저유황 시대의 선박용 연료

유황 배출 없는 항해

2020년 이후 산업계의 저유황 시대가 찾아오게 됩니다.

유황은 모든 화석 연료에 존재하는 자연 발생적인 원소입니다. 유황은 생명에 필수적이지만 대기 중에 황산화물의 형태로 존재하는 고농도의 유황은 인체와 자연에 심각한 문제를 초래할 수 있습니다.

지금까지 해운 산업은 황산화물의 배출이 가장 큰 분야 중 하나로서 2007년 선박의 황산화물 배출은 1천 500만 톤으로서 이는 전 세계 배출 총량의 약 5-8%에 해당하였습니다. 하지만 이러한 상황은 빠르게 변하고 있습니다.

IMO는MARPOL 73/78 (the 1978년 의정서로 수정된 1973년 해양오염방지협약)을 통해 선박이 환경에 미치는 영향을 규제하기 시작했습니다.

이후 2005년, 협약 부속서 VI이 발효되어 처음으로 선박의 배기가스 내 황산화물과 질소산화물의 함량을 제한하게 되었습니다. 황산화물에 대한 첫 번째 글로벌 한도는 연료유 내 4.50%m/m로 결정되었습니다. 또한 부속서 VI은 배출제한구역(ECA)을 설정하는데 이는 몇몇 인구 밀집 지역 주변에 있는 작은 수의 제한 구역으로서 이들 구역 내에선 유황 한도가 훨씬 낮게 설정됩니다.

2012년 글로벌 한도는 3.50%m/m으로 낮아졌습니다. 이후 2015년 ECA 구역 한도는 0.1%로 낮아졌습니다. 2020년 ECA 한도는 유지되었지만 글로벌 한도는 0.50%로 낮아졌습니다.

해운과 정제 산업이 이러한 변화를 준비하는 데 시간이 더 필요하다는 일부 우려에도 불구하고 IMO는 최근0.50% 한도 적용을 연기하지 않을 것이며 모든 선박이 2020년 1월 1일부터 해당 규정을 준수해야 하며 그렇지 않을 경우 항해 부적합으로 결정되는 등 엄격한 패널티 적용이 확정되었습니다.

저유황 시대의 연료

과거 10년 간의 변화가 전 세계에서 사용되고 있는 다양한 연료에 이미 영향을 미치고 있지만 대부분의 선단은 여전히 중유에 의존하고 있습니다.

하지만 현재의 유황 함량을 85%까지 낮추도록 하는 새로운 규정은 산업계가 이제까지 경험한 것보다 훨씬 더 중대한 변화를 촉발할 것입니다. 연료 매개변수와 관련 취급 요건에 대한 최신 정보가 없는 운영사들은 엄청난 비용이 발생하는 등의 문제를 겪게 됩니다.

최근 로이드 리스트 비즈니스 브리핑에서 패널들은 정제사들 간에 조율된 노력이 없더라도 산업계가 다중 연료의 미래로 향하고 있다고 언급했습니다.

더 나아가 우리는 2020년 이후 연료가 5개 주요 카테고리로 구분될 것으로 예상할 수 있습니다.

• 초저유황연료유(ULSFO), 최대 0.10%
• 저유황연료유(VLSFO), 최대 0.50%
• 중유, 최대 3.50%
• LNG(액체 천연 가스)
• 기타

ULSFO 0.10% S

0.10% ECA 요건을 충족하기 위해서 시장에 출시된 일련의 새로운 연료유들이 계속 사용될 것입니다. 이러한 유형의 연료는 단순 증류유입니다. 하지만 이들은 가스 오일과 잔류유를 혼합한 하이브리드일 수도 있습니다. 일반적으로 이들 연료유는 표준 엔진 구성에서 효과적이지만 사용 조건을 변경해야 할 수도 있습니다. 예를 들면 증류유는 상대적으로 점도가 낮기 때문에 신중한 관리가 필요합니다. 또한 새로운 하이브리드 연료의 일부는 전통적으로 선박용으로 사용되지 않는 제품을 사용하면서 안정성, 적합성 및 오염이라는 점에서 불확실성이 있을 수 있습니다. 이들 연료에 대한 잠재적으로 높은 수요 때문에 해양 부문은 다른 산업과 경쟁해야 할 수도 있으며 그런 만큼 이러한 연료는 값비싼 선택이 될 것입니다.

ULSFO 0.50% S

정제사는 항상 선제적으로 자체의 잔류유를 사용할 필요가 있습니다. 적절한 잔류유 제품과 저유황 증류유를 혼합해서 규제에 부합하는 양질의 연료를 생산할 수 있습니다. 이러한 혼합유는 최대 40%의 잔류유를 포함하면서도 0.50% 유황 한도를 초과하지 않을 수 있습니다. 하지만 이러한 연료는 불안정성이 높을 수 있으며 선상에서 다른 연료와의 혼합 작업에 과도하게 민감하게 반응할 수 있습니다.

