최적의 운항 경로부터 절전까지 스스로 척척! 탈탄소를 위한 스마트 선박

"계속되는 무더운 날씨에 지구온난화의 심각성을 체감하는 요즘이다." 세계 각국은 이 지구온난화의 주범으로 지목되는 탄소를 저감하기 위해 다양한 노력을 진행중이다. 그 중에서도 전세계 화물운송의 80% 이상을 담당하는 조선/해운업 분야는 신속한 탄소 저감을 위해 국제적으로 환경 규제를 강제하는 추세에 있다. 이에 따라 2030년까지 조선/해운업에서 차지하는 탄소 배출량을 2008년 대비 최소 40%를 감축해야 한다. 이중에서도 최소 5%는 탄소가 거의 배출되지 않는 연료로 전환이 요구되고 있다. 무탄소 연료와 그에 따른 추진 체계 전환이 해운업 탄소 저감은 기술 개발의 난이도를 생각하면 실제로 적용되기까지 어느정도 시간이 필요할 것으로 보인다. 이 때문에 많은 조선/해운 기업은 단기적으로 탄소 배출을 줄이기 위한 친환경 선박 기술들을 개발하여 적용하고 있다. 최근 신축된 건물이나 아파트, 사무실에는 사용 에너지를 확인하고 관리할 수 있는 시스템이 설비되어 있다. 건물 관리실이나 거실에 설치된 디스플레이를 통해 사용 전력을 알 수 있어 이를 통해 낭비되는 에너지 등을 파악하고 조절할 수 있는 것이다. 이뿐만 아니라 조명에 사용하는 전력을 줄이기 위해 외부에서 유입되는 햇빛의 광량에 따라 밝기를 조절하거나, 조명이 설치된 공간 내에서 모션이 감지되지 않을 시 조도를 낮추는 등 이른 바, 스마트 조명제어시스템이 적용된 똑똑한 공간도 많아지고 있다. 건물뿐만 아니라 이동 수단에도 이러한 시스템이 적용되고 있다. 일례로 ‘테슬라’ 는 AI를 활용하여 교통 패턴을 분석하고, 실시간으로 에너지를 조정하여 연비를 향상 시킨다. 테슬라 자체 보고서에 따르면 이 시스템 활용으로 에너지 소비가 최대 15% 감소 한다고 한다. 이처럼 효율적인 에너지 활용과 탄소 저감을 위해 사물인터넷(IoT), 인공지능(AI), 빅데이터(Big Data) 등의 혁신이라 불리우는 기술들이 모든 산업 분야에 활발하게 활용되는 추세에 있다. 조선/해운업도 예외는 아니다. 실제로 최근 ‘자율운항선박’ 이 주목을 받고 있으며, 자율화 등급에 따라 기술 개발과 적용이 이루어지고 있다. 국제해사기구(International Maritime Organization, IMO)는 자율운항선박의 자율화 등급을 4개로 분류하고 있으며, 현재 국내 기술은 IMO 자율화 등급 상, 2단계 수준이다. 앞으로 더 높은 단계에 도달하기 위해 노력하고 있는데, 3단계 이상의 자율운항선박의 기술이 적용되기 위해서는 수많은 데이터를 스스로 분석하고 의사를 결정하는 인공지능(AI) 기술의 접목이 중요할 것으로 보여진다. 자율화 등급 3단계 에 도달한다면 선박의 장애를 사전에 예측하고 진단하는 ‘상태기반 유지보수(Condition Based Maintenance)’와 ‘예측 유지보수(Predictive Maintenance)’가 가능해진 다 . 선박은 수많은 부품과 기술의 집약체로 건조보다도 그 이후의 관리와 보수가 중요하지만, 운항중에 돌연 발생하는 문제를 예측하고 대비하는 것은 한계가 있다. 