2026년 해상에서의 선박 탑재 탄소 포집 기술 현황

[이매진]

2026년 해상에서의 선박 탑재 탄소 포집 기술 현황

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The State of Onboard Carbon Capture At Sea in 2026

사진: 에릭 게바르트 / Shutterstock 제공

해운업은 언제나 실용적인 산업이었습니다. 문제가 발생할 때마다, 비록 그 과정이 순탄치 않더라도 실행 가능한 해결책을 찾아냈습니다. 탈탄소화 역시 예외는 아닙니다.

폴 모건(gCaptain) – 저탄소 연료는 분명히 등장했지만, 2030년대까지 전체 선단을 대체할 만큼 충분히 빠르거나 저렴하지는 않습니다. 선박 내 탄소 포집 및 저장(OCCS) 기술은 단기적으로 가장 유력한 대안 중 하나로 떠오르고 있으며, 국제해운회의소(ICS)의 의뢰로 로이드 레지스터 어드바이저리(Lloyd's Register Advisory)가 발표한 획기적인 보고서는 이 기술의 현재 상황에 대한 가장 포괄적인 독립적 평가를 제시합니다.

결론은 대체로 고무적이지만, 몇 가지 신중한 고려 사항이 있습니다. OCCS(유기 탄소 포집 및 저장)는 실현 가능하며, 다양한 선박 유형에서 해상 시험을 통해 이미 입증되었습니다. 가장 완성도 높은 시스템으로는 70~95%의 포집률을 달성할 수 있습니다. 그러나 대규모 상업적 도입을 위해서는 서로 연관된 세 가지 문제를 해결해야 합니다. 기존 선박 설계와의 통합, 포집된 탄소를 수용할 항만 인프라 구축, 그리고 운영자의 노력을 실질적으로 인정하고 보상하는 규제 체계 마련이 그것입니다.

엔진을 떠난 배기가스를 처리하는 연소 후 시스템이 현재 시장을 주도하고 있습니다. 그중에서도 아민 화학 흡수 방식이 가장 발전된 형태입니다. 배기가스는 액체 아민 용매를 통과하면서 선택적으로 CO2를 흡수합니다. 용매는 열을 이용하여 재생되며, 이때 농축된 CO2가 방출됩니다. 이 CO2는 압축, 건조, 액화 과정을 거쳐 C형 압력 탱크에 저장됩니다. 이 공정은 구성 및 폐열 회수 방식에 따라 연료 소비량이 약 9~30% 감소합니다. 기술 준비 수준(TRL)은 7~8단계로, 실제 시험 가동이 완료되었고 상용 하드웨어가 개발되었음을 의미합니다.

칼슘 루핑은 기존 방식과는 다른 화학적 반응을 이용합니다. 산화칼슘이 배기가스 속 이산화탄소와 반응하여 고체 탄산칼슘을 생성하고, 이를 선박에 안정적이고 무독성 형태로 저장한 후 항구에서 기존 장비를 사용하여 하역합니다. 이 물질은 시멘트 및 건설 산업에서 원자재로 활용될 가능성이 있어 순환 경제에 직접적인 연결 고리를 제공합니다. 탄산칼슘은 이산화탄소에 비해 2.27배나 많은 질량을 차지하지만, 극저온 저장이 전혀 필요하지 않습니다. 이 기술은 기술준비수준(TRL) 6~7단계에 있으며, 선박 시범 운영에서 성공적인 결과를 얻었습니다.

선택적 고분자 멤브레인을 사용하여 배기가스에서 CO2를 분리하는 막 분리 방식은 소형화되고 화학 물질 취급이 필요 없습니다. 포집률은 60~85% 범위로 다소 낮습니다. 극저온 분리 방식은 매우 높은 순도의 제품을 얻을 수 있지만 상당한 전력이 필요하므로 증발 가스에서 발생하는 냉기를 재활용할 수 있는 LNG 운반선에 가장 적합합니다. 연소 전 열촉매 분해(TCD) 방식은 연소 전에 LNG에서 메탄을 수소와 고체 탄소로 분해하여 CO2 생성을 완전히 방지합니다. 이 방식은 주로 LNG 운반선 및 가스 연료 선박에 적용됩니다.

그렇다면 누가 이 분야를 주도하고 있을까요? 아마도 가장 잘 알려진 이름은 바르질라(Wärtsilä)일 것입니다. 이 핀란드 엔지니어링 그룹은 2019년부터 해양 탄소 포집 기술을 개발해 왔으며, 아민 기반 시스템은 2025년 솔뱅(Solvang) LPG 운반선에 처음 설치되어 기술준비수준(TRL) 8단계에 도달했습니다. 이 시스템은 해당 선박의 이산화탄소 배출량의 약 70%를 포집하도록 설계되었습니다. 중국 조선소(China State Shipbuilding Corporation)가 개발한 CSSC 711은 에버그린(Evergreen) 컨테이너선과 82,500톤급 벌크선에 설치된 후 로테르담에서 첫 해외 하역 작업을 완료하며 가장 광범위한 상업적 적용 가능성을 입증했습니다.

