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Kafe 바로가기주관연구기관 | 부산대학교 Busan National University |
---|---|
연구책임자 | 이제명 |
참여연구자 | 최경민 , 송풍근 , 서정관 , 오정은 , 윤부현 , 임동하 |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2020-12 |
과제시작연도 | 2020 |
주관부처 | 과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT |
등록번호 | TRKO202100006199 |
과제고유번호 | 1711123813 |
사업명 | 다부처공동기획연구지원(R&D) |
DB 구축일자 | 2021-07-10 |
□ 사업목표
□ 최종목표
〇 (비전) 2050 Net Zero를 위한 해양영토 탈탄소화
〇 (최종목표) 해양영토 탈탄소화를 위한 실행도구 : On-deck type 친환경 플라즈마 소각 모듈 탑재 LNG 수소 하이브리드 다목적 해양쓰레기 처리 선박) 확보
□ 5대 중점과제, 10개 세부과제 핵심기술 개발
〇 [중점 1] 쓰레기처리 선상모듈
〇 [중점 2] 플라즈마 소각모듈
〇 [중점 3] LNG-수소 하이브리드 모듈
〇 [중점 4] 시스템 통합 및 실증
〇 [중점 5] 해양쓰레기 Mo
□ 사업목표
□ 최종목표
〇 (비전) 2050 Net Zero를 위한 해양영토 탈탄소화
〇 (최종목표) 해양영토 탈탄소화를 위한 실행도구 : On-deck type 친환경 플라즈마 소각 모듈 탑재 LNG 수소 하이브리드 다목적 해양쓰레기 처리 선박) 확보
□ 5대 중점과제, 10개 세부과제 핵심기술 개발
〇 [중점 1] 쓰레기처리 선상모듈
〇 [중점 2] 플라즈마 소각모듈
〇 [중점 3] LNG-수소 하이브리드 모듈
〇 [중점 4] 시스템 통합 및 실증
〇 [중점 5] 해양쓰레기 Moving lab 구축
□ 다부처 공동 R&D 추진 필요성
1. 사회문제 개요
〇 국내 탄소중립 실현 여건
- 온실가스 배출정점 이후 국토 탈탄소화를 추진하고 있으나, 산업구조, 에너지믹스, 소요기간 등을 감안하면 국내 여건 상 탄소중립 실현은 도전적인 과제임
- 높은 제조업 비중, 탄소 배출량이 높은 업종 (철강, 석유화학 등) 비중은 국내 탄소중립 실현에 제약 요인으로 작용
- 친환경 선진국 대비 석탄발전 비중 (40% 내외)도 높은 상황
〇 해양 영토의 탄소중립 실현
- 해양은 선박 배출 온실가스 감축이 저탄소화의 선결과제임. 또한, 대표적인 해양환경 문제인 해양쓰레기의 실질적인 처리방법이 소각에 한정됨을 고려하면, 향후 해양 영토의 탄소중립 실현을 위한 대안 마련이 시급함
- (선박 배출 온실가스) 전세계 선박 9만 7,520척 기준 연간 온실가스(C〇2) 배출량은 8억 3,300만톤으로 전세계 온실가스 배출량 262억톤의 2.3%를 차지 (2020.01.)
• 국제 선박 안전·환경규제를 관장하는 국제해사기구 산하 해양환경보호 위원회 (MEPC)는 온실가스 회기 간 작업반회의 결과를 바탕으로 2050년 선박 연간 온실가스 배출량 50% 감축을 목표로 하고 있음
- (해양쓰레기) 매년 국내 바다로 들어오는 해양쓰레기는 약 176,807 ton으로 추정되며, 최근 5년 기준 연안에서 수거되는 해양쓰레기는 연간 85,284 톤 수준으로 수거량 대비 발생량이 많아 해양쓰레기 축적이 지속됨
• 중국의 쓰레기 수입 금지조치, 매립 제로화 정책 (자원순환기본법 등)에 따라 해양쓰레기 처리는 더욱 어려워 질 것으로 예측됨. 해외 기업을 중심으로 재활용을 통한 해양쓰레기 처리 방안들이 소개되고 있으나, 결국 다수의 쓰레기를 처리하기 위한 소각의 탈탄소화 노력이 시급함
2. 원인 및 피해 현황
