1. 서 론
국제해사기구(IMO), 국제에너지기구(IEA), 유엔기후변화 협약(UNFCCC) 등 주요 국제기구들은 탄소중립 달성과 환경 보호 강화를 위한 강력한 환경규제를 도입하고 있다. 특히 IMO의 해양환경보호위원회(MEPC)는 80차 회의에서 2030년까지 온실가스 배출이 거의 없거나 전혀 없는 연료의 사용을 확대하는 전략을 채택하였다. 이 전략은 해운산업의 탈 탄소화를 가속화하고, 청정 연료의 사용을 촉진하는 것을 목표로 하고 있다. 이러한 규제는 2050년까지 국제 해운 부문에서 온실가스 배출을 순제로(net-zero)로 달성하려는 장기 목표의 일환이며, 이에 따라 친환경 선박연료의 연구, 개발, 그리고 사용이 더욱 촉진될 것으로 예상된다.
친환경 선박연료의 사용 전망은 매우 긍정적으로 평가되며, 해운산업은 이러한 전환을 위해 기술적, 경제적 조치를 신속히 취할 것으로 보인다. 이에 발맞추어 해운업계는 선박에서 배출되는 대기오염 물질을 줄이기 위해 친환경 선박 추진연료로의 전환과 더불어 친환경 추진시스템의 도입을 적극적으로 진행하고 있다.
친환경 선박 추진연료(친환경선박법 제2조 제3호)에는 액화천연가스(LNG), 압축천연가스(CNG), 액화석유가스(LPG), 메탄올, 수소, 암모니아, 그리고 혼합연료, 바이오연료, 에탄올, 배터리 등 다양한 에너지원이 포함된다(Ahn, 2022). 그러나 이러한 연료는 해난사고 시 누출, 화재, 폭발 등의 위험을 수반하며, 기존의 방제 대응 시스템으로는 이러한 사고에 신속하고 효율적으로 대응하는 데 한계가 있다. 비록 친환경 선박에 대한 기술개발과 탄소중립을 위한 계획이 지속적으로 확대되고 있지만, 친환경 선박연료 관련 사고의 대응방안과 방제전략은 여전히 미흡한 실정이다.
친환경 선박연료 관련 사고는 주로 선박의 추진연료와 운송화물 상태에서 발생하며, 외력이나 결함으로 인한 누출이 화재와 폭발로 이어져 대형 사고로 확대될 가능성이 높다. 특히 LNG와 수소와 같은 가스연료 및 메탄올은 화재와 폭발의 위험이 크며, 향후 탄소중립 연료로 주로 사용될 암모 니아는 누출 시 유독성으로 인해 많은 인명피해를 초래할 수 있다.
최근 LNG 추진선에 이어 메탄올 추진선박이 컨테이너선을 기반으로 운항을 시작했으며, 암모니아 추진 컨테이너선도 2026년경 운항을 시작할 예정이다. 이러한 연료를 사용하는 선박의 수주가 증가함에 따라, 향후 운항이 더욱 확대될 것으로 예상되며, 이에 따라 친환경 선박연료의 위험성도 더욱 높아지고 있다. LNG, 메탄올, 암모니아와 같은 친환경 선박연료의 사용이 지속적으로 확대됨에 따라, 이들 연료와 관련된 사고 발생 시 신속하게 대응할 수 있는 방제시스템의 구축이 필수적이다. 이를 위해서는 방제 기술의 개발과 함께 사고 예방 시스템의 도입이 절실히 요구된다.
현재 친환경 선박연료 사고에 대한 방제 대응 방안은 체계적으로 수립되어 있지 않은 상황이다. 따라서, 친환경 선박연료와 관련한 해상 및 육상사고 사례를 조사하여 사고 원인과 특성을 분석하고, 이를 바탕으로 사고 위험성을 평가함으로써 효과적인 대응 방안을 마련해야 한다.
친환경 선박연료 사고 사례 연구를 통해 이러한 연료의 잠재적 위험성을 이해하고, 이에 대한 대응책을 마련함으로써 사고 예방과 안전성을 강화할 수 있다. 과거 사고 사례의 분석은 유사한 상황에서 사고를 예방할 수 있는 구체적인 방안을 도출하는 데 중요한 역할을 하며, 실제 사고 발생 시 효과적인 긴급 대응 계획을 수립하는 데도 기여할 수 있다.
