1. 서 론 Other SectionsAbstract초록1. 서 론 2. 기초자료 설정 3. 분석 방법론 4. 분석 결과 5. 결론 및 시사점 후 기FigureTableReference

우리나라의 대기오염물질 배출 관리는 1991년 ^「대기환 경보전법_」이 시행되며 본격적으로 시작되었으며, 시행 이래로 이산화질소(Nitrogen Dioxide, NO₂), 이산화황(Sulfur Dioxide, SO₂), 일산화탄소(Carbon Monoxide, CO), 미세먼지 (Particulate Matter 10, PM₁₀)와 같은 오염물질들이 꾸준히 감소하는 추이를 보이고 있다(NIER, 2023). 그러나 초미세먼지 (Particulate Matter 2.5, PM_2.5), 오존(Ozone, O₃) 등 2차 오염물질 의 농도는 감소 추이가 미미하거나 오히려 증가하는 등 기존의 주된 관리 대상이었던 대기배출시설, 자동차 외의 배출원 관리 필요성이 대두되었으며, 이에 기존 관리 사각지 대였던 선박 등 비도로이동오염원에 대한 관리 대책이 수립되기 시작하였다. 정부 차원의 선박 대기오염물질 배출원 관리는 2017년 ‘미세먼지 관리 종합대책’ 내 비도로 수송부문 중점 추진과제에 포함되어 본격적으로 관리되기 시작하였으며(Government Ministries Joint, 2017), 2019년 ^「미세먼지 저감 및 관리에 관한 특별법(‘미세먼지법’)_」, 2020년 ^「환경 친화적 선박의 개발 및 보급 촉진에 관한 법률(‘친환경선박 법’)_」, ^「항만지역등 대기질 개선에 관한 특별법(‘항만대기 질법’)_」을 통해 선박 및 항만 배출원의 친환경 전환을 목표로 정책이 수립되었다.

국제사회 또한 선박의 친환경 탈탄소화를 목표로 여러 규제를 시행하고 있다. 국제해사기구(International Maritime Organization, IMO)는 MARPOL 협약을 통해 질소산화물(NOx) 및 황산화물(SOx)에 대한 기준을 설정하고 있으며, NOx는 선박 엔진 배출량, SOx는 연료의 황함량을 규제하고 있다 (IMO, 2017). 또한 2050년 국제해운 Net-Zero를 목표로 설정하 였으며(IMO MEPC, 2023a) 이를 달성하기 위하여 온실가스 배출규제를 시행하고 있다(IMO MEPC, 2021). 국제해운은 점차 강화되는 환경 규제에 대응하기 위하여 대체연료 상용화를 위한 기술 개발에 박차를 가하고 있다.

우리나라 또한 선박의 친환경 전환 보급·촉진을 통해 배출감축, 탄소중립에 이바지하기 위하여 ^「친환경선박법_」을 ’20년 부로 시행하였으며, ‘친환경선박 인증제’, ‘친환경선박 보급지원사업’ 등 친환경선박 유도 정책이 시행되고 있다. 이와 더불어 선박으로 인한 항만 지역의 대기오염이 심각해짐에 따라 항만 배출원의 체계적 관리를 통한 대기질 개선을 목적으로 ^「항만대기질법_」이 ’20년 부로 시행되었으며 해당 법을 통하여 항만대기질 관리구역 설정, 항만 지역의 대기오염물질 측정망 설치·운영 명시, 배출규제해역(ECA) 내 선박 연료유 황함유량 규제, 저속운항해역 지정 등 선박 배출원 관리 방안이 법령화되었다.

국가통계에 따르면 항만 지역의 대기오염물질 배출량은 선박기인 배출량의 비중이 매우 큰 것으로 파악된다. Fig. 1 상단에서 보는 바와 같이 2020년 기준 국내 PM_2.5 배출량 중 선박 배출량은 14%를 차지하며, 특히 물동량 기준으로 국내 최대 항만도시인 부산광역시의 경우 Fig. 1 하단과 같이 시도 배출량 중 43%에 해당하는 양이 선박 배출량임을 보인다 (NAIR, 2023a). 선박과 같이 배출원 중분류(2nd-Level)에 불과한 오염원이 지역 내 배출량의 절반 가까이 차지하는 경우는 매우 이례적이다.

Moon and Seo(2019)는 화학수송모델을 통하여 배출원별 대기오염물질(NOx, SOx, PM_2.5) 배출량의 농도 기여도 분석을 수행하였으며, 선박으로 인한 우리나라 대기질 오염이 상당히 심각한 수준임을 시사 하였다. 국내 선박 대기오염물질 배출량의 미세먼지 농도 기여도는 전국 평균 0.57㎍/㎥이며 이는 전국 석탄발전소 배출량 기여도 0.59㎍/㎥와 유사한 수치이다. Fig. 2 는 국내 선박 대기오염물질 배출량의 지자체별 PM_2.5 농도 기여도를 나타낸 것으로 이를 살펴보면 부산이 1.39㎍/㎥로 가장 큰 영향을 받는 것으로 나타났으며, 울산(1.07㎍/㎥), 전남(0.97 ㎍/㎥) 등 국내 주요 항만이 위치한 지자체가 그 뒤를 이었다.