〇 해양 영토 고탄소화의 원인
- (선박 배출 온실가스) 내항선의 척당 온실가스 배출량은 연 6.5톤 규모
- (해양쓰레기 소각) 쓰레기 1톤이 연소될 때마다 약 1.1톤의 C〇2 배출
〇 해양 영토 고탄소화로 인한 대표적인 피해
- 해양 고탄소화 및 온실효과에 의해 수온상승·용존 산소량 감소가 발생하며, 해양생태계 파괴를 야기함. 부영양화로 인한 남해안 적조로 2019년 양식 어류 2020만 마리가 폐사하였고, UN COP25에서도 해양 탈산소화 문제에 대한 경고가 제기됨
3. 국내외 대웅 동향
〇 국내외 주요정책
국제연합 (UN)
• 향후 15년간 지속가능 발전목표 17개 중 하나로 해양생태계 보호 선정
• 2025년까지 육상기반 활동을 통해 발생되는 모든 종류의 해양오염 예방 및 상당 수준 감축하는 것을 세부목표로 제시
G7, G20
• G7 : 해양플라스틱 헌장 채택 (2030년까지 플라스틱 포장지 사용 제한)
• G20 : 오사카 블루 오션 비전 합의 (2050년까지 해양플라스틱 추가 발생량 제로화)
유럽연합 (EU)
• 유럽의회는 2021년부터 역내에 일회용 플라스틱 접시나 빨대 등 사용금지
• 2025년까지 유실된 플라스틱 어구의 50% 이상을 수거, 그 중 15% 이상이 재활용되도록 하는 등의 내용을 담은 규제안을 2018년 12월 의결
중국
• 오염 관리 및 방지 종합 계획 (2018~2020) 수립을 통한 수자원 보호, 양쯔강 보전 및 복원 사업, 중국 발해만 종합 관리 사업 등을 시행
• 발해만 인접 도시에서 폐기물 분류 체계를 수립하여 연안 해양폐기물 수거, 2020년까지 강 및 하천의 연안 해양폐기물 수치 정상화를 도모할 예정
일본
• 해양플라스틱 폐기물 관리 기본계획을 통해 플라스틱의 해양유입을 적극 관리
• 연안 정화, 부유·침적쓰레기 수거, 폐기물 감축을 위한 예산지원 규모 확대
캐나다
• 2016년 환경보호법에 의거하여 마이크로비즈를 독성물질로 등재, 해당 물질이 함유된 개인 위생용품의 제조 수입 또는 판매를 금지하는 규정 발표
호주
• 2017년 해양폐기물 발생 장기적 예방, 플라스틱 영향 저감 연구, 해양척추 생물에 관한 해양폐기물 영향 저감 계획 수립 등 6대 목표 25개 과제 시행
한국
• 제3차 해양쓰레기 관리기본계획 (2019~2023) : 해양쓰레기의 예방, 수거, 관리기반 구축, 교육홍보 등 종합적 전략에 따른 사업계획. 2023년까지 해양쓰레기 수거량 20% 증가, 해양쓰레기 현존량 40% 감소
• 해양 플라스틱 저감 종합대책 (2019.05, 해양수산부) : 발생·수거·처리 등 해양 플라스틱의 전주기를 체계적으로 관리함으로써 해양 플라스틱 관리 체계를 정비하고 2030년까지 해양 플라스틱 50% 저감 목표
• 플라스틱 폐기물 종합 개선대책 (2018.05, 환경부) : 플라스틱 폐기물 관리에서 생산, 소비 후 폐기, 재활용에 이르는 순환단계별 개선대책 마련. 2030년까지 플라스틱 폐기물 발생량 50% 감축, 재활용률 70%로 확대
〇 법·제도
미국 - 해양쓰레기법, SOS법
유럽 - 폐기물법률(WFD), 항만 수용시설에 관한 법률(PRF)
일본 - 폐기물처리법, 순환기본법, 용기포장 리싸이클법, 해안 표착물 처리 추진법
한국 - 해양환경 관리법, 해양폐기물법
〇차별성 및 연계방안
〇 해양수산부
해양플라스틱 쓰레기 저감을 위한 기술개발
차별성 및 연계방안
• (기존 사업과 차별성) 미세플라스틱 未고려. 해양쓰레기 동결파쇄, 해상처리, 전력공급 기술의 모듈화, 친환경선박 개발, 모듈의 선박 탑재, 실증을 통한 성능검증, 수요지자체 연안에서의 활용 등
• (연계방안) 해양쓰레기 수거장비 제작기술 연계, 개발되는 해양쓰레기 이동 분포 예측기술 분포맵을 활용한 선박 운용 의사결정 등
미래해양산업 기술개발사업
차별성 및 연계방안