연구 과정에서 도출된 내용은 국내·외 해양 안전규정 및 환경규제에 따른 요구사항을 준수하기 위한 시스템 구축에 중요한 역할을 할 수 있으며, 기술적인 취약점을 파악하여 이를 개선하기 위한 새로운 기술이나 장비 개발의 토대가 될 수 있다. 또한, 사고원인 분석을 통해 사고 예방 조치를 강화하고, 선원 및 대응기관을 대상으로 한 교육과 훈련 프로그램을 개발하는 데 활용할 수 있다. 이러한 친환경 선박 연료의 사고 사례분석과 특성 분석은 향후 예상되는 사고 예방과 사고 발생 시 효과적인 방제 대응을 위한 자료로써 중요한 역할을 할 것이다.
2. 친환경 선박연료 사고
2.1 친환경 선박연료의 특성
친환경 선박연료는 환경에 미치는 영향을 최소화하고, 대기오염 및 온실가스 배출을 줄이는 데 도움이 되는 선박 추진연료이다. IMO를 비롯한 국제기구들은 해상에서의 대기 오염을 줄이기 위해 엄격한 환경 규제를 도입하고 있으며, 그중 IMO 2020 규정은 선박연료유의 황 함량을 기존 3.5%에서 0.5%로 줄일 것을 요구하고 있다. 세계 각국은 파리기후 변화협약을 비롯한 여러 협약을 통해 온실가스 배출 감축 목표를 설정하고 있으며, 선박에서 발생하는 CO2 등 온실가스 배출량 역시 이러한 목표에 포함된다. 이러한 규제에 대응하기 위해 태양열, 풍력, 액화천연가스(LNG), 메탄올, 암모니아, 수소, 배터리, 바이오연료 등 다양한 친환경 에너지원의 기술 발전이 이루어지고 있으며, 이들 에너지원이 선박 연료의 대체재로 도입되고 있다. 또한 장기적으로 볼 때, 친환경 선박연료의 사용은 규제 대응과 지속적인 기술 개발을 통해 연료비 절감과 유지보수 비용 감소 등 운용비용의 절감에도 보탬이 될 것으로 예상된다.
본 연구에서는 친환경 연료 중 LNG, 메탄올, 암모니아, 수소 연료를 대상으로 연구를 수행하였으며, 해당 연료의 특성을 조사하여, 그 결과는 Table 1에 제시하였다.
2.2 LNG 연료 사고
LNG가 해수로 누출되면 빠르게 팽창하여 가연성이 높은 LNG 증기운을 형성하며, 발화원이 있는 경우 화재나 폭발의 위험이 존재한다. 이는 선박과 선원은 물론 해양생물에도 심각한 결과를 초래할 수 있다. 해수면 위의 차가운 증기운은 낮은 온도로 인해 급속 냉각 효과를 발생시켜 선원과 해양 생물에게 질식 등의 피해를 줄 수 있으며, 증기운 생성 과정에서 폭발적인 상변화와 극저온으로 인한 선체 손상이 발생할 가능성도 있다. LNG가 유출된 지역에서는 가스의 빠른 증발로 인해 환경에 미치는 영향이 국지적이고 단기적일 수 있지만, 밀폐된 공간이나 환기가 잘되지 않는 공간에서는 가스가 축적되어 심각한 위험을 초래할 수 있다. 누출된 LNG는 질식과 폐 손상을 일으킬 수 있으며, 인체와 접촉할 경우 극저온으로 인해 저온화상 및 동상을 유발할 수 있다 (Luketa-Hanlin, 2006).
LNG의 극저온은 물과 접촉할 경우 냉각 효과를 일으킬 수 있으며, 이는 급격한 온도변화에 적응하지 못하는 해양 생물에 직접적인 피해를 줄 수 있고, 나아가 해양환경에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 또한, 극저온의 LNG가 장비나 구조물에 접촉하게 되면 저온 취성으로 인해 파손될 위험이 있다(Sun et al., 2017).