선박 배출 대기오염물질은 우리나라 미세먼지 농도에 큰 영향을 주고 있으며, 어선 등 국내 연근해 소형선박의 배출량 또한 대기질에 적잖은 영향을 주고 있는 것으로 여러 연구 결과를 통해 분석되었다.(Moon and Seo, 2019.; Choi et al., 2021;Kim et al., 2022.) 이는 우리나라 대기질 개선에는 국제 해운선박의 친환경연료 전환과 더불어 연근해 선박의 친환 경선박 전환 또한 중요함을 시사하고 있으며(Lee et al., 2020) 선박 배출 대기오염물질의 제어를 위한 연구도 활발히 진행되고 있다(Lee et al., 2018.; Choe et al., 2022.; Lim and Im, 2022.; Ko et al., 2023.). 또한 선박의 친환경 전환을 위한 기술 도입은 시간이 소요되고 비용이 크기 때문에 구체적인 보급 전략과 정량적으로 산정된 효과 예측이 필수적이다. 그러나 친환경선박 전환에 따른 기술별 저감 효과를 정량적으로 연구한 사례는 미흡한 상황이며 정부의 공식적인 감축량 산정 지침조차 친환경 관련 기술은 저유황유 사용 및 DPF에 의한 감축량 산정방법만 제시할 뿐이다(NAIR, 2024.).

본 연구는 기존의 현황 및 기술 개발 중심 연구와 달리 국내 연근해를 운항하는 선박에 친환경 기술의 도입 시 대기오염물질 개선 효과를 정량적으로 규명하여 정책적 방향을 제안하고자 한다. 선박 제원을 검토 후 기술 적용 대상을 설정하고, 기술별 저감 효과를 정량화하였다. 이후 연도별 친환경선박 보급 확산 시나리오를 수립하였으며, 저·무탄소 대체 연료 기술 또는 후처리기술 적용 선박의 기준연도 대비 친환경 기술에 의한 시나리오별 미세먼지 감축량을 산정하였다.

2. 기초자료 설정 Other SectionsAbstract초록1. 서 론 2. 기초자료 설정 3. 분석 방법론 4. 분석 결과 5. 결론 및 시사점 후 기FigureTableReference

2.1 분석 대상 설정

먼저 분석의 범위를 정의하기 위하여 대상 선박 및 지역을 선정하였다. 분석 범위는 국내 연근해를 운항하는 선박으로 제한하였으며 대상 선박의 선종은 친환경 기술 적용에 필요한 공간·용적 한계 등에 따라 레저선을 제외한 화물선, 여객선, 어선으로 설정하였다. 산정 대상 대기오염물질은 전구 물질을 고려하지 않은 직접배출 PM₁₀ 및 PM_2.5로 설정하였다.

2.2 기준 배출량(Baseline Emissions) 설정

기술별 배출감축량을 산정하기 위해서는 비교의 기준이 되는 모수 값이 필요하며 이를 설정하기 위하여 우리나라의 대기오염물질 배출량 통계를 분석하였다. 우리나라는 ^「대기환경보전법_」제17조(대기오염물질의 배출원 및 배출량 조사)에 의거, 국가 대기오염물질 배출량을 산정하고 있으며 해당 배출량은 국내 배출원에 한정한다. 국가 배출량은 ‘대 기정책지원시스템’(Clean Air Policy Cupport System, 이하 ’CAPSS’)(NAIR, n.d.) 아래에서 산정·관리되고 있다. CAPSS를 통해 산정된 연도별 국가 대기오염물질 배출량은 9가지 대기오염물질(NOx, SOx, TSP, PM₁₀, PM_2.5, VOCs, CO, NH₃, BC) 에 대한 배출량을 제공하며, CAPSS 배출원 분류체계에 따라 지역별, 연료별 배출량 정보를 제공하고 있다. CAPSS 배출원 분류체계는 배출원 특성에 따른 13종의 대분류 및 그 하위 분류로써 중·소분류를 가지며, 대분류는 에너지산업 연소, 비산업 연소, 제조업 연소, 생산공정, 에너지수송 및 저장, 유기용제 사용, 도로이동오염원, 비도로이동오염원, 폐기물처리, 농업, 기타 면오염원, 비산먼지, 생물성 연소로 구분되어 있다. 선박은 비도로이동오염원-중분류로 산정되고 있으며, 여객선, 화물선, 어선, 레저선과 같은 소분류로 배출량을 제공하고 있다. 또한 각 배출량은 사용 연료에 따라 벙커 A·B·C유, 중유, 경유, 휘발유와 같은 연료별 배출량을 제공하고 있다. CAPSS 배출원 분류체계에 따른 비도로이동오염 원에 대한 선박 배출량의 분류체계 및 연료 분류 정보를 정리하면 Table 1과 같다.