Value Maritime은 Berge Bulk, Eastern Pacific Shipping, MOL 등 여러 선박에 설치 서비스를 제공하고 있습니다. 런던에 본사를 둔 칼슘 루핑 스타트업인 Seabound는 Heidelberg Materials와 협력하여 UBC Cork 시멘트 운반선에 최초의 대규모 상업용 설치 프로젝트를 완료했으며, 포집된 탄산칼슘은 시멘트 생산에 직접 투입됩니다. 한국 조선업체인 Hanwha Ocean과 Panasia는 LNG 운반선과 컨테이너선에 아민 기반 시스템을 적용하여 90%에 가까운 포집률을 달성했습니다. 중국 개발업체인 Sinotech은 시스템 무게를 세대를 거듭하며 40%까지 줄여 기존 선박에 시스템을 통합하는 데 있어 지속적인 걸림돌 중 하나를 해결했습니다.

LNG 운반선과 대형 유조선이 단기적으로 가장 유력한 후보입니다. LNG 운반선은 이미 광범위한 극저온 시스템을 운영하고 있으며, 추진 및 화물 처리 과정에서 상당한 폐열을 발생시키고, 비교적 깨끗한 배기가스를 배출하며, 복잡한 유체 관리 경험이 풍부한 선원들을 보유하고 있습니다. 대형 원유 운반선은 넓은 갑판 공간, 용매 재생을 위한 보조 보일러 용량, 그리고 일상적인 화물 처리 경험을 통해 위험 액체 취급에 대한 숙련도를 갖추고 있다는 장점이 있습니다.

컨테이너선은 좀 더 복잡한 양상을 보입니다. 주요 제약 조건은 장비 설치 공간과 수익 창출형 TEU 용량 간의 상충 관계입니다. 하지만 빈번하고 정기적인 항만 입항은 보관 기간 요구 사항을 줄여주고, 폐열 활용 가능성이 높으며, ISO 컨테이너를 사용하는 칼슘 루핑 시스템은 기존 화물 처리 물류와 자연스럽게 통합됩니다. 항만 순환이 예측 가능한 정기선 서비스는 부정기선 운영사보다 하역 기회를 보장하는 데 유리합니다.

벌크선은 가장 어려운 환경에 직면해 있습니다. 갑판 공간은 대부분 화물 처리 장비로 사용되고, 폐열 활용도 제한적이며, 선원들은 화학 폐수 관리 경험이 부족합니다. LR Advisory 보고서는 시멘트 운반선이나 정기 운항을 하는 단거리 해역의 경우 컨테이너형 고형물 처리와 함께 칼슘 순환 시스템을 구축하는 것이 기술적으로 가능하기 때문에, 벌크선 부문이 OCCS(유기 탄소 포집 및 저장) 도입에 구조적 장벽이 가장 높은 것으로 지적합니다.

포집된 탄소는 어떻게 처리될까요? 가장 널리 사용되는 방법은 영구적인 지질 저장으로, 이산화탄소를 액화 형태로 운송하여 고갈된 유전이나 가스전, 또는 심층 염수 대수층에 주입하는 것입니다. 노르웨이의 노던 라이츠 프로젝트는 세계 최초로 국경을 넘어 이산화탄소를 운송하고 저장하는 개방형 서비스를 구축했으며, 선박을 통해 탄소를 수송합니다. 1단계 운영 용량은 연간 150만 톤이며, 500만 톤까지 확장 가능합니다. 로테르담의 포르토스 프로젝트와 덴마크의 그린샌드 개발은 차세대 인프라 구축 사업으로, 곧 가동될 예정입니다.

산업적 활용은 보완적인 경로를 제공합니다. 포집된 CO2는 식품 및 음료 생산, 온실 농업, 그리고 점점 더 많은 합성 연료 생산에 사용됩니다. HMM 컨테이너선에 설치된 파나시아(Panasia) 설비는 포집에서 친환경 메탄올로 이어지는 경로를 직접적으로 보여주었습니다. 칼슘 루핑 및 수산화나트륨 시스템의 경우, 고체 또는 광물화된 생성물 자체가 시장성 있는 상품이 되어 운영 비용을 직접적으로 상쇄하는 수익을 창출합니다. 시바운드(Seabound)의 시멘트 운반선 모델이 가장 명확한 성공 사례입니다.