LNG는 그 물리적, 화학적 특성으로 인해 기름 유출 사고와는 달리, 빠른 증발로 인해 직접적인 해양오염 발생 가능성이 상대적으로 낮다. LNG는 매우 낮은 온도에서 저장되었다가 배출 시 급속히 온도가 상승하며 증발하기 때문에, 무거운 연료에 비해 수면 오염 가능성이 적다. 그러나 LNG는 주로 강력한 온실가스인 메탄으로 구성되어 있어, 상당한 양의 메탄이 방출될 경우 지구 온난화를 가져올 수 있으며, LNG에는 환경에 영향을 미칠 수 있는 기타 탄화수소나 화학 물질이 소량 포함되어 있을 수 있다.
2014년 5월 9일, 노르웨이의 Risavika에서 Fjord Line이 운항하는 크루즈 페리(MS Bergensfjord)에서 벙커링 작업 중 LNG 누출 사고가 발생했다. 이 사고는 LNG를 트럭에서 선박으로 이송하는 과정에서 선박 안정성 테스트를 수행하는 도중 발생했으며, 벙커링 호스에 외부 변형이 가해져 약 130kg의 LNG가 누출되었다(Fig. 1). 다행히 부상자는 보고되지 않았고, 선박에도 피해가 발생하지 않았으며, 사고 발생 시 즉각적인 대응과 안전조치가 피해를 최소화하는 데 도움이 되었다.
Bergensfjord의 LNG 누출 사고는 LNG 벙커링 작업 중 안전 규정을 엄격히 준수해야 하는 중요성을 강조하며, 특히 벙커링 장비에 과도한 스트레스나 부하를 줄 수 있는 동시 작업을 피하는 것이 중요함을 보여준다. 이 사고는 향후 유사한 사고를 방지하기 위해 운영 조정, 위험 평가 및 안전 지침 준수의 필요성을 강조하며, LNG 연료 해상 작업 안전 조치를 수정하고 강화해야 하는 귀중한 사례로 평가된다 (Duong et al., 2024).
2.3 메탄올 연료 사고
메탄올 추진선박 및 화물선에서 메탄올이 유출될 경우, 유출된 메탄올이 인체에 직접 접촉하면 피부와 눈을 자극하여 잠재적으로 화상이나 손상을 일으킬 수 있다. 또한, 메탄올 증기를 흡입할 경우 두통, 현기증, 메스꺼움이 발생할 수 있으며, 심한 경우 호흡 문제를 일으킬 수 있다. 해상에서 유출된 메탄올이 직접 해수에 유입되면 빠르게 희석 및 분산되어 농도가 낮아져 유해한 영향이 잠재적으로 완화될 수 있다. 메탄올은 생분해성이 있어 시간이 지나면서 미생물에 의해 분해될 수 있으며, 이 생분해 과정은 온도, 미생물 개체군, 메탄올 농도 등의 다양한 요인에 따라 달라진다. 또한, 메탄올의 생분해성과 용해성 덕분에 석유 기반 연료보다 환경에 오래 남지 않아 환경 반감기가 더 짧다. 그러나 메탄올은 수생 생물에 해로울 수 있으며, 해양 동물의 중추신경계에 영향을 미쳐 마취를 유발할 수 있다. 농도가 높을 경우, 사람을 포함한 어류, 무척추동물, 기타 해양생물에 치명적일 수 있다(Brynolf et al., 2014).
메탄올 유출의 실제 영향은 유출량, 지역 환경조건, 유출 대응의 속도 및 효율성에 따라 달라지며, 일반적으로 해양 생태계에 대한 피해를 최소화하기 위해 봉쇄, 분산, 생물학적 정화 노력과 같은 완화 조치가 취해져야 한다.
2012년 7월 26일, 말레이시아 국적의 유조/화학물질 운반 선인 M/T BUNGA ALPINIA호에서 메탄올 선적작업 중 발생한 번개로 인해 메탄올 유증기에 화재가 발생하였다(Fig. 2). 이 화재는 빠르게 확산되어 선박 내에서 세 차례의 폭발이 발생하였고, 화재는 18시간 동안 지속되었다. 이 사고로 인해 승무원 29명 중 5명이 사망하고, 24명이 구조되었다. 사고 선박은 완파되었으며, 이로 인해 선박의 연료(벙커유)가 항구 내로 유출되어 해양오염이 발생하였고, 사고 인근 발전소가 가동 중단되는 등의 피해가 발생했다.