NAIR(2023b)에 따르면 국가 대기오염물질 배출량은 활동도(Activity Data)와 배출계수의 곱으로 산정된다. 활동도는 대기오염물질을 배출하거나 에너지를 소비하는 활동을 뜻하며 배출량의 정량적 척도에 해당한다.

선박 배출량의 활동도는 연료 사용량(여객선), 판매량(어 선) 또는 수집 자료의 한계로 인한 연료 사용량 추정치(화물선, 레저선)를 활용하고 있다. 또한, CAPSS에 따라 산정된 국가 대기오염물질 배출량은 산정방법의 한계로 인해 외항선 운항모드 등 일부 선박 배출량이 누락되어 있다. 그러나, CAPSS는 국내 인근 연근해 운항 선박을 대상으로 배출량을 산정하기 때문에 본 연구의 대상인 국내 연근해 운항 선박의 제원 및 배출량 자료로 활용될 수 있다. 본 논문에서는 2020년부터 2050년까지 10년 단위의 친환경선박 전환 시나리오를 수립하기 위하여 국가 공식 통계인 2020년 국가 대기오염물질 배출량(CAPSS 2020)을 배출량 기초자료로 활용 하였다.

2.3 친환경 기술 목록 설정

친환경선박으로의 전환 효과를 산정하기 위해서는 선박에 적용할 수 있는 친환경 기술별 특성을 정리한 목록 자료가 필요하다. 본 연구에서는 국제청정교통위원회(International Council on Clean Transportation, ICCT) 주관으로 선박 배출 블랙카본 제어 조치(Measure)에 대하여 논의한 작업반 결과 문서를 활용하였다(IMO PPR, 2018). 해당 문서는 2019년 개최된 IMO 제6차 해양오염방지대응 전문위원회(PPR 6)에서 ‘의 제 7: 국제운항선박에서 배출되는 블랙카본(BC)이 북극 지역에 미치는 영향’(Agenda 7 : CONSIDERATION OF THE IMPACT ON THE ARCTIC OF EMISSIONS OF BLACK CARBON FROM INTERNATIONAL SHIPPING) 정보문서로 보고되었다(IMO PPR, 2018). 선박에서 배출되는 블랙카본은 미세먼지와 같은 입자상물질의 구성성분으로 존재한다. 입자 상물질 중 블랙 카본만을 선택적으로 저감할 수 없기에 IMO PPR에서는 입자상물질의 특성을 기반하여 블랙카본 규제, 측정 및 샘플링을 논의하고 있다(KIMST, 2021;Ko et al., 2023).

작업반은 Table 2에 따라 저감 효과(Effectiveness), 기술 타당성(Feasibility), 가용성(Availability), 적응성(Applicability), 타 오염물질 영향(Co-emitted pollutants), 기타(Other)와 같은 6가지 인자를 검토하여 LNG, 바이오디젤, DPF 등 18가지 블랙 카본 제어 조치를 평가하였다(IMO PPR, 2018). 해당 문서에서 평가된 기술정보를 근거하여 최종적으로 친환경 기술 목록을 설정하였다. 블랙카본 제어 조치 중 이미 상용화되었거나, 적용 또는 기반 구축에 기술적·경제적·안전성 문제가 존재하는 경우 목록에서 제외하였다. 또한, 황산화물 규제인 IMO 2020(IMO MEPC, 2016) 시행에 따라 국제해운 선박은 의무적으로 저유황유를 사용하거나 스크러버를 운용하여야 하므로 개질 연료, 스크러버 또한 제외하였다. 그리고 IMO 정보문서(IMO PPR, 2018.) 내에서 블랙카본 저감 효과에 대한 평가 근거자료가 부족하거나 없을 시에도 목록에서 제외 하였다.

기술별 특성을 검토한 결과 Table 3과 같이 LNG/LPG, 바이오연료, 메탄올, DPF, 풀 배터리, 배터리 하이브리드, 연료 전지, 암모니아 내연기관 총 8가지 기술로 친환경 기술을 목록화하였다.

LNG는 LPG를 포함하여 기술 효과를 정의하였다. 바이오 디젤은 바이오중유를 포함하여 바이오연료로 정의하였다. 바이오연료는 별도의 개조 없이 사용 가능한 드롭인 연료이며 단기적인 환경규제 대응을 위한 대체연료로 주목받고 있다. 메탄올은 상온에서 액상을 유지하며 생산기술 성숙도가 높아지면 e-메탄올이 상용화되어 무탄소 연료로 널리 활용될 수 있으므로 중/장기적 감축 수단으로 설정하였다. DPF는 단기적인 입자상물질 감축 조치로써 선박에 설치되고 있기에 당장 가용한 기술로 설정하였다. 배터리 전기추진시스템은 Tank to Wake 관점에서 대기오염물질 및 이산화탄소를 배출하지 않는 무배출 연료이다. 배터리 하이브리드 시스템은 풀 배터리 시스템과 비교하여 더욱 오랜 시간을 운항하고 출력 부하 변동이 잦은 선박에 대한 대체제로 가정하였다. 연료전지는 Well to Wake 관점에서 완전한 무배출 추진을 실현할 수 있으며 액화연료를 사용하여 배터리 추진선박과 비교하여 비교적 오랜 시간을 운항하는 선박에 적용할 수 있다. 암모니아 내연기관의 경우 기존 내연기관 대비 이산화탄소 및 미세먼지를 적게 배출하며 2행정 저속 디젤 기관의 대체제로써 고려되고 있으므로 기술 목록에 선정하였다.

