폐기물 배출 제로를 목표인 전기 선박의 발전

 현재 세계적으로 각 나라의 입장과 환경 보호에 대한 관계를 맺으면서, 산업 발전에 있어 탈탄소화가 중요한 주제로 떠오르고 있습니다. 해운 산업은 전 세계 무역의 약 80%를 담당하고 있으며, 글로벌 경제에 중요한 역할을 하고 있습니다. 그러나 세계적으로 중요한 해운 산업은 온실가스의 약 3%를 사라지게 만들고 있으며, 환경 악화의 주요 원인 중 하나로 언급되고 있습니다. 국제해사기구(IMO)는 2050년까지 해운 산업의 온실가스 할당량을 2008년 대비 50% 이하가 되도록 목표를 설정했고, 이러한 목표 달성을 위해 미래지향적인 Zero Emission 선박 기술에 대해 관심을 가지게 되었습니다. 해운 산업에서의 Zero Emission을 적용하기 위해서는 전기 선박에 대해 관심을 가지고 있다. 

Zero Emission의 방법 중 하나인 전기선박은 주요 동력원으로 전기 에너지를  사용하는 선박입니다. 전통적으로 사용했던 디젤 엔진 기반의 선박과 다르게, 전기선박은 배터리나 연료전지와 같은 전기 저장 장치를 이용하여 추진력을 얻습니다. 이러한 기술은 에너지 효율성 향상과 해양 산업에서의 탄소 배출 감소에 중요한 역할을 하고 있기 때문에 세계적으로 주목받고 있습니다. 전기선박은 배터리 기반 전기선박, 하이브리드 전기선박, 연료전지 기반 전기선박으로 나뉩니다.

 첫 번째로, 배터리 기반 전기선박은 배터리만을 사용하여 전력을 공급하며, 주로 짧은 거리에서 운항하는 데에 적합합니다. 배터리 기반 전기선박은 리튬이온 배터리와 같은 고성능 에너지 저장 장치를 사용하기 때문에 효율성을 극대화한다는 장점이 있습니다. 주요 성능 요소로는 충전 시간과 용량이 이에 해당하며, 정기적인 충전 인프라를 필요로 합니다. 이러한 선박은 도심에 위치한 하천이나 항구 간의 짧은 경로에서 널리 사용됩니다. 이러한 특징 때문에 환경 영향을 최소화합니다. 

 두 번째로, 하이브리드 전기선박은 전기 모터와 디젤 엔진을 결합한 형태의 전기선박입니다. 따라서 이 선박의 특징은 전기와 화석연료를 함께 사용한다는 것입니다. 따라서 전기만으로는 부족할 수 있는 장거리 운항에서 안정적으로 동력을 제공하며, 연료 효율성을 극대화한다는 장점이 있습니다. 운항 중에는 디젤과 전기 사용의 사용 비율을 조정하여 에너지 소비를 최적화할 수 있습니다. 예를 들면, 항구 근처에서는 전기를 사용하여 무공해로 운항하고, 먼바다에서는 디젤 엔진을 병행하여 안정적인 속도와 성능을 유지할 수 있도록 합니다. 그러므로 하이브리드 전기선박은 동시에 유연성과 경제성을 제공한다는 특징을 가지고 있습니다. 

마지막으로, 연료전지 기반 전기선박은 수소를 사용하여 전력을 생성하여 운항하는 혁신적인 선박입니다. 연료전지는 수소와 산소의 화학 반응을 통해 전기를 생성합니다. 이러한 과정에서 유일한 부산물로 물만 배출됩니다. 이러한 특성으로 연료전지 선박은 환경에 무해하며, 탄소 배출이 전혀 없다는 특징을 가지고 있습니다. 또한 이 전기선박은 장거리 운항에 적합하며, 고성능과 지속 가능성을 동시에 제공합니다. 뿐만 아니라, 연료전지는 높은 에너지 밀도를 제공하기 때문에 배터리보다 가볍고 효율적인 에너지 공급이 가능하고, 충전 시간 대신 수소를 충전하는 간단한 프로세스를 통해 빠르게 재가동할 수 있다는 장점이 있습니다. 

 이러한 전기 선박의 작동 원리는 네 가지 과정을 통해 설명할 수 있습니다. 

첫 번째로, 에너지 저장 및 공급입니다. 전기 선박은 배터리, 연료전지와 같은 에너지 저장 장치를 통하여 전력을 공급받습니다. 이러한 에너지원은 태양광 패널, 육상 전력망, 풍력 터빈을 통해 충전됩니다. 최신에는 에너지 저장 장치의 용량을 증가시키고 충전 속도를 개선하여 선박의 운항 시간을 늘리고 중단 시간을 최소화하고 있습니다.

두 번째로, 전력 변환입니다. 인버터와 같은 전력 변환 장치를 통해 저장된 전력이 교류로 변환되며,  변환된 전력은 선박의 전기 모터를 구동하는 데 사용됩니다. 이러한 과정에서 전력 변환 장치는 전기 공급의 품질과 안정성을 유지하고, 에너지 손실을 최소화하도록 설계됩니다. 

세 번째로, 추진 시스템입니다. 전기 모터는 선박의 주요 추진 장치인 프로펠러, 펌프젯, 또는 펌프젯과 연결됩니다. 그렇기 때문에 전기 모터의 효율성과 즉각적인 반응 속도는 선박의 기동성과 운항 안정성을 향상하게 시킨다는 장점이 있습니다. 뿐만 아니라, 전기 추진 시스템은 소음과 진동이 적어 승객과 화물의 편안함을 보장한다는 특징이 있습니다. 

마지막으로, 제어 및 관리입니다. 전기선박은 에너지 관리 시스템을 통하여 실시간으로 전력 사용량, 방향, 속도, 그리고 전반적인 에너지 효율을 모니터링하고 최적화합니다. 이런 특징 때문에 시스템은 항로와 선박 상태에 따라 선박의 운항 데이터를 분석하고, 전력 분배를 자동으로 조정하여 유지보수와 운항 계획을 개선합니다.

이 네 가지 과정을 통해 전기 선박은 높은 에너지 효율성과 친환경성을 실현할 수 있으며, 미래 해양 운송의 주요 기술로 자리 잡고 있습니다.

 하지만 전기 선박의 상용화에는 아직 많은 과제들이 남아있습니다.

우선, 배터리 기술 문제가 있습니다. 대형 선박에 적합한 경량화된 배터리 기술이 요구되기 때문에 고용량 배터리의 개발과 충전 속도의 향상이 필요합니다. 또한 선박을 설계할 때, 배터리의 무게와 부피가 영향을 미칠 수 있어 이를 최적화하는 연구가 필요합니다. 그리고 충분한 인프라가 필요합니다. 전기 선박이 상용화되기 위해서는 항만에 전기 충전소 설치가 필수적이고, 글로벌 네트워크 구축이 요구됩니다. 이러한 과정에서 각국의 전력망과 표준화된 충전 시스템 간의 협업이 필요합니다.

 전기선박은 지속 가능한 해양 운송을 위한 핵심 기술입니다. 친환경적이고 효율적인 전기선박은 해양 산업의 미래를 긍정적으로 변화시킬 잠재력을 가지고 있습니다. 전기 선박이 기술 개발과 인프라 확충을 통하여 더 널리 사용될 수 있도록 지속적인 노력과 관심이 필요합니다.