해운 환경 규제는 선박용 수소-암모니아 전환을 보장하는가?

해운업의 탈탄소화 흐름과 친환경 연료에 대한 일반적 인식

국제해사기구(IMO)는 ‘2023 온실가스 감축 전략’을 채택하여 2050년까지 국재해운의 탄소중립 실현을 목표로 한다. 이 전략은 2050년까지 온실가스를 2008년 총 배출량보다 50% 감축하기로 했던 기존 목표에서 2050년에 순 배출량 0(net zero)을 달성하는 것으로 목표가 상향되었다.

또한 각 회원국은 목표 달성을 위해 연료별 온실가스 집약도를 단계적으로 제한하는 ‘목표 기반 연료유 표준제(GFS, Goal Based Fuel Standard)’와 배출되는 온실가스에 가격을 부과하는 제도를 합한 결합 조치를 도입하기로 합의하였다.  적합연료 이용을 촉진하기 위해 탄소부담금, 비용적 혜택 부여 등 온실가스 배출을 비용으로 인식하도록 한다.

유럽연합(EU)도 ‘Fit for 55’를 통해 2030년까지 전체 산업의 온실 가스 배출을 1990년 대비 최소 55% 감축하는 목표를 설정하고 해운업계에 대한 규제를 강화했다. 2024년부터 EU 배출권거레제(ETS)에 해운산업을 포함시키고, 2025년부터 ‘FuelEU Maritime’을 시행해 온실가스 집약도가 높은 연료를 사용한 경우 벌금을 내야 한다.

수소와 암모니아의 장점

이러한 탄소 규제 강화에 따라 수소, 암모니아 등 대체연료의 사용이 주목받고 있다. 수소, 암모니아는 선박 연료로서 탄소 배출 저감에 큰 역할을 할 수 있다.  수소는 연소 시 물만 배출하고 연료전지 기반 추진 시스템을 사용할 경우에도 이산화탄소 배출이 전혀 없다는 장점이 있다. 암모니아는 연소 시 이산화탄소를 배출하지 않는다는 특징을 가지고 있다. 

환경적 장점은 분명하지만, 생산 방식에 따라 탄소 감축 효과는 크게 달라진다. 그레이 수소 암모니아는 화석연료로부터 생산되며 블루는 탄소 포집 및 저장을 통해 탄소배출을 줄인 것이다. 그린수소 및 암모니아는 재생가능 에너지를 사용하여 생산되어 환경적으로 탄소중립을 달성하기 위한 최적의 연료로 평가되지만, 재생 에너지원을 활용하여 연료를 생산함에 따른 비용 및 인프라 문제로 현재 전체 수소&암모니아 연료 생산의 5% 이하에 불과하다.

수소 암모니아의 실제적 비용

수소와 암모니아의 분명한 환경적 이점에도 불구하고, 높은 비용과 인프라 구축 등은 여전히 풀어야 할 숙제로 남아있다. 수소의 경우 선박연료로 상용화 초기 단계에 있으며 관련 공급망이 전반적으로 구축되지 않았다. 해외의 경우 현재 네덜란드의 로테르담항을 포함한 주요 항만에서 수소연료 공급시설 건설이 진행 중에 있다. 

암모니아는 수소보다 높은 온도에서 쉽게 액화 및 저장이 가능하기에 저장 및 운송 측면에서 장점이 있는 연료로 운송 시 적은 에너지 소모 및 수소 운반체로 다양하게 사용될 수 있다. 그러나 암모니아의 치명적인 독성으로 인한 안전 문제는 여전히 해결해야 할 과제이다.

그림은 선박 생애주기 중 수소 및 암모니아에 대한 상황별 총비용(CAPEX & OPEX)을 나타낸 그래프로, 대체연료의 경제적 비용구조와 효율성을 직관적으로 보여준다. CAPEX는 초기 자본 지출로, 선박 건조 시 소요되는 비용(엔진, 추진시스템 등)을 의미하고 OPEX는 운영비용으로, 연료 비용을 포함한 선박의 운영 전반에 필요한 소비 비용을 말한다.

