 이러한 혁신은 지구를 보호하면서 해양을 항해하는 것을 목표로 한다.
- 탄소 배출을 줄이기 위한 차세대 기술을 개발함으로써 궁극적으로 100% 탄소 배출 없는 선박을 만드는 것이 목표이다.
- 이러한 노력은 이 아름다운 푸른 행성을 보존하기 위한 일환으로, 이 목표에 헌신하는 수많은 연구자들에 의해 지원되고 있으며, 과학 커뮤니티에서 계속해서 추진력을 얻고 있다.