해운 산업에서 전기 추진 선박의 기술 수준과 상용화 가능성

지구 온난화와 해양 환경오염이 전 세계적 문제로 대두되면서, 해운 산업 역시 지속 가능한 기술 도입이 시급한 과제로 떠오르고 있다. 특히 선박에서 배출되는 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx), 이산화탄소(CO₂) 등은 해양뿐 아니라 대기 오염의 주범 중 하나로 지목되며, 국제해사기구(IMO)를 중심으로 한 친환경 규제가 강화되고 있다. 이러한 흐름 속에서 전기 추진 선박(electric propulsion ship)은 해운 업계의 탄소 중립 목표를 실현할 수 있는 핵심 기술로 부상하고 있다. 기존의 중유 기반 디젤 엔진 선박과 달리, 전기 추진 시스템은 소음, 진동, 배출가스가 거의 없고 유지비용이 낮아 운항 효율성과 친환경성을 동시에 확보할 수 있다. 또한 정부의 친환경 보조금 정책, 글로벌 투자자들의 ESG 평가 기준 강화, 소비자의 브랜드 가치 인식 변화 등도 해운 기업의 전기화 전환을 압박하고 있다. 그러나 과연 이 기술은 지금 시점에서 현실적으로 상용화 가능한 수준에 도달했을까? 이 글에서는 해운 산업에서의 전기 추진 선박 기술 수준과 상용화 가능성을 분석해본다.

 해운 산업용 전기 추진 선박의 작동 원리와 구성 요소

전기 추진 선박은 기본적으로 배터리 또는 연료전지에서 생성된 전기를 이용하여 추진 모터를 돌리는 방식으로 작동한다. 기존의 디젤 엔진 선박과 달리, 전기를 직접 공급받아 모터가 프로펠러를 구동하기 때문에 중간에 복잡한 기계 장치가 줄어들어 효율성이 높아진다. 이러한 선박은 일반적으로 1) 고전압 배터리 시스템 2) 전력 분배 시스템 3) 전기 추진 모터 4) 에너지 관리 시스템(EMS) 등으로 구성되며, 특히 배터리의 에너지 밀도와 안전성이 성능의 핵심 요소로 작용한다. 운항 거리, 속도, 화물 적재량 등의 요소에 따라 전기 모터의 사양이 결정되며, 배터리 수명 및 충전 속도 역시 상용화 여부에 중요한 영향요소이다.

현재 상용화된 배터리 종류로는 리튬이온 배터리가 가장 많이 쓰이고 있으며, 향후에는 고체 배터리, 나트륨 이온 배터리, 수소 연료전지 등으로 기술이 확장될 가능성이 높다. 수소 연료전지는 특히 무거운 배터리를 대체할 수 있는 친환경 에너지원으로 주목받고 있다. 전기 추진 방식은 엔진 소음이 적고 정밀한 제어가 가능하여 여객선, 관광 유람선, 도시형 페리, 연안 어선 등에서 선호되고 있으며, 일부 국가에서는 군함이나 무인 수상정에서도 적용 사례가 보고되고 있다. 이처럼 전기 추진 기술은 해운 분야 전반에 걸쳐 실증 운항이 활발히 진행되고 있는 단계이며, 향후 도입 속도는 더욱 빨라질 것으로 예측된다.

 

 해운 시장에서의 전기 선박 상용화 사례

현재까지 전 세계적으로 상용화되거나 실증 운항 중인 전기 추진 선박은 대부분 연안 운항용 중소형 선박에 집중되어 있다. 대표적인 예로는 노르웨이의 전기 페리 '암페르(AMPERE)'가 있다. 이 선박은 2015년 세계 최초의 완전 전기 추진 자동차 ferry로 상용화되었으며, 약 34대의 차량과 360명의 승객을 실을 수 있는 규모이다. 암페르는 기존 디젤 선박 대비 연료비를 약 60% 절감하고, 연간 약 2,600톤의 이산화탄소 배출을 줄이고 있다. 이와 같은 실증 사례는 전기 선박의 경제성과 친환경성을 모두 입증하는 사례로서, 세계 각국의 해운 정책에 영향을 미치고 있다.