이러한 위험성을 최소화하기 위해 정기적으로 유지보수를 진행하는데 이러한 시스템이 도입된다면 그 부담을 덜 수 있을 것으로 기대된다. 실제로 이 시스템이 적용된다면 기존 유지보수 금액의 약 30%를 절감 할 것으로 보여진다. 자율화 등급 4단계 의 완전 무인 자율운항선박까지 도달한다면, 선박의 운항 루트를 설계하는 과정에서 더욱 효과적이고 효율적인 계산이 가능해질 것이다. 마치 도로 위를 주행하는 자동차 내비게이션과 같이, AI가 실시간으로 해상 경로 내의 사고 현황이나 선박 밀집도 등을 안내함으로써 최적의 경로 제공이 가능해지는 것이다. 이렇게 다양한 위험 상황을 회피해서 효율적인 경로로 운항할 수 있다면, 해상 연료가 크게 절감될 것으로 기대된다. 실제로 롤스로이스의 발표에 따르면 이와 같은 AI 지원 선박의 경우, 연료 소비를 기존 대비 최대 20%까지 줄일 수 있다 고 한다. 이처럼 연료 소비가 줄어들면 배출되는 탄소 역시 줄어드니 친환경적이다. 운항 경로 등 선박의 전체 시스템뿐만 아니라 선박 내부 요소에서도 에너지 효율 향상에 도움을 주는 기술 역시 개발이 한창이다. 육지의 운송수단과 달리 선박과 같은 해양 운송수단은 그 환경의 특성 상 운항이 끝날 때까지 선원이 상주해야 한다. 즉, 정박까지 24시간 에너지 소모가 필요한 것이다. 때문에 선박의 설계 단계에서부터 상시 사용 전력량에 대해 고려할 필요가 있다. 이 에너지 중에서도 가장 많은 비중을 차지하는 조명 전력을 아끼기 위해 스마트 조명 제어 시스템 을 선박에 적용하기 위한 기술개발이 진행되고 있다. 스마트 조명 제어 시스템은 선박 구역, 시간적 요건 등에 따라 유동적으로 조도를 조절한다. 예를 들어 선박 내부 복도는 모션 감지 센서를 활용해 사람의 통행이 있을 때만 조명이 점등되고, 엔진 룸에는 시간에 따른 조도 제어를 적용해 근무시간 외에는 밝기를 평소의 5%까지 줄이는 등 에너지의 낭비를 최소화하는 것이다. 특히 최근 엔진 룸은 사람이 상주하지 않는, 일명 무인화 공간(Unattended Machinery Spaces, UMS)으로 운영될 경우 에너지 소비 효율이 크게 향상될 것으로 기대된다. 선박 내 식당 등 거주 공간과 같은 곳들은 유동성이 필요하니, 밝기를 직접 조절할 수 있는 스위치를 설치해 선택의 폭을 넓힐 수 있겠다. 먼 미래의 기술 같지만, 예상보다 빠르게 상용화 움직임이 나타나고 있다. 실제로 최근 한화오션은 ‘스마트 조명 제어 시스템(Smart Lighting System)’ 에 대한 개념 승인(AIP, Approval In Principle)을 한국선급으로부터 획득한 바 있다. 한화오션은 기존 스마트 조명 시스템과는 달리, 조선업계 최초로 조타실 내에 선박 조명 중앙제어 프로그램을 탑재하였는데, 이를 통해 선박 공간 개별 또는 그룹별로 조명을 제어할 수 있어 그 편의성이 크게 향상되었다. 이뿐만 아니라 중앙 제어 프로그램은 선박 유지보수 측면에서도 유용할 것으로 전망된다. 중앙 제어 프로그램을 활용하면, 조명의 상태 확인 및 고장 알림도 가능하며, 이에 대한 기록 기능 또한 제공한다고 밝혔다. 이러한 스마트 기술들의 발전은 선박 내 전기를 효율적으로 사용함으로써 탈탄소에 크게 기여할 수 있기 때문에 더할 나위 없이 중요하다고 볼 수 있다. 