해양 운송의 고급 바이오연료 및 합성 연료

10. 7. 2025

해양 운송은 전 세계 무역의 중추이며, 모든 상품의 80%25 이상을 운송하고 글로벌 경제의 핵심 기둥입니다. 그러나 동시에 온실가스(GHG) 배출의 가장 큰 생산자 중 하나이며, 전 세계 배출량의 약 3%25를 차지합니다. 따라서 탈탄소화 및 저탄소 및 재생 연료 기술로의 전환에 대한 압력은 극심합니다. 국제해사기구(IMO)와 유럽연합은 MARPOL 부속서 VI, RED II/III 및 FuelEU Maritime과 같은 점점 더 엄격한 규정을 도입하고 있으며, 이는 해운 산업이 전통적인 화석 연료의 대안을 찾도록 동기를 부여하고 강제합니다.

주요 추세 중 하나는 고급 바이오연료 및 합성 연료로의 전환이며, 이는 연소 자체뿐만 아니라 전체 생명 주기 동안 상당한 탄소 발자국 감소를 약속합니다. 다음 용어집에서는 향후 몇 년 동안 국제 해양 운송의 연료 미래를 결정할 모든 핵심 개념, 기술 및 추세에 대한 자세한 설명을 찾을 수 있습니다.

A

생명 주기 분석(Well-to-Wake 분석)

정의 및 중요성:

생명 주기 분석은 해양 운송에서 “Well-to-Wake”(WTW)로 알려져 있으며, 연료의 총 환경 영향을 평가하기 위한 포괄적인 방법입니다. 여기에는 모든 단계가 포함됩니다 – 원료 추출(Well)부터 처리, 연료 생산 및 운송, 최종 연소(Wake)까지 선박 엔진에서의 최종 연소입니다.

방법론 및 표준:

  • 균형 방법 및 EMEP/EEA – EU에서 유효한 연료 소비량을 기반으로 배출량을 계산하는 데 사용됩니다.
  • GLEC Framework, EcoTransIT, Carbon Care – 물류 및 운송에서 탄소 발자국 보고를 위한 고급 프레임워크(조화된 배출 계수 사용 및 다양한 운송 유형의 비교 가능)
  • Tank-to-Wake(TTW) – 엔진에서의 연소 중에 생성되는 배출량만 평가합니다. WTW의 부분집합입니다.
  • Well-to-Tank(WTT) – 연료의 추출, 생산 및 탱크로의 배포 중에 생성되는 배출량을 포함합니다.

이것이 중요한 이유:

  • 실제 GHG 배출 감소의 관점에서 다양한 유형의 연료를 공정하게 비교할 수 있습니다.
  • 연소 중뿐만 아니라 전체 연료 주기 동안 배출 감소를 보고하도록 요구하는 법안(예: EU RED II/III)의 기초입니다.
  • 예를 들어, 바이오연료는 연소 중에 화석 연료와 유사한 CO2 배출량을 가질 수 있지만, 생명 주기 내에서 생물량이 성장 중에 대기에서 CO2를 흡수하면 “탄소 중립” 또는 음수일 수 있습니다.

실제 예시:

  • Bio-LNG 및 바이오메탄올은 화석 동등물에 비해 훨씬 낮은 총 탄소 발자국을 가집니다.
  • 합성 연료는 CO2 및 녹색 수소에서 생산되며 입력 에너지가 재생 가능한 출처에서 나오는 경우 거의 100%25 탄소 중립일 수 있습니다.

B

Bio-LNG(액화 바이오메탄)

정의:

Bio-LNG(액화 바이오메탄, LBM)는 액화 천연가스(LNG)의 재생 가능한 대안입니다. 생물량(예: 유기 폐기물, 슬러지, 농업 잔류물 또는 분뇨)에서 혐기성 소화를 통해 바이오가스로 생산되고 바이오메탄으로 정제된 후 약 -162°C로 액화됩니다.

기술 매개변수:

  • 화학 성분은 화석 LNG와 거의 동일합니다(약 85-95%25 메탄).
  • 수정 없이 LNG용으로 설계된 엔진 및 인프라에서 사용할 수 있습니다(드롭인 연료).

장점:

  • HFO에 비해 CO2 배출량을 최대 80%25 감소(출처: Wärtsilä).
  • 황 함량 및 미립자 물질이 현저히 낮습니다.
  • 현재 LNG 엔진 및 벙커링 인프라와의 즉각적인 호환성.