또한 DPF, LNG/LPG, 메탄올, 전기추진, 하이브리드, 연료 전지 및 암모니아 내연기관 적용 선박은 ^「친환경선박법_」 에 따른 “환경친화적 선박”에 해당하며, 바이오연료는 국제 해운 CII 규제를 별도 개조 없이 즉각 대응할 수 있는 대체 연료이다(KMC, 2023). 이와 같은 요인에 따라 상기 8가지 기술을 친환경 기술 목록으로 설정하였다.

2.4 선박 제원자료

친환경 기술의 적용 대상 선박을 설정하기 위해 각 선박의 제원 자료를 분석하였다. 본 연구에서는 국내 연근해를 운항하는 선박을 대상으로 하며, 선박의 목적과 용적, 연료 유형에 따른 기술 적용 가능성을 평가했다. 분석에 필요한 선박 제원 자료는 국내 대기오염물질 배출량(CAPSS)을 통해 확보하였으며, 일부는 한국해양교통안전공단 자료를 참고하였다. 선박의 제원 자료는 선종(화물선, 여객선, 어선), 총톤 수(GT), 선령, 기관 출력, 사용 연료 종류 및 사용량(에너지 정보)을 기준으로 수집되었다. 예를 들어, CAPSS 데이터베이스 내 화물선과 여객선의 연료 사용량과 배출량 데이터를 활용하였으며, 어선의 경우 CAPSS 내 연료 사용량 자료 외에도 한국해양교통안전공단(KOMSA)의 선박검사대상 현황 자료(KOMSA, n.d.a) 및 여객선 정보(KOMSA, n.d.b)를 통해 선 박별 세부 제원을 보완하였다. Table 4에 이를 요약하였다.

3. 분석 방법론 Other SectionsAbstract초록1. 서 론 2. 기초자료 설정 3. 분석 방법론 4. 분석 결과 5. 결론 및 시사점 후 기FigureTableReference

3.1 시나리오 수립

본 연구는 Fig 3과 같이 2030년, 2040년, 2050년을 목표 연도로 한 단기, 중기, 장기 시나리오를 수립하여 저감 기술의 적용 가능성과 효과를 예측하였다. 우리나라의 친환경선박 전환을 위한 추진전략인 ‘제1차 친환경선박 개발·보급 기본 계획(’21~’30)’(Ministry of Oceans and Fisheries, 2020a)의 계획 기간을 참고하여 10년 단위의 시나리오를 구성하였다. 시나리오별로 적합한 저감 기술을 단계적으로 적용하며, 각 시나리오에서 2020년 선박 제원을 기준으로 특성에 맞는 기술적 대안을 구체적으로 제시하였다. 현시점에서 2050년 전망은 기술 성숙도, 에너지 공급·수요량에서 불확실성을 가지며 이를 보완하기 위하여 3가지 시나리오로 구성하였다.

Choi et al.(2023)은 온실가스와 대기오염물질은 배출원과 배출활동에 유사성이 있어 탄소중립 정책 추진 과정에서 대기오염 저감이 동시에 이루어질 가능성이 크다고 하였으며, 그 연구 결과 탄소중립 정책 추진을 통해 대기오염물질별 4~20% 동시감축(Co-Control) 효과가 나타날 것을 정량적으로 분석하였다. 해당 연구결과는 탈탄소화 정책 추진과 대기오염물질 저감 효과가 서로 연결성(Coupling)을 가진다는 것을 확인하였으며 이에 따라 본 연구는 해운분야 탈탄소화에 따른 대기오염물질 저감 효과 시나리오를 수립하였다.

2050년 탈탄소화 미달성(Shortfail decarb) 시나리오는 탈탄소화 기술개발 정체, 보급 지연 등으로 국내 연근해 운항선 박의 화석연료 퇴출이 완전히 이루어지지 않을 경우를 가정 하였다. 2050년 탈탄소화(Decarbonization) 시나리오는 성공적으로 해운에서의 탈탄소화가 이루진 경우로 설정하였다. 2050년 휘발유 탄소저감(Gasoline decarb) 시나리오는 해운부문의 성공적인 탈탄소화와 더불어 휘발유 사용 소형선박도 탄소저감에 동참하여 소형 LPG 추진체로 전환하는 시나리오를 가정하였다.