Christodoulou, A. et al. (2025)의 연구에 따르면, 4-stroke 기준 녹색 수소를 사용하는 총 비용은 선박 수명 동안 거의 1억 7천만 유로에 달하는 반면, 청색 수소는 약 1억 6백만 유로가 소요된다. 동일 엔진에 녹색 암모니아를 사용하는 경우 비용은 약 1억 2천 3백만 유로이지만, 청색 암모니아를 사용하면 9천 8백만 유로로 감소한다. 이에 반해 MDO는 약 7천 2백만 유로가 소요되는 것으로 확인되어 기존 화석연료가 확실한 비용적 우위에 있음을 확인할 수 있었다.

친환경 연료 전환을 위한 가격 설계의 정교함 필요

그림은 친환경 연료 사용에 따른 운영비 및 오염물질 배출 가격에 따른 비용을 비교한 그림으로, 선박 운영에 있어 환경적 비용을 고려한 분석 결과를 제공한다. 배출 비용은 연료 사용으로 인한 각종 오염물질 배출에 따른 비용과 선박운영 시 발생하는 초기 지출(CAPEX)과 운영비용(OPEX)을 포함하여, 선박의 운항 기간에 발생하는 총 비용을 나타낸다.

해당 연구에서 가정한 오염물질 톤당 배출 비용은 CO2 상당량의 경우 90유로, SOx의 경우 6,500유로, NOx의 경우 4,700유로, PM2.5의 경우 2,500유로이다. 4-stroke에서 연료가 사용되는 시나리오를 기준으로, 친환경 수소를 사용하는 것은 모든 옵션 중에서 오염물질 배출로 인한 비용이 가장 낮아 1,700만 유로에 불과하다. 

그러나 총 지출액 측면에서는 1억 7,000만 유로로 가장 비싼 옵션이기도 하다. 오염물질 배출로 인한 비용 측면에서 두 번째로 유리한 선택은 친환경 암모니아로, 관련 비용은 5,300만 유로이다. 하지만 친환경 암모니아 역시 기존 연료에 비해 상당한 자본 및 운영 비용이 발생하며, 결과적으로 총액은 1억 2,300만 유로에 달한다. 

배출 비용 측면에서 세 번째로 유리한 옵션은 청색 수소로 5,600만 유로이며, 청색 암모니아는 7,900만 유로의 배출 비용으로 최종 네 번째 순위를 차지한다. MDO를 사용하는 경우 배출로 인한 비용은 1억 600만 유로로 상당히 높지만, CAPEX 및 OPEX로 구성된 총 지출액은 7,200만 유로로 상대적으로 낮다.

연구 결과에서, 4-stroke 엔진 기준 그린 수소는 가장 낮은 오염물질 배출 비용을 기록하지만 높은 CAPEX와 OPEX를 동반하므로 총 비용이 가장 높다. 반면 디젤유(MDO)는 오염물질 배출비용이 가장 높지만 운영 비용은 가장 낮음을 볼 수 있다. 이는 화석연료가 경제성 측면에는 이점이 있지만 환경에 미치는 영향을 고려하였을 때 장기적인 선택지가 될 수 없음을 시사한다. 

해당 연구는 친환경 연료는 환경적 측면에서 상당한 이점을 제공하지만 운영비용이 높아 가격 경쟁력을 확보하기 어렵다는 점을 시사한다. 그린 수소 및 암모니아는 높은 환경적 장점에도 불구하고 높은 운영비용을 필요로 하며 이는 탄소가격제(carbon pricing)와 같은 경제적 조치를 통해 해소될 수 있다. 

그러나 탄소 가격이 충분히 정교하게 생성되지 않는다면 친환경 연료는 여전히 높은 총비용 구조로 인해 제한적인 선택지로 남을 가능성이 크다. 수소와 암모니아로의 전환을 효과적으로 촉진하기 위해서는 탄소가격제를 통한 운영비용 보조 뿐만 아니라 초기 인프라 구축 비용을 보완할 수 있는 정책적 지원이 병행되어야 한다.