가장 큰 병목 현상은 항만 수용 인프라입니다. ICS 보고서에 따르면 전 세계적으로 이산화탄소 수용 시설을 보유했거나 확고히 발표한 항만은 10개 미만이며, 거의 모두 북유럽에 위치해 있습니다. 세계 주요 항만 밀집 지역 대부분은 아직 필요한 인프라가 구축되지 않았으며, 이산화탄소 순도 요건이 엄격하여 일반적으로 95~99.9%의 순도를 요구하기 때문에 품질 불량을 방지하기 위해서는 세심한 시스템 설계와 인수인계 관리가 필수적입니다.

GCMD가 주도한 MR 탱커 Stena Impero 호에 아민 시스템을 개조하는 타당성 조사인 프로젝트 REMARCCABLE은  총 자본 지출 360만 달러와 연간 운영 비용 3만 달러를 추산했으며, 이를 통해 이산화탄소 1톤당 69달러의 감축 비용을 달성할 수 있을 것으로 예상했습니다. 이 수치는 현재 대부분의 관할 지역에서 적용되는 탄소 가격보다 훨씬 높습니다. 머스크 맥키니 몰러 제로 탄소 해운 센터(Maersk Mc-Kinney Moller Centre for Zero Carbon Shipping)는 선박 유형에 따라 설치 비용이 신조 가격의 20~70%에 달하며, 소형 선박일수록 비용이 더 많이 드는 것으로 나타났다고 밝혔습니다.

Seabound의 칼슘 루핑 방식은 기존 아민 기반 시스템보다 설치 비용이 상당히 저렴할 것으로 예상됩니다. 이는 선박 내 용매 재생, CO₂ 액화 및 극저온 저장이 필요 없기 때문입니다. Seabound는 시스템 가격을 공개하지 않았지만, MARAD의 기술경제성 분석에 따르면 칼슘 루핑 방식은 선박 내 장비 요구 사항과 전력 소비를 크게 줄여줍니다. 다만, 운영 경제성은 흡착제 비용에 크게 영향을 받습니다.

탄소 가격제 도입으로 경제성이 크게 향상됩니다. 단기적으로 직접적인 재정적 인센티브를 제공하는 유일한 규제 수단은 EU 배출권 거래 시스템(ETS)으로, 이 시스템에서는 포집 및 영구 저장된 CO2는 보고 대상 배출량에서 제외됩니다. IMO의 단기 조치인 EEDI, EEXI, CII는 현재 OCCS에 대한 크레딧을 제공하지 않으며, ICS 보고서는 이러한 공백을 조기 도입의 중요한 저해 요인으로 지적합니다.

규제 당국은 해양에너지보호위원회(MEPC)가 완전한 OCCS 규제 프레임워크 개발을 위한 작업 계획을 채택했으며, 2028년 최종 확정을 목표로 하고 있습니다. 수명주기 회계 지침이 개발 중이며, 향후 규정 준수 프레임워크에 선박 내 포집을 포함시키려는 의도가 분명히 밝혀졌지만, 구체적인 방법론은 아직 공식적으로 정의되지 않았습니다. FuelEU Maritime은 현재 OCCS를 크레딧으로 인정하지 않고 있으며, 2027년 말까지 검토가 예정된 공식적인 방법론 업데이트를 요구하고 있습니다.

한편, 동의하는 국가들 간의 양자 협정은 공식적인 국제 협약보다 앞서 국경을 넘는 CO2 수송을 가능하게 하고 있습니다. 북유럽 5개국은 2024년에 북해 저장 시설로의 국경 간 CO2 운송을 허용하는 공동 협정을 체결했습니다. 영국-노르웨이 회랑은 법적으로 가장 성숙한 사례로, 노던 라이츠(Northern Lights)는 선박을 통해 외국에서 운송되는 CO2를 수용하도록 명시적으로 설계되었습니다.

선급 협회들은 현재 이용 가능한 가장 광범위한 운영 규칙을 제공하고 있습니다. DNV는 2025년 1월부터 발효된 OCCS 전용 선급 요건을 발표했습니다. 로이즈 레지스터는 전체 선적부터 하역까지의 과정을 포괄하는 EACCS 표기법을 도입했으며, IACS는 회원 협회 간 공통 기준을 설정하기 위한 통합 요건을 개발하고 있습니다.

향후 10년은 선박 내 탄소 포집 기술이 주류 규제 준수 도구로 자리 잡을지, 아니면 기술적으로 가장 유리한 선박 부문에만 적용되는 틈새 솔루션으로 남을지를 결정할 것입니다. 해운업계가 직면한 규제 과제의 규모와 대체 연료의 대규모 보급 속도를 고려할 때, 인프라와 규제 체계가 올바른 방향으로 계속 발전한다면 선박 내 탄소 포집 기술은 상당한 확대를 보일 것으로 예상됩니다.