시나리오별 기술은 해당 시점에서의 기술 성숙도를 고려 하였으며 이는 ABS(ABS, 2022) 및 Clarksons Research(Clarksons Research, 2020)를 참고하였다. ABS는 미래 선박 연료 사용량에 대하여 전망하였으며 연도별 선박 연료 사용량을 Fig. 4 와 같이 전망하고 있다. Fig. 4에 따르면 기존 선박유의 비중은 점진적으로 감소하는 추세를 보이며, 수소와 같은 저·무탄소 연료의 비중이 점차 늘어나는 추이를 보인다. ABS는 LNG/LPG의 비중이 늘어나는 추세를 보이다 50년까지 감소할 것으로 전망하였다.

Clarksons Research는 Fig. 5를 통해 미래 선박 발주 시나리오를 제시하고 있다. 연도별 기존 선박유, LNG, 무탄소 연료 선박의 GT 기준 비중을 전망하였으며, 2036년까지 LNG 추진선 발주량이 가장 큰 비중을 차지하지만 이후 무탄소 추진선이 빠르게 시장을 점유할 것으로 예상하였다.

상기 ABS(2022) 및 Clarksons Research(2020)의 친환경선박 기술, 대체연료 전망을 참고하여 2030, 2040, 2050년의 주 활용 기술을 설정하였다. 단기적으로는 선박유 배출 저감을 위한 DPF와 LNG 등 비교적 기술 수준이 높고 즉시 활용이 가능할 것으로 예상되는 기술을 적용하여 시나리오를 구성 하였으며, 현재 기술 수준이 낮은 무탄소 연료기술은 낮은 활용도를 가질 것으로 가정하였다. 2050년까지 지속적인 연구개발을 통해 무탄소연료 기술수준 향상을 기반하여 점진 적으로 무탄소 연료 기술이 확산될 것으로 가정하였다.

기술 적용 대상선박 제원은 Clarksons Research(n.d)의 현존 (Exist), 수주(Order) 선박 정보 및 KOMSA(n.d.a;n.d.b) 자료를 통계적으로 분석하여 기술 적용 대상의 평균적인 톤수, 출력 등을 참고 후 설정하였다.

Table 5는 2030년 단기 시나리오의 기술별 전환 대상 선박 제원, 저감률(Reduction Rate, RR) 그리고 설정 근거(Ref.)를 정리한 표이다.

2030년 단기 시나리오에서 적용되는 친환경 기술은 DPF, LNG/LPG, 메탄올, 배터리 하이브리드, 바이오연료로 설정하 였으며 풀 배터리. 연료전지, 암모니아 내연기관은 2030년 내에 기술 성숙도가 상용화 수준에 도달하지 못할 것으로 전망되어 제외하였다. 현재의 기술 수준을 크게 벗어나지 않는 선에서 친환경선박이 확산이 되었음을 가정하여 문헌 및 통계 자료를 기반하여 적용 대상 선박의 제원을 설정하였다.

Table 6, Table 7을 통해 2040년 중기 시나리오의 기술별 전환 대상 선박 제원, 저감률 그리고 설정 근거를 나타내었다.

2040년 중기 시나리오는 탄소중립 연료 전환의 과도기로서 기존 연료 사용 선박과 저·무탄소 연료 선박이 혼재할 것으로 전망되며 근거자료 부족으로 인하여 2040년 기술 성숙도, 국제해운 규제 상황 등에 대한 연구진의 가정이 일부 적용되었으며, 중기 시나리오에서는 환경 규제의 강화 및 대체연료 기술 발전에 따라 저·무탄소연료 추진 선박 보급이 활성화되기 시작할 것으로 예상하였다.

2050년 탈탄소화 미달성 시나리오의 기술별 전환 대상 선박 제원, 저감률 그리고 설정 근거를 Table 8 및 Table 9로 정리하였다.

2050년 탈탄소화 미달성 시나리오는 화석연료 퇴출이 완전히 이루어지지 않았으므로 DPF 및 바이오연료 기술이 여전히 사용 중이며 풀 배터리 전기추진 및 하이브리드 시스템이 함께 사용될 것으로 전망하였다.

Table 10은 2050년 탈탄소화 시나리오에 따른 기술별 선박 제원 정보 등을 정리하여 나타내었다.

2050년 탈탄소화 시나리오는 IMO의 해운 분야 온실가스 무배출(Net-Zero) 목표 달성 및 연근해 선박 무배출 연료 전환을 가정하여 시나리오를 가정하였다. 화석연료 사용 선박을 대상으로 하는 DPF 및 바이오연료 기술은 2050년 탈탄소화에 따라 사용되지 않을 것으로 전망하였다.

2050년 휘발유 탄소저감 시나리오의 친환경 기술 목록, 선박 대상 제원 등은 아래 Table 11과 같다.

2050년 휘발유 탄소저감 시나리오는 탈탄소화 시나리오에 더하여 소형어선 등에 사용되는 휘발유 선외기의 연료 전환을 가정하였다. 2050년 탈탄소화 시나리오에서 LNG/LPG 연료 대상에 휘발유 연료를 포함하였으며 타 기술의 대상 선박은 장기 탈탄소화 시나리오와 모두 같다.