2.4 암모니아 연료 사고
선박에서 암모니아 누출이 발생하면, 목과 폐에 자극을 주어 기침과 호흡곤란을 일으킬 수 있으며, 눈과 피부에 심한 자극을 유발하여 잠재적으로 화상을 입을 수 있다. 또한, 고농도의 암모니아에 노출되면 암모니아 중독으로 이어질 수 있으며, 이로 인해 두통, 현기증, 메스꺼움이 발생하며 심한 경우 폐 손상 및 사망에 이를 수 있다(National Research Council Committee on Acute Exposure Guideline Levels, 2008).
암모니아는 해수에 빠르게 용해되어 어류 및 해양 생물에 독성 영향을 미친다. 암모니아는 수생 생물에 매우 유독한 이온화되지 않은 형태(NH3)와 비교적 독성이 덜한 이온화된 형태(NH4+, 암모늄)로 구분되며, 이 두 형태의 균형은 수온 및 pH와 같은 요인에 따라 달라진다. pH와 온도가 높을수록 독성이 강한 이온화되지 않은 형태로 전환된다. 암모니아는 물의 pH를 변화시켜 해양 생물에게 유해한 환경을 조성할 수 있으며, 이는 생물 다양성의 손실과 생태계 구조의 변화로 이어질 수 있다. 물속 암모니아의 미생물 분해(질산화)는 산소를 소모하여 저산소 상태, 즉 '데드 존'을 초래할 가능성 이 있다.
또한, 암모니아는 물속에서 영양분으로 작용하여 부영양화를 촉진하며, 이로 인해 조류 또는 산호의 과도한 성장이 발생할 수 있다. 이러한 상황은 녹조 현상을 유발하고, 이는 해양생물과 인간 모두에게 해로운 독소를 생성할 수 있으며, 조류가 분해되면서 물속의 산소가 고갈될 수 있다. 암모니아에 민감한 생물종은 장기간 높은 농도에 노출되면 더 높은 농도를 견딜 수 있는 종으로 대체되므로, 장기적인 생태학적 변화가 발생할 수 있다. 인간이 고농도의 암모니아와 직접 접촉하면 화상, 호흡기 문제 및 기타 심각한 건강 문제가 발생할 수 있으며, 암모니아 누출은 구조 및 청소 작업자에게도 큰 위험을 초래할 수 있다. 또한, 부식성이 강한 암모니아는 산호초와 같은 해양 서식지와 인공 구조물에 물리적 손상을 입힐 수 있다(Francis-Floyd et al., 2022).
대규모 암모니아 유출이 발생할 경우, 1차적인 비상조치로 암모니아를 봉쇄하고 중화하며 급속히 희석시키는 것이 중요하다. 또한, 장기적인 피해복구를 위해 피해지역을 지속적으로 모니터링하는 것이 필수적이다.
1976년 1월 16일, 스웨덴 란스크로나 항구에서 벨기에 국적의 가스 운반선 M/S René 16에서 무수 암모니아를 운송하는 도중 누출 사고가 발생하였다. 하역 작업 중 건축 자재와 암모니아의 비호환성으로 인해 파이프가 파열되어 심각한 누출이 발생하였고, 이로 인해 적재된 550톤의 무수 암모니아 중 180톤이 50분 동안 누출되었다. 이 사고로 선원 2명이 사망하고 2명이 부상을 입었다. 누출된 암모니아는 구름 형태로 배를 감싸고 인근 조선소에 피해를 주었다. 만약 작업자가 Quick-closing Valve를 조작할 수 있는 위치에 있었다면, 소량의 유출로 사건을 제한하고 인명피해를 방지할 수 있었을 것이다.
2014년 7월 13일, 여수에서 키리바시 국적의 사조산업 소유 1102톤급 참치잡이 원양어선 마로라이호에서 냉매 장치를 수리하던 중, 참치 냉동용 액화 암모니아 용기(50kg) 14개 중 노후된 용기 1개가 파손되어 가스가 누출되었다. 이 사고로 현장에서 작업 중이던 작업자 1명이 화상과 질식으로 사망하였고, 구조 작업 중이던 소방관 2명을 포함해 21명이 가스 흡입과 냉매로 인한 화상으로 부상을 입었다(Fig. 3).