단점 및 과제:

  • 원료(유기 폐기물, 생물량)의 제한된 가용성.
  • Bio-LNG 생산 용량은 현재 해양 운송 에너지 수요의 약 3%25만 충당합니다(2030년 예측), 2050년까지 12%25(Wärtsilä).
  • 단점은 또한 소위 “메탄 슬립”입니다 – 연소 중 미연소 메탄의 방출로, 이는 강력한 GHG입니다. 현대 엔진(예: Wärtsilä NextDF)은 이 문제를 크게 줄입니다(50%25 이상).

실제 예시:

  • Royal Caribbean은 2024년에 bio-LNG로 대서양 횡단 항해를 수행했습니다.
  • Bio-LNG 벙커링 스테이션이 주요 유럽 항구(로테르담, 함부르크)에 설립되고 있습니다.

바이오메탄올

정의:

바이오메탄올은 생물량(목재 칩, 폐기물, 슬러지, 조류)에서 생산되는 메탄올의 재생 가능한 변형입니다. 생산은 바이오가스의 직접 변환을 통해 또는 생물량의 가스화를 통해 합성 가스(CO, H2)로 진행되며, 이는 촉매적으로 메탄올로 변환됩니다.

장점:

  • 정상 온도에서 액체 – 쉬운 취급, 저장 및 벙커링.
  • 연소 중 매우 낮은 황 배출 및 미립자 물질.
  • 다양한 유형의 폐기물 및 사용할 수 없는 잔류물에서 생산 가능성.

단점:

  • 엔진 수정 필요(대부분 이중 연료 모드).
  • 항구의 특수 벙커링 시스템 필요.
  • 가격 경쟁력은 현재 제한적이지만, 파일럿 프로젝트(Maersk)는 빠른 관심 증가를 보여줍니다.

생물량

정의:

생물량은 바이오연료 생산에 사용되는 유기물(식물 또는 동물 기원)입니다. 고급 바이오연료의 맥락에서 다음의 사용에 중점을 둡니다:

  • 농업 및 임업 잔류물(짚, 톱밥)
  • 폐유(UCO), 동물 지방
  • 한계 토지의 에너지 작물
  • 높은 유분 함량을 가진 제3세대 생물량인 조류

지속 가능성 기준:

  • RED II/III는 고급 바이오연료용 생물량이 식량 및 사료 생산과 경쟁하지 않으며, 높은 생물 다양성 또는 탄소 저장량이 있는 지역에서 나오지 않도록 요구합니다.
  • 인증 요구사항(예: ISCC).

중요성:

  • 바이오연료의 실제 환경 이점을 보장합니다.
  • 지속 가능한 소싱은 바이오연료 해운의 추가 개발을 위한 기본 전제 조건입니다.

D

드롭인 연료

정의:

드롭인 연료는 기존 화석 디젤, HFO 또는 제트 연료와 거의 동일한 화학 성분을 가진 합성 또는 바이오연료입니다. 수정 없이 기존 엔진 및 배포 시스템에서 사용할 수 있습니다.

예시:

  • HVO(수소화 식물유)
  • 합성 디젤, bio-LNG, 바이오메탄올(일부 응용 분야)

장점:

  • 새로운 기술에 투자 없이 즉각적인 배출 감소.
  • 모든 비율로 화석 연료와 혼합 가능성.
  • 엔진 제조업체 보증 손실 위험을 제거합니다.

단점:

  • 원료의 제한된 가용성(예: UCO, 동물 지방).
  • 원산지 인증 필요.

E

온실가스 배출(GHG 배출)

포함 내용:

  • CO2(이산화탄소) – 탄소 함유 연료 연소의 주요 산물
  • CH4(메탄) – 예: LNG 및 Bio-LNG의 “메탄 슬립”
  • N2O(아산화질소)

규정:

  • IMO: 2050년까지 순 배출량 제로 목표
  • EU: 배출량의 의무 보고 및 측정(EU ETS, MRV Shipping)

중요성:

  • 배출 감소는 해양 운송의 모든 혁신의 주요 동인입니다.
  • 측정은 TTW가 아닌 WTW에 따라 수행됩니다.

H

HVO(수소화 식물유) / 재생 가능 디젤

정의:

HVO는 식물유, 사용한 식용유(UCO) 또는 동물 지방의 수소화에 의해 생산되는 프리미엄 드롭인 바이오연료입니다. 결과는 화석 연료와 거의 동일한 화학 구조를 가진 파라핀 디젤입니다.