3.2 감축량 산정방법

친환경 기술 적용에 따른 감축량(Emission Reduction, ER)은 대상 선박의 배출량에 해당 기술의 저감률(RR)을 곱하여 산정하였으며 중복 산정을 방지하기 위하여 각 선박은 시나리오 내에서 오직 한가지 기술만을 적용받도록 설정하였다. 감축량 산정 방법론은 NAIR(2024)의 선박 DPF, 육상오염원 정책 감축량 산정식 및 IMO MEPC(2023b)의 화석연료 대비 바이오연료 감축량 요건을 근거하여 대체연료 전환 시 감축 량으로 확대 적용하였다.

본 연구는 앞서 설정된 선박 제원 정보를 기반하여 선종별, 선박 제원별 기준 배출량을 설정하였으며, 시나리오 내 친환경 기술 정보에 따른 대상 선박의 배출량을 식별 후 기술별 저감률을 곱하여 기술별 감축량을 산정하였다. Fig. 6 은 상기 기준 배출량 설정 및 감축량 산정 체계를 나타낸 것이다.

4. 분석 결과 Other SectionsAbstract초록1. 서 론 2. 기초자료 설정 3. 분석 방법론 4. 분석 결과 5. 결론 및 시사점 후 기FigureTableReference

4.1 시나리오별 감축량 산정 결과

앞서 설정한 5가지 시나리오에 대한 친환경 기술별 PM₁₀ 및 PM_2.5 감축량을 산정한 결과이다. 잔여 배출량(Remaining Emissions)은 친환경 기술로 인해 감축 후 남아있는 배출량이며, 기준 배출량에서 총 감축량을 차감한 배출량으로 정의 하였다.

Table 12 및 Table 13은 2030년 단기 시나리오의 PM₁₀ 및 PM_2.5 기술별 감축량을 나타낸 것으로, PM₁₀ 총 2,142톤, PM_2.5 총 1,953톤으로 산정되었다. 이는 기준 배출량의 30%(PM₁₀), 29%(PM_2.5)에 해당하는 양이 저감기술로 감축될 수 있음을 의미한다. 2030년 친환경 기술 중 가장 큰 감축 효과를 보인 기술은 바이오연료로 분석되었으며 PM₁₀ 877톤, PM_2.5 799톤을 감축하여 총 감축량 중 41%(PM_2.5 기준)를 차지하는 것으로 분석되었다. 배터리 하이브리드 시스템은 기술 적용 대상이 적고 저감률 또한 낮음에 따라 약 3톤(PM_2.5 기준) 수준 의 감축량을 보였다.

Table 14 및 Table 15를 통해 2040년 중기 시나리오 감축량을 정리하였으며, 총 감축량은 PM₁₀ 3,359톤, PM_2.5 3,066톤으로 분석되었다. 두 물질 모두 기준 배출량의 46%에 해당하는 수치를 감축할 수 있을 것으로 예상되었다. 감축량이 가장 큰 기술은 메탄올이며 PM₁₀ 913톤, PM_2.5 827톤을 감축할 것으로 산정되었다. 가장 낮은 감축량을 보인 기술은 연료 전지이며, PM₁₀ 99톤, PM_2.5 90톤으로 나타났다.

2050년 탈탄소화 미달성 시나리오의 감축량은 Table 16 및 Table 17과 같다. PM₁₀ 총 3,715톤, PM_2.5 총 3,388톤을 감축할 수 있을 것으로 예상되며 이는 두 물질 모두 기준 배출량의 51%에 해당한다. LNG/LPG 연료는 기준 배출량 대비 PM₁₀ 14%(988톤), PM_2.5 13%(896톤)를 저감 할 것으로 예상되며 메 탄올 연료는 PM₁₀ 및 PM_2.5 13%(각 935톤, 847톤)를 감축할 것으로 전망된다. 탈탄소화 미달성 시나리오에서 가장 적은 감축량을 보인 기술은 연료전지이며 PM₁₀ 98톤, PM_2.5 89톤을 감축할 것으로 예상하였다.

Table 18, Table 19는 2050 탈탄소화 시나리오의 감축량 산 정 결과이다. 총 감축량은 PM₁₀ 5,519톤, PM_2.5 5,030톤으로 나 타났다. 암모니아 내연기관은 시나리오 내에서 가장 큰 감 축량을 보이며 두 물질 모두 총 감축량의 39%(PM₁₀ 2,162톤 PM_2.5 1,961톤)를 차지하는 것으로 분석되었다. 탈탄소화 시 나리오에서 가장 낮은 감축량을 보이는 기술은 메탄올 연료 이며 기준 배출량 대비 약 9%(PM₁₀ 631톤, PM_2.5 572톤)를 감 축할 것으로 예상된다.

Table 20 및 Table 21은 2050년 휘발유 탄소저감 시나리오 의 기술별 감축량이며, 탈탄소화 시나리오에서 감축되지 않 던 소형 휘발유 선박의 배출량이 추가 감축되어 총 감축량 PM₁₀ 6,062톤, PM_2.5 5,573톤을 기록하였다. 시나리오 내에서 LNG/LPG 연료의 PM₁₀ 감축량은 1,436톤이며 탈탄소화 시나 리오의 LNG/LPG PM₁₀ 감축량 893톤과 비교하여 544톤 상승 하였다.