2.5 수소 연료 사고
선박에서 해양으로 누출된 수소는 그 낮은 밀도로 인해 빠르게 상승하여 대기 중으로 분산되므로, 바다와의 직접적인 접촉이 최소화된다. 그러나 수소 누출의 정도가 심각하고 점화원이 존재할 경우, 이는 화재나 폭발로 이어져 해양 생물과 인체 안전에 심각한 위협을 초래할 수 있다. 또한, 가압된 수소가 급속히 방출되면 강한 소음이 발생하여 해양 생물을 교란시킬 수 있으며, 수소를 극저온으로 저장할 경우 바닷물과의 접촉 시 극저온으로 인한 열적 영향이 발생할 수 있다.
수소 자체는 해양환경에 직접적으로 큰 영향을 미치지 않을 수 있지만, 수소의 생산 및 저장 과정에서 발생할 수 있는 오염, 또는 선박의 수소 저장시스템 구축에 사용된 재료가 손상될 경우, 환경에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 수소는 물에 대한 용해도가 매우 낮아, 바다에 용해되는 비율이 극히 적으며, 이에 따라 수용성 화학물질과 비교했을 때 해양 생태계에 미치는 직접적인 영향은 상대적으로 최소화 된다. 또한, 암모니아나 메탄과는 달리, 수소는 산성화나 부영양화와 같은 수질에 즉각적인 화학적 영향을 미치지 않는다. 그러나 선박의 화물창이나 움푹 들어간 공간처럼 밀폐되거나 환기가 잘되지 않는 공간에서 수소가 누출되면, 이는 산소를 대체하여 무산소 상태를 초래할 수 있으며, 이로 인해 사람과 해양생물에게 질식 위험을 가져올 수 있다 (Hydrogen Tools, 2022).
2016년 4월 18일 한국 국적 화학제품 운반선인 M/T NO.3 HEUNG-A PIONEER호가 말레이시아 페낭에서 아크릴로니트릴을 하역한 후 싱가포르로 항해하던 중, 카고 탱크 클리닝 작업 중 폭발 사고가 발생하였다. 이 사고로 선원 1명이 사망하고 5명이 부상을 입었다(Fig. 4). 사고원인은 선박 내 아크릴로니트릴 화물 외 다른 카고 홀드에 질산이 적재되어 있었으며, 선박의 매니폴드 가스 차단 밸브에서 누출이 발생하여 두 화물의 증기가 혼합되면서 폭발이 일어난 것으로 확인되었다. 질산과 아크릴로니트릴이 혼합되면 고인화성의 수소가스가 발생하며, 이 수소가스가 선박의 파이프 라인을 통해 공기와 접촉하면서 폭발이 발생하였다.
3. 친환경 선박연료 사고원인
친환경 선박연료의 사고원인을 분석하기 위해 친환경 선박선료를 추진연료로 사용중인 선박사고, 친환경 선박연료를 화물로 운송하는 선박사고 사례를 조사하였다. 또한 해상에서 발생 가능한 친환경 선박연료와 유사한 형태를 보이는 육상사고 사례도 조사하였다.
현재 친환경 선박연료를 적용하는 선박 중 LNG를 연료로 추진하는 선박 비중이 가장 높으며, 이에 따른 관련사고 또한 LNG 추진연료가 타 연료보다 사고발생 비율이 높다. LNG 이외의 메탄올, 암모니아, 수소, 배터리를 추진연료로 운항하는 선박은 현재 극히 일부로 사고 사례가 보고된 바 없다. 따라서, 친환경 선박 추진연료의 사고 원인분석은 LNG 추진선 관련 사고로 제한되며, 이외의 친환경 선박연료 적용 선박사고의 원인분석은 연료의 특성, 선박 화물사고, 육상사고 등의 사고사례 특성을 분석하여 예상 가능한 사고 원인을 분석하였다.
Table 2, 3은 친환경 선박연료 관련 선박과 육상사고 사례 조사로 NTSB(National Transportation Safety Board), IMO, 각 국가의 관련 기관, 선급, 중앙해양안전심판원, 인터넷 검색 등의 정보를 참고하였다.