실제로 17만 4,000㎥급 LNG 운반선 기준, 스마트 조명 제어 시스템의 경제성을 분석한 결과, 연간 이산화탄소 배출량은 기존 조명 시스템 대비 45%까지 줄어드는 것으로 나타났을 뿐 아니라, 연료 및 전력 소모량 역시 44% 감소 했다. 이처럼 불필요한 선박 전력 낭비를 줄이는 조명 정보를 수집 및 관제할 수 있다면 점점 강제적으로 변하는 친환경 규제에도 대응하고 탈탄소에 다가갈 수 있을 것이다. 다만, 이러한 요소를 개별적으로 관리하는 것은 많은 인력과 시간이 소요되는데, 이러한 부분을 보완하고자 데이터 플랫폼을 구축하고 있다. 한화오션의 스마트십 플랫폼인 HS4(Hanwha Smart-Ship Solution & Service) 가 좋은 예시다. 인터넷을 기반으로 한 이 시스템은 선박 운항의 안전성과 경제성, 그리고 친환경성까지 극대화한 솔루션이다. 인터넷을 기반으로 하니 실시간으로 선박의 상황과 연료 현황을 점검할 수 있다. 더불어 타사의 선박 운항 현황과 항로의 상황 등도 모니터링이 가능하여 이를 기반으로 최적화 항로를 안내한다. 이렇게 된다면 연료 소비량을 최소화 할 수 있어 효율적이다. 또한 운항 시 엔진, 연료 소비량, 속도 등을 종합적으로 분석할 수 있으니, 문제 발생 시 빠른 대처 등 그 안전성이 크게 오를 것으로 기대된다. 경로 최적화와 고장 전 유지/보수가 가능하다면 안전성 역시 개선되지만, 그 비용 등도 크게 절감할 수 있다. 먼저 경로 최적화가 가능하다면 연료 사용량이 줄어든다. 선박 연료는 그 가격이 상당한데 이를 절감할 수 있으니 경제적이다. 다음으로 예측 유지보수를 통해 사전에 문제를 발견하고 보수한다면, 더 큰 고장이나 오류로 인해 드는 비용을 절감할 수 있다. 마지막으로 HS4의 가장 큰 장점은 선박탄소집약지수 (CII, Carbon Intensity Indicator)를 계산하고 그에 맞는 운항 계획을 수립하여 탈탄소 실현이 가능해진다는 점이다. 과거, 현재의 선박탄소집약지수뿐만 아니라 연간 예상 사용량도 집계가 가능하다. 더불어 각종 해운사들의 선박이 배출하는 CII 비교도 가능하다고 하니 효율적인 에너지 관리는 물론, 탄소 배출을 최소화하는 운항 경로까지 설정할 수 있다. 이를 통해 선박탄소집약도를 실시간 모니터링하고 등급 예측 등 선주에게 최적화된 친환경 경제운항솔루션 제공할 것으로 기대된다. HS4는 인공지능, 빅데이터 등을 활용해 지속적으로 발전되고 있는데, 최근 한화오션이 수주한 암모니아운반선에 탑재될 계획이라고 하니, 실제 선박 적용 시 얼마나 탄소를 저감할 수 있을지 귀추가 주목된다. 글로벌 조선해양 산업의 지속 가능한 미래를 향해 나아가는 가운데, 인공지능(AI), 사물인터넷 등 스마트 기술 융합은 조선산업의 패러다임을 획기적으로 바꾸고 있다. 에너지 소비 방식과 관리 체계를 자동화하고 데이터베이스를 구축함으로써 편의성과 경제성은 물론, 해운업 탈탄소에도 보다 빠르고 효과적으로 다가갈 것으로 기대된다. 이처럼 다양한 기술을 기반으로 해운업 탈탄소가 실현되어 지속 가능한 내일에 가까워질 수 있길 바란다.