• (기존 사업과 차별성) 수거된 해양쓰레기를 선박에서 처리할 수 있는 시스템을 이용하여 에너지化 하거나, 파쇄, 탈염 등의 공정을 거쳐 자원화가 가능한 형태로 육상으로 운송하여 활용 등
• (연계방안) 도서지역의 쓰레기 처리 기술 이동식(트럭 등) 해양쓰레기 처리시스템 기술소형화)의 선박 활용가능성 타진 등
해양수산 환경기술개발
차별성 및 연계방안
• (기존 사업과 차별성) 해양쓰레기를 선박에서 One Stop으로 처리 하는 기술·모듈 개발에 관한 제안 사업은, 해양쓰레기 최종 처리 시설 구축 기술파 미세플라스틱 관련 기존 사업과는 차별화됨
• (연계방안) 오염해역 위해도 평가 결과와 연계하여 개발 선박의 운용 장소 결정. 해상최종처리시설 기술 기준 설계 기술과 연계 등
해양산업수요기술 개발사업
차별성 및 연계방안
• (기존 사업과 차별성) 기존 사업은 전처리, 열분해를 거친 해양폐 플라스틱의 재생연료유 형태로 유화하기 위한 육상처리시설. 반면, 제안 사업은 에너지化를 위한 선박 탑재형 해상 처리시스템 구축
• (연계방안) 해양플라스틱 최종 처리물의 또 다른 활용 방안으로 적용 가능 (고체연료 형태 재활용, 플라즈마 가스화 등)
수산실용화 기술개발
차별성 및 연계방안
• (기존 사업과 차별성) 연구의 대상이 해양생물(해조류)와 해양쓰레기(플라스틱)으로 제안 사업과 상이하며, 이를 수거' 처리하기 위한 기술, 장비, 시스템 등도 기존 사업과 큰 차이가 있음
• (연계방안) 괭생이모자반의 전주기(수거-처리-활용) 순환시스템을 구축하는 사업 전반의 프로세스를 참조하여 본 사업에 적용 가능
〇 환경부
해양폐기물 수거 처리 실용화 기술개발
차별성 및 연계방안
• (기존 사업과 차별성) 기존 사업은 수거·처리 등 목적에 맞는 단일기능수행형 환경장비 구축에 관한 사업인 반면, 제안 사업은 해양쓰레기 처리를 위한 해상통합공정 및 실증선 구축에 관한 사업
• (연계방안) 기존 과제에서 개발한 각 전담 환경장비 제작·운영 기술을 본 사업의 개발모듈에 반영하여 핵심기능 고도화 가능
해양환경기술개발 (기후변화)
차별성 및 연계방안
• (기존 사업과 차별성) 기존 사업은 해안가에 방치되거나 버려진 폐FRP선박을 수거하여 용융 과정을 거쳐 연소열을 활용한 자원화에 관한 것으로 기존 사업과는 대상 및 범용성 측면에서 차별화됨
• (연계방안) 기존 사업의 폐 FRP 재질을 슬래그로 제작하는 과정, 자원화 방법을 참고하여 제안 사업의 해양플라스틱 처리 과정에 적용·활용할 수 있는 가능성을 타진해 볼 수 있음
생활폐기물 재활용 기술개발사업
차별성 및 연계방안
• (기존 사업과 차별성) 기존 사업은 폐플라스틱의 재사용에 요구되는 기술 개발 생산, 사업화에 초점. 반면, 제안 사업은 해양쓰레기 처리 통합시스템 구축이라는 점에서 차별성이 있음
• (연계방안) 폐플라스틱을 자원화 가능한 형태로 제작하는 기술은 제안 사업의 최종물 제작 단계에서 참고할 수 있을 것으로 판단
4. 다부처 공동 R&D 추진 타당성
〇 사회문제 해결 방향 및 과학기술의 역할과 기여 방향
- 해양 플라스틱 저감 종합대책에서 수립한 계획은 수거 지역은 주로 해안, 하천 등의 연안으로 한정하고 처리 및 재활용 시설은 육상에 설치하는 것임
- 즉, 해양쓰레기의 수거와 처리, 재활용 등이 서로 다른 장소에서 진행되고 각 단계를 수행하기 위한 선박과 육상처리 시설을 구비하며, 수거 쓰레기의 육상 운반이 수반됨
- 수거된 해양 쓰레기는 오염도가 높아 방치로 인한 2차 피해를 유발하며, 재활용 가능한 형태로 가공하기까지 시간·비용이 과다 소요될 뿐 아니라 실질적인 재활용률도 매우 낮은 수준임
- 또한 단위 부피 당 밀도가 낮아 선박 운송 대상으로서도 비효율적이기 때문에 수송에 필요한 비용소모가 큰 편임