중연료유(HFO)(저감장치 사용)

비록 IMO 규제가 연료에 포함된 유황 수준을 명시하고 있지만 선박은 배기가스에서 유황을 "제거(scrub)"하는 저감장치를 갖추고 있을 경우 규제를 준수하는 것으로 간주될 수 있습니다. 이미 사용 중인 저감장치는 연료 내 높은 유황 농도를 처리할 수 있는 것으로 입증된 것이어야 합니다. 이를 통해서 운영사들은 이미 잘 알고 있는 저렴하고 풍부한 잔류유를 계속 사용할 수 있습니다. 모든 선박에 적합하지는 않지만 이는 많은 경우 매력적인 선택이 될 것입니다.

LNG

LNG의 유황 함유량은 규제 한도를 훨씬 밑돌고 그 완전 연소 특성 때문에 매력적인 선택이 될 수 있습니다. 실무적으로는 수리, 제작, 수송 및 저장(육상 및 선상 모두)의 비용 때문에 대부분의 운영사들에게 이는 현실적인 선택이 될 수 없습니다. LNG는 대부분 강력한 온실가스인 메탄이기 때문에 그 유출은 심각한 환경 문제가 될 수 있습니다. 그리고 LNG를 연소하는 것은 많은 사람들이 생각하는 것 이상으로 많은 이산화탄소를 배출합니다. 현재 겨우 약 200척의 LNG 선박이 운행 또는 발주 상태에 있습니다. 이 수치는 신규 건조로 지속적으로 증가할 것이며 ExxonMobil은 2040년에 사용되는 연료의 12%가 가스가 될 것이라고 예측하고 있습니다. 달리 말하면 LNG는 미래에 주 선박용 연료가 될 것이지만 그러한 미래는 몇 십년 후가 될 것입니다.

기타

일련의 다른 연료 유형도 혼합에 사용되고 있습니다. 여기에는 폐플라스틱에서 추출한 지방산 메틸에스테르(FAME)로 알려진 바이오연료, 메탄올 그리고 아직 시장에 출시되지 않는 새로운 유형의 연료가 포함됩니다. 이들 연료의 일부는 미생물 성장의 위험이 높은 경우와 같이 선박용으로서 문제가 될 만한 특성을 갖고 있습니다. 그럼에도 불구하고 바이오디젤은 유황이 없기 때문에 상대적으로 높은 윤활성을 갖고 있습니다. 이러한 유형의 연료는 너무 비싸서 그 자체로는 매력적인 선택이 될 수 없지만 다른 연료와 혼합해서 유황 함량을 낮추는 데 유용할 수 있습니다.

해운의 과제

0.50% 한도의 시대에 앞서 언급한 바와 같이 자연스러운 전환은 없으며 시작부터 규정을 엄격하게 준수해야 합니다. 그런 의미에서 초기의 가장 큰 과제는 해상에 있기보다 공급망에 있는데 이 공급망에서 벙커 바지선을 세척 및 준비하고 탱크에 규정에 부합하는 연료를 주입해야 하기 때문입니다.

그럼에도 불구하고 선주들에게 저유황 연료 수급이 큰 문제가 될 것으로 예상되지는 않습니다. 진정 난감한 문제는 가용할 수 있는 연료의 유형이 다양하며 그 사용 방법을 개별적으로 이해하고 다른 연료와 혼합해야 한다는 점입니다. 로이드 선급의 연료 전문가인 Tim Wilson은 다음과 같이 설명합니다.

선주는 연료 관리를 명확하게 규정해서 벙커유를 전환할 때마다 직면하게 될 연료 조합의 엄청난 다양성과 범위를 고려하는 식으로 대비하지 않을 경우의 위험을 깨달을 필요가 있습니다. 선상에서 운영상의 엄청난 난관에 봉착할 수 있는 것이죠.

불안정성

연료는 시간에 따라 질적 특성을 유지하는 경향이 있을 경우 안정적인 것으로 간주됩니다. 불안정한 연료는 단기에 화학적 변화를 겪기 때문에 운영상의 심각한 문제를 초래할 수 있습니다.

불안정한 증류유에서 불포화 탄화수소는 산화되면서 수지, 검 및 바니시를 생성합니다.

불안정한 잔류유의 경우 아스팔텐 및 기타, 방향성, 극성 탄화수소 분자가 결합하면서 저장 탱크에서 걸죽한 슬러지 형태로 남게됩니다. 이들 슬러지는 끈적거리고 점성이 매우 높습니다.