3.1 LNG 선박연료 사고원인
LNG 선박 연료는 엄격한 규정 및 표준, 그리고 기술의 발전에 힘입어 기존 선박 연료와 비교해 상대적으로 안전한 것으로 평가되고 있다. 그러나 LNG 추진연료와 관련된 소규모 사고는 주로 벙커링 과정에서 일부 발생하고 있다. LNG와 관련된 선박사고 사례를 분석해 보면, LNG 화물의 하역 및 선적, 그리고 연료충전을 위한 벙커링 과정에서 인적 제어 오류, 밸브 고장, 장비 오작동 등이 주요 원인으로 확인된다. 또한, LNG의 특성상 극저온 환경에서 재질의 취성으로 인해 배관 및 장비의 파손과 장비 오작동 등의 사고가 발생할 가능성이 높다. 이러한 사고 사례를 기반으로 LNG 추진 선박에서 예상되는 사고의 주요 원인은 Table 4와 같다.
LNG 연료 및 화물탱크에서 발생하는 증발가스(BOG, Boil Off Gas)는 재액화 시스템을 통해 연료로 재사용이 가능하지만, 탱크 내부 압력 제어를 위해 배출되는 일부 가스는 분출 과정에서 스파크 등과 결합해 화재나 폭발을 일으킬 수 있다. 또한, 누출된 가스가 극저온 상태를 유지할 경우, 배관 및 설비의 파손이나 인체 저온화상 등의 사고를 초래할 수 있다.
LNG 추진 선박의 연료탱크 위치는 안전성, 효율성, 그리고 공간 활용을 고려하여 특정 영역에 위치하게 된다. 일반적으로 효율적인 연료공급을 위해 연료탱크는 선미부에 설치되며, 외부 충격으로부터의 보호와 환경적 요인을 고려해 갑판 아래에 배치된다. 기존 선박을 LNG 추진선으로 개조한 경우나 단거리 노선을 운항하는 페리 선박에서는 갑판 위에 연료 탱크를 위치시키기도 한다. 컨테이너선의 경우, 충돌이나 좌초 시 발생할 수 있는 사고로 인한 손상 위험을 최소화하고, 선박의 안정성과 하중 분산을 위해 연료탱크가 선박 중앙 (Midship)에 위치하는 경우도 있다. 이러한 LNG 추진선박 및 화물선에서 충돌사고가 발생할 경우, LNG 연료탱크 및 화물 탱크에 직접적인 충격과 영향을 줄 수 있으며, 이는 대형사고로 이어질 수 있는 잠재적 위험 요소로 작용할 수 있다.
3.2 메탄올 선박연료 사고 원인
2015년 3월, 세계 최초로 메탄올 연료를 사용하는 페리(Stena Line) 운항 이후 메탄올 추진선박의 사고 사례는 보고 되지 않았으나, 메탄올을 화물로 운반중인 선박에서 유증기로 인한 대형 폭발사고가 발생하였다. 메탄올 추진선에서 예상되는 사고의 주요 원인 중, 대부분은 연료 취급 부주의로 인한 누출사고 발생이 예상되며, 장비 및 설비 오작동과 재료 부식으로 인한 사고 또한 누출사고로 이어질 것이다 (Table 5). 누출된 메탄올은 인화성으로 인한 대형 화재사고와 독성으로 인한 인체 중독 등의 인명사고의 원인이 된다. 누출사고를 예방하기 위해서는 연료취급 및 보관 규정준수와 메탄올과 관련된 설비, 장비, 배관 등의 주기적 점검과 충격으로 인한 사고를 예방할 수 있는 안전한 운항 규정준 수 등이 필수적이다.
3.3 암모니아 선박연료 사고원인
암모니아의 물리적·화학적 특성으로 인해 예상되는 주요 사고 원인은 연료 취급 부주의, 장비 및 설비의 오작동, 그리고 재료 부식으로 인한 누출 사고이다(Table 6). 과거 암모니아 누출 사고 사례를 분석한 결과, 배관 및 장비의 파손으로 인한 누출과 폭발 사고가 빈번하게 발생했으며, 이러한 사고는 선박에서도 유사하게 발생할 가능성이 높다.
