LNG와 비교해 검증 부족한 LPG…관련 법령도 마련되지 않아
안전성 검토, 프로판ㆍ부탄 중 위험한 특성 고려해
추가 위험성 존재하지만 특성 고려한 안전조치로 낮출 수 있어

[에너지신문] LPG추진선박의 안전성에 의문을 품고 기존 IGF 코드를 LPG에 걸맞게 수정해야 한다는 보고서가 공개됐다.

지난해 12월 해양수산부가 한국선급에 의뢰한 ‘LPG추진선박 도입 타당성 및 안전성에 대한 연구’가 종료된 것으로 나타났다.

한국선급은 연구 보고서를 통해 선박의 배출가스에 대한 IMO 환경규제가 강화되고 있고, 국내의 미세먼지 감축정책에 부응하기 위해 전통적인 액체 연료로에서 친환경 연료로의 전환 필요성이 부각되고 있다고 설명했다.

SOx 규제로 인해 2020년부터 국제항해에 종사하는 모든 선박은 모든 해역에서 황 함유량 0.5% 이하의 연료유를 사용해야 하며, NOx 규제로 인해 2016년 이후 건조 선박에 대한 질소 산화물 배출기준이 80% 감소됐다.

보고서에 따르면 LPG는 환경 및 경제적 측면에서 기존의 선박연료에 비해 강점을 가지고 있다. 액화 온도가 LNG보다 높아 저장 및 취급이 용이해 현재 해사업계 및 LPG산업계에서 LPG를 선박의 연료로 사용할 수 있도록 LPG연료 추진선박에 대한 안전성 및 건조 기준 마련에 대한 요구가 제기되는 중이다.

해외에서도 LPG 연료추진 선박의 개발 및 선대 도입의 움직임이 보이고 세계 유수의 기관제조사에서도 LPG를 연료로 사용하는 기관을 개발했거나 개발 중에 있다는 설명이다.

그러나 보고서는 안전규정의 측면에서 IMO의 IGF 코드와 국내법령인 ‘가스연료 추진선박기준(고시)’은 LNG에 대해서만 세부요건을 규정하고 있으며, IMO에서는 연료전지(수소), 메틸ㆍ에틸알코올에 대한 상세요건의 개발 작업이 진행 중이나, LPG에 대한 요건 개발은 아직 계획이 없다고 밝혔다.

또한 실적 측면에서도 LNG 연료와 비교할 때 안전성에 대한 검증이 부족한 상태라는 주장이다.

현재 상선분야에서 LPG연료 추진선박의 실적은 전무하다. 화물을 연료로 사용하는 LNG운반선의 실적은 많으나 LPG운반선은 발전기 1대에 대해 사용한 사례가 유일하다는 것.

이에 보고서는 LPG연료의 경우 안전성 측면에서 검증되지 않은 연료이고 관련 법령도 마련되지 않아 LPG가 선박의 연료로서 적절한 지가 검토돼야 한다고 설명했다.

이에 더해 LPG연료 추진선박의 해외 동향 및 경제성, 인프라 등을 조사하고 LPG 연료추진선박의 개발타당성을 검토함으로써 앞으로 시장 확대 가능성에 대해서도 예측이 필요하다는 입장이다.

▲ GE는 LPG추진 페리선 개발에 주력하고 있는 상황이다.

◆ 구미권, 소형 중심 상용화 추진…일본, 벨기에는 대형 선박 검토

보고서는 유럽, 미국 등에서는 소형 보트의 외연기관을 중심으로 LPG연료추진 선박의 상용화가 진행되고 있다고 밝혔다.

선박에 LPG를 충전하기 위한 LPG 충전소 등의 관련 인프라 또한 동시에 구축되고 있으며 휘발유 모터의 LPG 사용 개조 및 신형 LPG 연료사용 모터가 상용화돼 판매되고 있다는 것이다.

반면 일본의 경우 일본 LPG의 약 20%를 공급하는 Astomos Energy사가 22척의 VLGC(Very Large Gas Carrier)를 운영하고 있으며 2020년 배출가스 규정 강화와 관련해 LPG를 연료로 사용할 수 있는 이중연료엔진 적용을 검토하고 있다고 소개했다.