또한, 중국은 양쯔강 유역을 중심으로 전기 선박 상용화를 적극 추진 중이며, 상하이에서는 대형 배터리를 장착한 전기 화물선도 시험 운항에 들어갔다. 유럽연합은 그린 해운 회랑(Green Shipping Corridor) 구축을 목표로 대규모 보조금을 지원하고 있으며, 일본 역시 대형 조선사 중심으로 전기/수소 추진 시스템의 공동 개발에 나서고 있다. 한국 역시 조선3사를 중심으로 하이브리드 선박, 전기 여객선, 수소 선박 기술 개발에 속도를 내고 있으며, 2023년에는 경상북도 울릉도-포항 간을 오가는 하이브리드 여객선이 첫 운항을 성공적으로 마쳤다. 그러나 아직까지는 이러한 기술들이 대부분 항속거리 제한, 충전 인프라 부족, 선박 가격 상승 등의 문제로 인해 제한적인 범위 내에서만 적용되고 있다.

 

 전기 해운선박의 기술적 한계와 인프라 문제

전기 추진 선박이 본격적인 대형 상용 선박으로 발전하기 위해서는 아직 해결해야 할 기술적 과제가 많다. 가장 대표적인 한계는 배터리의 에너지 밀도와 무게 문제이다. 장거리 운항을 위해 필요한 배터리 용량은 매우 크며, 이는 선박의 적재 공간과 총 중량을 크게 증가시켜 상업적 운항 효율을 떨어뜨릴 수 있다. 예를 들어, 컨테이너선을 전기화할 경우 배터리 무게만으로도 수천 톤이 요구될 수 있으며, 이는 연료 효율성은커녕 오히려 손실을 유발할 수 있다. 또한 선박용 대형 배터리는 고온·염분 환경에서의 안정성과 화재 대응 시스템 등 복잡한 안전관리체계가 필요한다.

두 번째 문제는 충전 인프라의 부족이다. 자동차와 달리 선박은 해양 위에서 장시간 운항하며, 기존 항만에 충전소가 구축되지 않은 경우가 많다. 특히 해운은 국제항로를 이용하는 경우가 많아, 국제적으로 통일된 표준 충전 시스템과 항만 인프라 협약이 필요한 상황이다. 고출력의 초고속 충전 시스템이 필요하지만, 각국의 항만 설비나 전력망 구축 수준은 매우 상이하다. 결국 전기 추진 선박의 상용화를 위해서는 선박 자체 기술뿐 아니라 항만·전력 인프라 전반의 현대화가 동시에 진행되어야 한다. 이 때문에 아직은 단거리 노선, 연안 운항용 선박 위주로 제한적으로만 적용되고 있다.

 

 해운 산업에서의 전기 선박 상용화 가능성과 전망

기술 개발 속도와 환경 규제가 동시에 강화되고 있는 현재의 흐름을 고려할 때, 전기 추진 선박의 상용화는 해운 산업의 필연적 진화 방향이다. 특히 IMO의 2030년 온실가스 감축 목표와 2050년 탄소중립 선언은 해운업계 전반에 있어 대체연료 및 전기화에 대한 투자를 강제하고 있다. 이에 따라 글로벌 조선사와 해운사들은 이미1) 전기·하이브리드 선박 기술 개발 2) 수소 연료전지 도입 3) 충전 인프라 투자에 적극적으로 뛰어들고 있다. 주요 해운 거점 도시들은 항만 전력망의 현대화, 그린 수소 공급체계 구축, 선박 충전 스케줄링 시스템 도입 등 인프라 개선에도 본격적으로 나서고 있다.

앞으로는 배터리 기술의 진보, 예컨대 고체전지 상용화, 에너지 밀도 2배 이상 증가, 자체 냉각 시스템 통합형 배터리 등이 현실화될 경우, 장거리 항로에서도 전기 추진 선박이 충분히 경쟁력을 갖출 수 있을 것으로 전망된다. 더불어 자율운항 기술과의 융합이 본격화되면 선원 인건비 절감, 운항 안전성 향상, 사고율 감소 등의 부가적 효과까지 기대할 수 있다. 궁극적으로는 전기 추진 + 자율운항 + 저탄소 인프라가 결합된 미래형 스마트 선박이 해운 산업의 표준이 될 가능성도 매우 높다. 지금은 과도기이지만, 향후 10년 이내에 중형 이상 상선, 나아가 대형 컨테이너선까지 전기화를 달성하는 시대가 도래할 수도 있어 보인다.