4.2 대기질 개선에 따른 환경편익 분석

PM_2.5 감축으로 인하여 야기되는 2050년 단년도 대상 환경 편익을 4.1장에서 산정된 2050년 PM_2.5 감축량에 단위 피해비용(Unit Damage Cost)을 곱하여 추정하였다. 단위 피해비용은 PM_2.5 농도 증가 또는 감소로 예상되는 조기사망의 피해비용을 화폐로 나타낸 수치이며, 환경가치종합정보시스템(Environmental Valuation Information System, EVIS)의 대기오염 건강 피해비용 산정 결과를 참고하였다. EVIS는 환경서비스 화폐가치 메타정보를 DB화하여 환경·경제 통합분석 사례연구 결과에 기반한 정책 및 사업의 사전·사후 평가 툴킷을 지원하는 온라인 플랫폼이다(EVIS, 2018). 아래 Table 22에 단위 피해비용을 나타내었다.

Table 23은 2050년까지 PM_2.5 감축을 통해 기술별로 기대되는 환경편익을 분석한 결과를 제시하고 있다. 환경편익은 앞서 설정된 2050년의 3가지 시나리오에 따라 구분하여 산출되었다.

탈탄소화 미달성 시나리오의 총 환경편익은 954,978백만 원으로 추산되었으며, 기술별로 LNG/LPG(252,482백만원)와 메탄올(238,740백만원)의 기여도가 가장 높게 나타났다. 이 시나리오에서는 DPF(82,760백만원)와 바이오연료(86,026백만 원)의 기여도는 상대적으로 낮게 평가되었다.

탈탄소화가 이루어진 경우, 총 환경편익은 1,417,610백만 원으로 증가하며, 가장 높은 편익을 제공한 기술은 암모니아 내연기관(552,749백만원)으로 나타났다. 풀 배터리(261,846 백만원)와 연료전지(207,060백만원)도 주요 기술로 높은 기여도를 보였다.

휘발유 탄소저감 시나리오에서는 총 환경편익이 1,570,816 백만원으로 가장 높은 결과를 보였으며, 주요 기여 기술은 암모니아 내연기관(552,749백만원)과 LNG/LPG(387,823백만 원)으로 나타났다.

암모니아 내연기관은 탈탄소화 및 휘발유 탄소저감 시나리오에서 가장 높은 편익을 제공하였으며, 이는 해당 기술이 장기적으로 중요한 역할을 할 가능성을 시사한다. LNG/LPG는 모든 시나리오에서 두드러진 기여도를 보이며, 특히 휘발유 탄소저감 시나리오에서 높은 편익을 보였다. 메탄올은 탈탄소화 미달성 시나리오에서 높은 편익을 제공 하였으나, 다른 시나리오에서는 비교적 낮은 편익을 나타냈다.

4.3 시나리오별 감축량 비교분석

각 시나리오에서 산정된 감축량 및 잔여 배출량을 비교하여 연도별 친환경 기술 감축 효과 추이를 비교·분석하였다. 아래 Fig. 7은 PM₁₀, Fig. 8은 PM_2.5에 대하여 시나리오별 기술별 감축량과 잔여 배출량을 막대그래프로 나타낸 결과이다.

두 물질 모두 2050년까지 감축량이 점진적으로 증가하는 추세를 보이며, 2050년 시나리오에 따라 총 감축량에서 차이를 보인다. 2050년 총 감축량은 PM₁₀ 기준 최소 3,715톤에서 최대 6,062톤 감축될 것으로 전망하였다. 2050년 시나리오에 따라 감축량 변동이 가장 크게 나타나는 기술은 암모니아 내연기관이며 기술 적용 대상 및 혼소 비율(50~80%)에 따라 PM₁₀ 기준 1,826톤의 차이를 보였다. 휘발유 소형선박에 대한 LNG/LPG 기술 적용 유무에 따라 PM₁₀ 기준 893 ~ 1,436톤 (543톤 차이)의 감축량 변동이 발생하였다.

5. 결론 및 시사점 Other SectionsAbstract초록1. 서 론 2. 기초자료 설정 3. 분석 방법론 4. 분석 결과 5. 결론 및 시사점 후 기FigureTableReference

본 연구에서는 통계 및 자료 등을 참고하여 기존 연구 사례가 미흡했던(Lee et al., 2020;Choi et al., 2021) 우리나라 연근해 운항 선박의 친환경선박 전환 시나리오별 기술별 대기 오염물질 감축량을 정량적으로 산정하였다. IMO PPR 정보 문서를 참고하여 친환경 기술 목록 및 시나리오별 대상 선박을 설정하였으며, 2020년을 시작으로 50년까지 10년 주기의 기술별 대상 선박을 설정하였다. 그 후 시나리오별 감축량을 산정하였다. 그 결과 PM₁₀ 기준 2030년 2,142톤, 2040년 3,359톤, 2050년 최대 6,062톤 감축될 것으로 전망하였다.