암모니아는 독성이 매우 강한 물질로, 누출이 발생할 경우 인명과 환경에 심각한 피해를 초래할 수 있다. 누출된 암모니아는 증기 상태로 빠르게 확산되며, 이를 흡입하거나 피부에 접촉할 경우 인체에 치명적인 해를 끼칠 수 있다. 또한, 암모니아는 높은 인화점을 가지고 있음에도 불구하고, 가연성 물질과 접촉 시 폭발적인 화재를 유발할 수 있어 큰 위험을 동반한다
3.4 수소 선박연료 사고원인
수소는 높은 압력과 낮은 온도에서 저장되기 때문에, 탱크의 구조적 결함이나 제조상의 문제는 누출 및 폭발로 이어질 가능성이 매우 크다. 수소탱크 게이지 불량과 밸브 고장으로 인한 폭발 사고가 빈번히 발생되고 있으며, 수소의 저장 및 이송 과정에서 밸브나 게이지와 같은 부품의 신뢰성이 떨어 지면, 과충전이나 폭발 사고가 발생할 수 있는 것을 과거 사고 사례에서 찾아볼 수 있다. 또한 2019년 강릉 수소 폭발사 고는 수소탱크 내에 폭발한계를 초과하는 산소가 혼입되어 발생한 사고로 운영 과정에서의 혼합물 관리가 매우 중요하 다는 것을 알 수 있다. 수소 연료 시스템에서 산소의 혼입을 방지하기 위한 철저한 관리와 모니터링이 필요하다. 수소 추진 선박에서 예상되는 사고의 주요 원인은 Table 7과 같다.
4. 친환경 선박연료 사고 특성
4.1 사고 사례분석 기반 사고 특성 분석
친환경 연료 선박사고의 주요 원인은 인적오류로, 선원의 실수나 부주의, 잘못된 의사결정 및 항법 오류 등이 많으며, 이는 선박 간 충돌, 좌초 등의 대형사고를 유발한다. 또한 기상악화, 좁은 해로, 혼잡한 항로 등의 환경적 요인도 충돌 사고 위험을 증가시킨다. 항만 내에서의 접안 및 이안 과정에서도 부주의나 판단 오류, 기계적 고장으로 인해 사고가 발생할 수 있으며, 특히 대형 선박의 경우 정밀한 조작 실패로 사고 가능성이 커진다.
친환경 선박연료 벙커링 과정에서 발생할 수 있는 사고 중 하나는 선박의 불안정성이나 외부 충격으로 인한 벙커링 배관 파손이다. 이로 인해 연료가 누출될 수 있으며, 안전장치가 제대로 작동하지 않으면 대형 사고로 이어질 위험이 있다. LNG, 메탄올, 암모니아, 액화수소 등의 연료는 각 연료의 특성에 따라 벙커링 과정에서 부식, 독성, 산소혼입, 극 저온 문제로 인한 사고 위험이 있으며, 이를 예방하기 위한 적절한 안전장치가 필수적이다. 또한, 작업자의 부주의로 인한 누출사고는 작업절차의 오류나 장비 및 설비의 파손으로 이어질 수 있으며, 대형 사고로 확대될 수 있다. 특히 LNG 및 액화수소 연료를 사용하는 선박의 경우, BOG(Boil-off Gas) 처리 시스템의 안정적 작동이 필수적으로 극저온 상태에서 배관 및 탱크가 파손되거나, 안전장치가 오작동할 경우 사고 가능성이 크게 증가한다.
선내에서 발생할 수 있는 누출사고는 배관 노후화, 외력에 인한 배관파손, 밸브 고장, 안전밸브 및 안전장치 미작동, 탱크결함, 게이지불량으로 인한 과압 등 연료탱크와 연료시스템에서 발생 가능할 확률이 높다. 또한 연료의 특성에 따라 저온 취성, 부식, 산소혼입 및 화학반응으로 인한 폭발 등의 문제를 발생시킬 수 있다.