현재 Astomos Energy사는 LPG연료의 적용 및 확대를 위해 자국 조선소, 선주 및 선박 운영사와의 협력을 진행하고 있는 한편 Kuwait Petroleum Corporation, Elgas(호주 LPG사업자) 및 Statoil 등과 LPG연료 사용을 위한 MOU를 체결했다.

벨기에의 가스선사 Exmar도 세계 최초로 LPG를 연료로 하는 VLGC 2척을 지난해 2월 한진중공업 수빅조선소에 발주했으며 2020년 7월과 2020년 9월에 준공 예정이다. Exmar는 발주 선박에 MAN B&W사의 ME-LGI 방식 신형 디젤 주기관 탑재와 적하 LPG를 연료로 사용할 계획이다.

보고서는 일본 및 벨기에의 사례와 같이 LPG수송선은 기존 LPG적하역 설비를 활용해 LPG벙커링이 용이하기에 타선종 대비 LPG 추진 방식의 적용이 용이한 후보군으로 판단 될 수 있다고 주장했다.

전 세계 LPG 수송 전용선은 1283척, Ethylene/LPG 수송선은 161척, Ethane/LPG 수송선은 6척으로 총 1450척의 LPG수송선이 운용되고 있다.

선주국적별로 구분 시 일본 253척, 그리스 151척, 싱가포르 81척, 노르웨이 59척, 중국 115척, 영국 37척이 운항되고 있으며 우리나라에도 84척의 선박이 운항되고 있다.

전 세계 LPG 수송 전용선 수주잔량은 56척, Ethylene/LPG 수송선 수주잔량은 15척, Ethane/LPG 수송선 수주잔량은 6척으로 총 70척의 LPG 수송선이 발주돼 있다.

▲ 대한LPG협회는 지난 1월 LPG선박 개발을 위한 'LPG 벙커링 인프라 구축 협약식'을 체결하는 등 LPG추진선박 보급 활성화를 위해 노력하고 있다.

◆ 안전성 연구 위해 LPG의 특성 이해해야

보고서는 LPG연료 선박의 구조 및 설비에 대한 안전성을 연구하기 위해서는 LPG의 특성을 이해하는 것이 중요하다고 밝혔다.

IGF코드의 상세 요건은 LNG의 특성을 고려한, 배치 및 제작 그리고 안전장치 등에 대해 상세하게 규정하고 있지만 LPG는 여러 성질에서 LNG와는 다른 특성을 가지므로 IGF 코드의 상세 요건 중에서 LPG에 적용할 수 없는 요건을 식별하고 그 요건을 대체할 수 있는 요건을 개발할 필요가 있다는 것이다.

보고서는 상세요건의 적용에 있어서 LNG 대비 LPG의 다른 특성 중에서 다음과 같은 특성이 고려돼야 한다고 설명했다.

먼저 LPG의 특성 중 안전과 관련해 가장 우려되는 부분은 증기의 비중이 1.5~2배로 공기보다 무겁다는 점이다. 이는 비중이 0.5인 공기보다 가벼운 LNG 증기와는 상반되는 특성으로서 IGF 코드의 상세요건은 이러한 LPG 증기의 무거운 특성을 고려하지 않았다.

증기의 비중이 무겁다는 점은 누설된 가스가 바닥으로 가라앉고 대기로 확산이 잘되지 않는다는 점에서 구역의 통풍, 벤트마스트의 배치, 벤트관의 배치, 가스탐지기의 배치 등과 관련된 요건을 면밀히 검토해야 한다.

또한 LPG 증기의 자연발화온도는 405~459℃로 LNG 증기의 자연발화 온도인 595℃보다 낮다는 점을 들었다.