2050년 PM_2.5 감축에 따른 다양한 기술의 환경편익은 시나 리오별로 상당한 차이를 보이며, 암모니아 내연기관과 LNG/LPG 기술이 가장 중요한 역할을 할 가능성이 높다. 특히, 휘발유 탄소저감 시나리오가 전체적으로 가장 높은 환경편익을 제공하였으며, 기술 적용 전략에 따라 편익이 크게 달라질 수 있음을 보여준다.

선박배출 대기오염물질의 감축, 나아가 우리나라 해운분야의 탈탄소화에는 배출가스 후처리기술뿐만 아니라 저·무탄소 대체연료 기술 성숙, 개발·보급 확산이 필요할 것으로 전망된다. 이를 위해서는 국가 차원의 인프라 확충과 지속적인 기술·개발이 필요하다. 또한 선박에 대한 대기오염물질 규제 등 제도를 통한 배출원 관리가 필요하며 특히 휘발유 선외기를 사용하는 소형어선을 포함한 배출규제가 절실하다. 이를 위하여 현행 NOx 배출규제인 ^「해양환경관리법_」 제43조(질소산화물의 배출규제)와 유사하게 입자상물질 규제 조항을 신설하고,^「대기환경보전법_」제76조(선박의 배출 허용기준 등)를 개정하여 입자상물질을 추가해야 한다. 또한 동법 제41조의2(선박에너지효율설계지수) 내지 제41조의4(선박연료유 사용량 등 보고 등)의 대상을 현행 국제항해에서 국내항해로 확대하여 온실가스 규제를 시행해야 한다.

2030년까지는 즉각적인 배출 저감을 위해 기술 성숙도가 높은 DPF와 바이오연료 등 기술을 중심으로 보급을 촉진하고 항만 내 연료 공급 인프라를 확충해야 할 것이다. 중장기적으로는 암모니아, 메탄올 등의 무탄소 연료의 상용화를 목표로 R&D를 강화하여 국제적인 환경 규제 변화에 선제적 으로 대응할 필요가 있다. 친환경 추진시스템, 기술에 대한 개발뿐만 아니라 새로운 연료, 설비에 대한 위험성 평가 방법, 위험구역 설정, 선박설비기준, 형식승인기준 및 연료공급 절차 등 신기술을 안전하게 사용할 수 있도록 안전기준 기반 마련 연구도 필요하다. 그리고 연료수송·공급 관련 항만 내 설비 기술과 이를 전문적으로 수행할 수 있는 인력 등 운영 인프라 확충이 필요할 것이다. LNG, LPG,, 바이오연료 메탄올, 수소, 암모니아 등 대체연료 생산, 제조, 공급 등에 대한 인프라가 부족한 현 상황에서 친환경선박 보급확산은 일부 후처리기술에 한해서만 일어날 것이며 이에 따라 선박 배출저감 또한 제한적일 것이다. 대체연료 기반시설은 정부의 기반구축 계획인 ‘친환경 선박연료 공급망 구축방안 (2023~2030)’(Government Ministries Joint, 2023), ‘제15차 장기 천연가스 수급계획(2023~2036)’(Ministry of Trade, Industry and Energy, 2023), ‘제4차(2021~2030) 전국 항만기본계획’(Ministry of Oceans and Fisheries, 2020b)에서 알 수 있듯이 기반 구축에 매우 오랜 시간이 소요되며, 2050년 탈탄소화 목표를 달성하기 위해서는 기반시설 확충에 대한 지속적 투자와 추진이 필요할 것이다. 또한 기술의 친환경 성능을 평가할 수 있는 시험시설과 전문인력 그리고 표준화된 평가 또는 시험기준 개발이 시급하다. CAPSS 시스템을 고도화하여 보다 정밀한 배출량 산정을 통해 정책적 대응을 강화하고, 배출원별 감축 성과를 투명하게 모니터링 할 수 있어야 한다. 특히 외항선 운항으로 인한 배출량을 포함하여 실질적인 대기질 개선에 기여할 수 있는 기반을 마련하는 것이 중요하다.

본 연구는 향후 ‘친환경선박 개발·보급 기본계획’, ‘미세먼지 관리 종합계획’, ‘항만대기질 종합계획’ 등 친환경선박 관련 정책 수립 시 환경개선효과 예측, 감축목표 설정, 감축량 검증 및 평가의 기초자료가 될 수 있다. 논문 내 감축량 분석 방법은 미래에 대한 추정을 기반하였기 때문에 미래 연료 사용량 및 기술 수준에 대한 불확실성이 존재하며, 기준 배출량으로 활용된 국가 대기오염물질 배출량에서 외항선의 운항 시 배출량이 누락되어 외항선의 배출량 및 감축량이 과소 산정되는 한계점을 가진다. 추후 관련 연구를 통하여 더욱 정합한 미래연료 전망 방법론과 외항선 배출량 산정을 통한 배출원 누락을 개선해야 할 필요가 있다.