선박기인 온실가스 저감을 위한 에너지효율 운항지표에 관한 연구

Abstract

대기환경에 따른 환경오염은 특정나라에 국한되어 있는 문제가 아닌 전 인류, 전 세계가 공동으로 대처해야 해결할 수 있는 문제임을 인식하고 1992년 리우에서 개최된 유엔환경개발회의(UN Conference on Environment and Development)를 계기로 유엔기후변화협약(UN Framework Convention on Climate Change: UNFCCC)이 채택되었고 이를 기초로 하여 진행되어온 국제적 온실가스 감축 노력은 1997년 12월 교토의정서(Kyoto Protocol)를 채택함으로서 구체적인 온실가스 감축 목표를 설정하는 성과를 이루게 되었다. 이에 맞추어 국제해사기구(IMO)는 선박기인 대기오염방지협약의 논의를 시작한 1997년에 선박으로부터 배출되는 대표적인 온실가스인 이산화탄소(이하 CO2)에 대한 결의안을 채택하였다.

이 결의안을 바탕으로 선박에서의 CO2 배출에 대해 IMO에서는 ①에너지효율설계지수(Energy Efficiency Design Index:EEDI), ②에너지효율운항지표(Energy Efficiency Operational Indicator:EEOI), ③선박의 CO2 배출저감을 위한 운항방법(Ship Energy Management Plan:SEMP), ④시장제도 도입, ⑤기후변화 관련 국제규정의 적용대상 선박 지정 등의 다양한 협의가 진행 중에 있다.

그러나 위의 항목 중에서 EEDI와 이를 위한 CO2 배출 베이스라인 조사를 제외하면 그 외 항목에 대한 연구 활동은 미비한 편이다. EEDI와 더불어 운항선에 적용해야하는 EEOI도 충분한 검토와 연구가 필요함에도 아직은 그러한 활동이 눈에 띠지 않는다는 것이다. 이것은 IMO내에서 뿐만 아니라 선박내연기관을 연구하는 기관에서도 마찬가지로 관심이 적은 편이다. 일부 정부기관과 학계를 중심으로 EEDI에 대한 분석과 CO2 베이스라인 조사활동이 이루어지고는 있지만 EEOI에 대해선 산정지표만 명시하고 있을 뿐 여기에 대한 검증작업은 거의 이루어지지 않고 있다. 본 논문은 이러한 EEOI 문제에 대해 주목을 하고 규정이나 규제측면이 아닌 공학적이고 효율적인 측면에서 어떠한 접근이 필요한 것인가? 또한 선박에서 근무했던 엔지니어로써 운항선에 어떠한 산정식을 이용해야 제일 합리적인가? 하는 부분에 대해 고민하게 되었다.

우리가 선박에서의 CO2 발생량을 단순히 연료소모량으로 환산하여 표시한다면 현재의 EEOI 논의 자체는 큰 의미가 없을 것이다. EEOI를 도입한 것은 육상에서 단순히 연료소모량에 의해서 CO2를 계산하던 방법에서 벗어나 운항하고 있는 선박이란 특성-화물의 운송적인 부분이 되었든, 엔진의 효율적인 부분을 고려했든-을 반영하여 그에 대한 연료소모량으로 CO2 발생량을 표현한 부분이라 할 수 있겠다. 즉 연료소비율 개념을 도입한 것이다.

그래서 기존의 EEOI 산정식을 실제 운항선박의 Data를 활용하여 CO2 배출률을 구하여 보니 다음과 같은 특징이 발견하게 되었는데 첫 번째로는 화물이 없는 구간의 항해에 따른 연료소모량도 포함되므로 실제 화물을 운송할 때 발생하는 CO2 발생률보다 당연히 더 많은 CO2 발생률을 보여주므로 결과가 충분히 왜곡될 수 있고 이것은 EEOI의 신뢰성에도 문제가 생길 수 있다. 두 번째로는 같은 선박이 거의 비슷한 화물과 거리를 운항하더라고 CO2 발생률이 차이가 나는 부분이 발생하는데 이것은 CO2 발생률이 화물의 영향뿐만 아니라 다른 다양한 요인에 영향을 받음을 알 수 있다. 지금의 EEOI가 운항중인 선박의 CO2 발생률에 대한 Indicator가 되기 위해서는 선박에 계속적으로 화물이 있고 그것을 운송하기 위해 엔진이 일을 함으로써 그에 필요한 연료가 소모 돼야 하는 것이다. 그러나 대부분 상선은 한 항차의 화물 운송기간 동안 Laden(Loaded) 항해구간과 정박구간에서는 화물이 있는 상태이고 한 항차 기간의 약 반 정도를 차지하는 Ballast (Unloaded) 항해구간에서는 화물대신 Ballast Water를 채워서 운항하고 있다. 화물량을 분모로 하는 EEOI에서 화물 없이 운항되는 기간이 한 항차에 약 반 정도가 된다면 운항하는 선박에 표준적으로 공정하게 적용되어야하는 이 Indicator에 대한 신뢰성은 감소될 수밖에 없을 것이다. 또한 한 항차 중 정박기간에는 주기관이 정지되어 연료소모량이 없지만 여전히 발전기, 보일러 등은 운전함으로 계속적으로 연료가 소모된다. 그러나 운항하지 않는 관계로 D(거리)가 0으로 되어 이 또한 분모값으로써 역할을 하지 못하게 된다. 이외에도 선박 운항에 중요한 역할을 하는 Ballast, 청수, 연료유, 윤활유등의 적재량에 따른 톤수 변화, 그리고 선박상태, 기상여건 등이 화물량과 상관없이 연료소모량에 영향을 미친다.

이에 본 논문은 기존 EEOI 분모의 화물량을 나타내는 Mcargo 대신에 엔진의 부하를 나타내는 kW를 이용하는 새로운 EEOI 제안하는데 이는 실제 다양한 화물을 싣고 또한 다양한 환경에서 운항하고 있는 선박에서의 CO2 발생량을 구하기 위해서는 화물 당 연료소모량을 통한 산정식보다는 기관 부하, 즉 kW당 연료소모량을 통한 CO2 발생률 산정식이 좀 더 운항하고 있는 선박의 특성을 반영할 수 있기 때문이며, 실제 운항선박 Data에 이용해 CO2 발생률을 구해보면 첫 번째 같은 선박에서 두 항차가 서로 운항한 거리가 다름에도 불구 거의 비슷한 CO2 배츌률을 보이는데 이것은 항차 간 운항 상태가 거의 비슷함을 짐작할 수 있고, 두 번째는 두 항차의 거리가 똑같아 정기선 개념으로 볼 수 있는데 CO2 배출률은 차이가 많이 난다. 이것은 항차 간 운항 상태가 상이했음을 짐작할 수 있다. 이처럼 화물량 대신 kW를 도입함으로써 다양한 부하변동에 대한 연료소비율을 CO2 배출률로 환산하여 표현할 수 있을 것이다.

하지만 더 중요한 것은 이를 통해 확인된 운항선의 CO2 배출률을 활용하는 방안일 것이다. 그래서 새롭게 제시된 EEOI를 각각의 선박에 대한 에너지 효율을 나타내는 도구로써 인식하고 여기서 나오는 결과를 가지고 공통된 기반위에서 관리될 수 있도록 하는 방안으로써 가칭 Ship Greenhouse Gas Trading & Consulting Center(SGTCC) 설립을 제안하고 이 Center의 운용과 활용방안에 대한 내용을 설명하였다.