자연발화 온도는 점화원이 없어도 가스가 스스로 발화하는 온도로서 가스가 노출될 수 있는 환경에서의 온도제한과 관련된다. IGC 코드에서는 배기가스의 온도를 535℃로 제한하고 있고, IGF 코드에서는 가스터빈의 배기가스 온도 및 미연소 가스탐지, 탐지에 따른 자동정지 장치를 요구하고 있는데, 이러한 요건의 적용에 있어서 LPG의 낮은 자연발화 온도를 고려해야 한다는 주장이다.

아울러 LNG는 상온에서는 아무리 높은 압력을 가해도 액화되지 않는 반면에 LPG는 상온에서 일정압력을 가하면 액화가 된다는 점을 들어 연료탱크의 도출밸브 최대허용설정압력(MARVS)을 완화하는 것을 검토해야 한다고 밝혔다.

보온하지 않고 액화상태로 저장이 가능하고 압력식으로 LPG연료 탱크를 설계하는 경우, 설계압력이 높아지게 된다. IGF 코드에서는 연료탱크의 도출밸브의 최대허용설정압력(MARVS)을 10 bar이하로 제한하는데 10 bar에서 LPG의 비등점은 30℃이므로 탱크내의 온도를 30℃미만으로 유지할 수 있는 수단을 갖추지 않고는 압력식 탱크에 도출밸브의 최대허용설정압력(MARVS)을 10 bar로 적용할 수 없다는 것.

보고서는 LPG의 증기압이 낮다는 특성은 저장의 용이성 측면에서는 유리하나, 상온의 가압상태에서 상변화가 일어날 수 있다는 점은 연료 공급의 안정성 측면에서는 고려돼야 할 점이라고 주장했다.

이에 더해 증기압보다 상당히 높거나 낮아서 액상 또는 기상상태가 안정적으로 유지되는 경우를 제외하고는 연소기관이 요구하는 상태를 유지할 수 있도록 조치해야 한다고 설명했다.

보고서에 따르면 LPG는 발화할 수 있는 공기 중 농도 범위(LFL)가 2%~9% 정도로 LNG(5%~15%)보다 낮다. 이는 적은 농도에서도 점화원만 있으면 발화할 수 있다는 의미로 LNG 보다 적은 누설에서도 인화성 분위기가 형성된다는 의미이다.

IGF 코드에서는 가스탐지의 농도기준을 절대적 수치가 아닌 LFL의 20%(경보) 및 40%(연료밸브차단)로 규정하므로 LPG의 LFL이 LNG보다 낮은 것은 문제가 되지 않는다고 주장했다.

또한 LPG는 주성분이 프로판과 부탄으로 구성된다. 프로판과 부탄은 두 성분의 조성비에 따라 특성 값이 다르게 되기 때문에 안전성을 검토함에 있어서 두 성분의 특성 중 위험성 측면에서 더 높은 특성 값을 고려했다고 밝혔다.

▲ LNG 추진선박인 그린 아이리스호.

◆ LPG 안전성 검증 되지 않아, IGF 코드 추가요건 개발해야

보고서는 LPG가 육상에서도 산업용, 가정용, 차량용 연료로 널리 사용되고 있음에도 불구하고 선박의 구조 및 배치 환경을 고려할 때 안전성이 검증되지 않았다고 밝혔다.

또한 선박연료로서 LNG에 비해서도 다른 위험요소가 존재해 국제안전기준인 현행 IGF 코드의 상세요건을 그대로 LPG에 적용하는 것은 위험하다고 설명했다.

다만 선박 연료로서의 LPG사용은 전통적인 액체연료 및 LNG와 비교했을 때 추가적인 위험성이 존재하지만 이러한 위험성은 LPG의 특성을 고려한 추가적인 안전조치로 낮출 수 있다고 주장했다.

이에 더해 기존 IGF코드의 요건에 대체요건 및 추가요건을 개발하고 LPG추진선박에 적용하는 것이 필요하다고 봤다.

아울러 이 보고서는 현재 실적 및 기술수준을 바탕으로 한 연구결과이므로, 적용하고자 하는 선박의 특성에 따라 추가용역이 필요할 수 있다고 부언했다.

저작권자 © 에너지신문 무단전재 및 재배포 금지