선박 내부는 밀폐된 공간이 많아 누출로 인한 질식 등의 인명사고가 발생할 경우가 높으며, 가스연료의 누출은 밀폐된 공간에 축적되어 화재 및 폭발의 위험성을 높인다. 선박 외부에서 발생되는 누출사고는 주로 연료 및 화물의 벙커링 과정에서 오작동, 인적오류로 인해 발생되며, 충돌로 인해 선박 내외·부 연료 배관 및 화물 및 연료탱크에 직접적인 충격으로 인해 화재 및 폭발로 이어질 수 있다. 데크 상부에 노출된 매니폴드의 배관 및 밸브는 외부 충격(외부 충돌, 크레인 작동오류 및 낙하물 등)에 쉽게 파손될 수 있다. 또한 해양환경의 특성상 염분에 의한 부식, 연료의 특성에 따른 부식, 선박의 진동, 저온 취성 등 배관 및 밸브 등의 파손으로 누출사고가 발생할 수 있다.
4.2 FRAM 분석을 이용한 사고 특성 분석
FRAM(Functional Resonance Analysis Method)은 정상적인 성공 상황에서 시스템의 기능과 상호작용을 분석하고 모델링 해 실제 작업이 이루어지는 상황을 이해하는 기법이다. 실제 작업에서 발생할 수 있는 수행 변동성과 이의 파급효과를 분석해 수행 변동성을 관리하는데 유용한 정보를 제공한다(Choi and Ham, 2020).
친환경 연료 추진선 운항시 발생할 수 있는 수행 변동성에 따른 사고를 FRAM 기법을 통해 분석하였다. 친환경 선박연료를 운반하는 친환경 추진선박이 운항계획부터 하역까지를 주요 기능으로 구분하고, 각 기능에 대한 변동 가능 성과 이로 인한 파급 영향에 대해 Table 8과 같이 정리하였 다. Fig. 5는 FRAM 모델을 기반으로 친환경 선박연료 추진 선박의 운항 시나리오를 분석하였다. 친환경 선박연료의 관리는 연료 벙커링, 화물적재, 화물 모니터링, 누출감지에 따른 대응 등 전반적인 선박운항과 관련된 많은 부분에 연결되어 변동 가능성이 클 것으로 예상된다. 또한 선박운항 기능에 다양한 정보가 연결되어 변동 가능성이 높으며, 특히 악천후 등의 기상정보는 직접적인 선박 운항과 관련된 기능으로 선박의 사고로 이어질 가능성이 높다.
5. 결 론
친환경 선박연료의 사용은 해운산업의 탈탄소화 및 환경 규제 대응을 위한 필수적인 변화이지만, 이로 인한 사고 위험성도 증가하고 있다. LNG, 메탄올, 암모니아, 액화수소와 같은 친환경 연료는 각기 다른 물리적, 화학적 특성을 가지며, 이러한 특성에 맞는 안전한 취급과 관리가 요구된다.
친환경 선박연료의 주요 사고원인으로는 인적오류, 기술적 결함, 환경적 요인 등이 있으며, 특히 벙커링 과정에서의 누출 및 파손이 사고로 이어질 가능성이 크다. 또한, 극저온, 부식, 산소 혼입 등의 물리화학적 특성으로 인해 배관 및 탱크가 파손될 위험이 있으며, 이는 대형 사고로 확대될 수 있다. 선박 내부의 밀폐된 공간에서는 연료의 누출이 질식, 화재, 폭발 등 인명피해로 이어질 위험이 크다. 외부 충격으로 인한 배관파손 및 배관 노후화, 안전장치 미작동, 장비 오작동으로 인한 사고도 빈번하게 발생할 수 있음을 관련 사고 사례를 통해 알 수가 있었다. 또한 FRAM 기법을 통해 친환경 선박 운항 과정에서 발생할 수 있는 다양한 수행 변동성은 직접적인 사고의 원인이 될 수 있음을 보여주었다.
결과적으로, 사고 사례분석과 FRAM 분석이 공통적으로 인적, 기술적, 환경적 변동성이 친환경 선박의 사고원인으로 도출됨을 확인하였다. 사고를 예방하고 줄이기 위해서는 변동성을 최소화하고, 인적/기술적 오류를 없애고 환경적 변화에 최적화된 대응이 필요할 것으로 판단된다.
이러한 연구내용을 기반으로 친환경 선박 운항에서 다양한 오류와 변동성을 최소화하기 위한 연구가 지속적으로 필요할 것으로 보이며, 이에 따른 체계적인 사고 대응 시스템이 구축되어야 할 것이다.