불안정한 연료를 사용하는 선박에선 필터, 분리기 및 배관이 막힐 수 있습니다. 연료 펌프에 과부하가 걸리면 점화와 연소 문제가 발생하고 피스톤, 피스톤 링 그리고 실린더 라이너가 영구적으로 손상될 수 있습니다. 극단적인 경우 주 엔진과 보조 엔진이 정지되면서 선박에 그리고 승무원에게 심각한 위험이 초래될 수 있습니다.

비호환성

하나 또는 그 이상의 연료가 그 자체로는 안정적이더라도 그들을 혼합할 경우 불안정해질 수 있습니다. 이를 비호환성이라고 합니다.

예를 들어 HFO와 VLSFO를 혼합하면 불안정한 연료가 생성될 수 있습니다. 마찬가지로 ULSFO는 HFO, VLSFO 그리고 심지어 ULSFO와도 호환성 문제를 야기할 수 있습니다. 2020년께 전례 없는 수준의 다양한 연료들이 시장에 출시됨에 따라 비호환성이 산업계에서 더 광범위하며 복잡한 문제가 될 것으로 예상됩니다.

연료 테스트와 탱크 세척의 중요성

배출제한구역 생성 이후 우리가 겪고 있는 안정성 및 호환성 문제가 2020년부터 더 광범위해질 것으로 예상되는데 그것은 공급자들이 벙커에 보유하고 있는 기존의 재고를 사용하기 위해서 혼합유를 생성하거나 선박들이 잔여 연료가 있는 탱크에 새로운 연료를 적재하게 되기 때문입니다.

새로운 연료의 안정성 시험이 절대적으로 필요합니다. 이를 위해서 ISO WG6 (ISO 8217) 그리고 CIMAC WG7이 안정성과 호환성 문제를 파악하는 방법에 대해서 현재 연구하고 있습니다. 정제소와 실험실 간의 협력 또한 새로운 제품을 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다.

또한 운영자는 선상에서 다양한 연료들이 서로 분리되고 탱크와 연료 처리 라인이 서로 독립적으로 사용될 수 있도록 설계함으로써 폐색의 위험을 완화해야 합니다. 연료 혼합이 불가피한 경우 먼저 호환성 테스트를 수행해야 합니다. 간단한 선상 테스트가 가능하지만 심도 있는 실험실 테스트를 통해서 더 높은 수준의 안전 보장이 가능하게 됩니다.

모범실무로서 탱크를 정기적으로 세척해서 해상에서 슬러지 형성의 가능성을 낮춰야 합니다. 마찬가지로 승무원은 한 연료에서 다른 연료로 전환 할 때 비호환성의 징조에 특히 주의해야 합니다.

기타 고려 사항

선박용 연료의 새로운 혼합은 연료 취급 및 조절의 다른 측면에서 복잡성을 증가시킬 것입니다. 간단히 말해서 다음과 같은 몇 가지 과제가 있습니다.

• 온도 - 연료에 따라 점도와 인화점이 다릅니다. 따라서 작동 온도는 펌프 및 기타 장비에 열 충격을 주지 않고 일관된 연료 흐름을 보장하며 화재의 위험이 방지될 수 있도록 신중하게 관리되어야 합니다.
• 윤활성 - 승무원은 각 연료의 윤활성이 어느 정도인지 알고 있어야 하며 엔진을 보호하기 위해 필요한 조정을 해야 합니다.
• 캣파인 - 연료에서 유황을 분리하려면 촉매가 필요한데 이는 작고 단단한 입자를 남기고 이것이 연료에서 효과적으로 분리되지 않을 경우 엔진과 다른 설비를 손상시킬 수 있습니다. 또한 저유황 연료의 경우 캣파인 수준이 높아질 수 있습니다.
• 수질 오염 - 일부 연료 유형은 다른 것보다 친수성이 높고 이로 인해 연비가 낮아지고 물이 효과적으로 제거되지 않을 경우 엔진 및 기타 구성 요소가 부식 될 수 있습니다.
• 미생물 오염 - 특히 바이오 연료는 미생물이 증식하는 경향이 있어 폐색과 부식을 일으킬 수 있습니다.

선행 학습

해양 산업이 너무나 빨리 변하기 때문에 그리고 2020년 이후 연료 상황의 많은 부분이 불확실한 채로 남아 있을 것이기 때문에 새로운 시대로 전환할 때 적극적으로 대처하는 것이 중요합니다.

지식과 인식이 성공의 열쇠가 될 것이며 그런 만큼 지식을 공유하고 전문가의 의견을 구하며 대화에 참여하는 것은 모든 이해관계자들에 달려 있습니다. 알파라발 연료 라인 사이트 및 다른 사이트들은 정보를 제공하며 대화의 장을 열고 있습니다. 선박 소유자 및 운영자, 야드, 보험사, 정유사, 장비 및 엔진 제작자 및 공급 업체 등이 하나의 산업계로서 협력하는 것은 앞으로 미지의 영역을 안전하게 탐구할 수 있는 최선의 방법입니다.