기술 매개변수:

  • 일반 디젤보다 높은 세탄가(더 나은 연소성)
  • 방향족 탄화수소 및 황 없음
  • 탱크 보관 수명 최대 10년
  • 모든 비율로 화석 디젤과 혼합

해양 운송의 장점:

  • 기존 엔진과 완전히 호환(MTU, Caterpillar, Volvo Penta 등 포함)
  • CO2 배출량을 최대 90%25 감소, 황은 거의 0으로
  • 엔진 수정 없음, 엔진실의 최소 조정(예: 다른 밀도로 인한 연료 게이지의 두 번째 보정)
  • 연료는 재순환 또는 가열이 필요하지 않으며, 흡습성이 아닙니다(물을 흡수하지 않음)

단점:

  • 더 높은 가격 및 제한된 가용성(UCO 및 지방 시장에 따라 다름)
  • 팜유 사용 위험으로 인한 원산지 인증 확인 필요
  • 10년대 말 이후 더 큰 확장 예상(생산자의 더 큰 약속 및 인프라 개발)

실제 경험:

  • 상당한 요트 및 해운 회사(예: Azimut-Benetti, Burgess)는 이미 실제로 HVO를 사용합니다.
  • 엔진 제조업체는 자신의 범위에 대해 HVO를 승인합니다(MTU, Volvo, MAN 등).

중유(HFO) / 중유

특성:

  • 석유 증류 후 잔류물, 매우 점성, 황 함량 최대 3.5%25
  • 2020년까지 해양 운송의 지배적인 연료

단점:

  • SOx, NOx, 미립자 물질(PM) 배출의 주요 원인
  • 이제 IMO 2020에 의해 크게 제한됨(전 세계 최대 0.5%25 황, ECA 지역에서 0.1%25)

대안:

  • 스크러버 설치(SOx 제거)
  • VLSFO, MGO 또는 재생 가능 연료(HVO, LNG, Bio-LNG)로의 전환

I

연료 인프라

포함 내용:

  • 항구 터미널, 저장 탱크, 파이프라인, 벙커링 선박, 안전 시스템
  • 액체(HVO, 메탄올) 및 극저온 연료(LNG, Bio-LNG) 취급 시스템

과제:

  • 석유 제품에 최적화된 기존 인프라
  • LNG 및 메탄올은 특수 벙커링 시스템, 안전 조치 및 직원 교육 필요
  • 인프라 개발은 새로운 연료의 더 빠른 확장을 위한 핵심 전제 조건

추세:

  • 유럽 및 아시아의 LNG 벙커링 스테이션의 빠른 성장
  • 메탄올 및 암모니아 벙커링의 첫 번째 파일럿 프로젝트

국제해사기구(IMO)

IMO란:

  • 해양 운송의 안전, 건강 보호 및 생태를 담당하는 UN 전문 기관
  • 글로벌 표준 설정(예: MARPOL, SEEMP, CII, EEXI, GHG Strategy)

연료에 대한 중요성:

  • IMO 2020: 연료의 황 함량 제한
  • IMO GHG Strategy: 2050년까지 순 배출량 제로 달성 목표
  • IMO 결정은 연료 시장, 기술 및 인프라 투자에 글로벌 영향을 미칩니다.

P

고급 바이오연료

정의:

  • 식량/사료와 경쟁하지 않는 원료(예: 폐기물, 잔류물, 조류)에서 생산되는 제2 및 제3세대 바이오연료
  • 일반적으로 목질계 생물량, UCO, 동물 지방, MSW(도시 폐기물), 조류에서 생산

장점:

  • GHG 배출량을 최대 80%25 이상 감소(원료 및 기술에 따라 다름)
  • RED II/III의 완전한 준수, EU 보조금 및 지원 획득 가능성
  • 폐기물 및 잔류 제품 사용 가능성

단점:

  • 기존 바이오연료(예: FAME)보다 높은 생산 비용
  • 더 복잡한 물류 및 안정적인 원료 공급 보장

실제 사용:

  • HVO, 바이오메탄올, bio-LNG, 항공 및 해양 운송용 바이오케로신

R

재생 에너지 지침(RED)

RED란:

  • 유럽 재생 에너지 지침(현재 RED III, 2024년부터 유효)
  • 운송 부문의 재생 에너지 비율에 대한 구속력 있는 목표 설정(2030년까지 운송 부문에서 최소 29%25)
  • 고급 바이오연료 및 합성 연료의 특별 비율

기준:

  • 지속 가능성(식량과 경쟁하지 않아야 하며, 인증된 출처에서 나와야 함)
  • 최소 배출 감소(일반적으로 화석 동등물에 비해 70-80%25)
  • 보고 및 인증(ISCC, REDcert)

중요성:

  • RED는 EU 전역의 고급 바이오연료 및 합성 연료 시장을 자극합니다.
  • 또한 선박 제조업체, 운영자 및 인프라 투자자의 전략에 영향을 미칩니다.

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