- 이런 이유로, 수거·처리 등을 한 장소에서 일괄 처리할 수 있는 효율적인 해양 쓰레기 해상 처리시스템 및 설비의 구축이 필요함. 해양쓰레기 수거, 단순 적재 후 육상에 이송하는 것 보다는 해상에서 일정수준 처리과정을 거친 후 압축된 형태로 이송하는 것이 비용·환경적으로도 효율적인 방법임
- 그러나, 선박을 통한 해양쓰레기 수거·처리를 위해서는 선박에 탑재되는 수거·처리 모듈(기술)들은 해상 실증을 통한 트랙레코드 확보가 필수적임
- 범국가적 문제인 해양쓰레기의 처리에는 그 목적 및 규모 등으로 인해, 민간 업체의 자발적 참여 또는 단일 지자체 주도형의 사업 추진이 어려워 정부 주도형의 사업이 필요함
- 따라서 공익 목적의 국적선이 발주되어야 하며, 이 선박은 해양환경 개선 목적에 맞게 LNG 추진 기반의 친환경 선박으로 건조되어야 함
- 국적선 건조 간 해양쓰레기 및 친환경 선박 관련 다양한 핵심기술 연구를 함께 진행하고, 학교, 연구소, 설비전문기업 등과의 리빙랩 구성을 통해 원천기술 확보 및 고도화, 기술 선도를 도모함
- 한국형 뉴딜 정책의 지향점은 탄소중립(Net-zero)을 향한 경제·사회의 녹색 전환을 통해, 사람 환경 성장이 조화를 이루며 국제사회에 책임을 다하는 ‘그린선도 국가' 임
- 본 사업에서는 해양쓰레기 처리기술 및 친환경(LNG-수소 하이브리드) 선박 추진 기술의 상용화 실증선박 확보를 통해 해양환경 개선에 기여하고, 청정국가로서 세계를 선도하기 위한 기반을 마련할 수 있음
〇 다부처간 사업 추진 필요성
- 부처간 협력 강화 및 공동의 목표 달성
• 2030년까지 국내 해양 플라스틱의 50% 저감 및 온실가스 감축올 목표로, 범부처 차원의 사업을 추진하고 있음. 현재의 다부처 사업들은 다수의 유관부처가 참여하여 각 부처 소관(영역)의 과제들을 독자적으로 수행하는 성격이 강함
• 해양 플라스틱·온실가스의 저감, 나아가 해양 환경의 개선은 국민의 생활 및 삶의 질과 직결된 국가 차원의 국정 현안으로, 근본적인 대책 마련을 위해서는 범부처 차원의 유기적인 정책 수립과 협업이 필요함
• 각 부처의 주요 정책과 이를 통해 달성하고자 하는 목표를 분석하여 다부처 협업을 계획·수행함으로써, 독자 추진의 한계를 극복하고 부처 간 보유 자원을 상호 공유하여 활용도를 극대화할 수 있음
• 본 사업을 통해 각 부처는 다음과 같은 공동의 목표를 함께 달성할 수 있으며, 이는 세분화된 사업계획을 통해 유기적인 범부처 공동-협조체제를 구축하고 운영함으로써 그 효과를 더욱 증대할 수 있음
〇 정부 지원 필요성
- 정책적 측면
• (탄소중립 정책) 해양쓰레기 저감 (탄소중립 사이클), 친환경 선박 기술 개발 및 실증을 통한 친환경 모빌리티 확대, 온실가스 감축
• (해양플라스틱 저감 정책) 해양쓰레기 수거처리 일원화 시스템(선박)을 통한 플라스틱 저감, 파쇄 입자 재활용 산업 연계
• (산업육성 정책) LNG-수소 활용 선박 추진시스템 개발 및 실증을 통한 조선기자재 산업 재건, 쓰레기 처리·재활용 등 저탄소 산업 육성
2050 탄소중립 추진전략 -2020.12. 관계부처 합동
• 본 사업은 해앙쓰레기를 수거한 후 해상에서 아를 파쇄·처리하고, 친환경 연료인 수소 또는 전력에너지로 변환하여 활용하는 탄소중립
해앙쓰레기 수거·처리 사아클 완성을 목표함 생산된 수소는 선박추진 연료로도 활용되어 직접적인 온실가스 배출감소 및 해앙쓰레기
처리 산업 육성 확대도 기대됨
• 본 사업은 2050 탄소중립 추진전략의경제구조의 저탄소화, 新유망 저탄소 산업 생태계 조성 등 3대 정책 방향에 부합하며, 에너지
전환 가속화, 미래모빌리티로 전환,도시·국토 저탄소화, 신유망 산업 육성 순환경제 활성화와 같은 10대 과제의 해양 분야 이행 방안임
100대 국정과제 - 2020.09. 대한민국 정부
• 본 사업은 플라스틱 선별·재활용 강화 등의 자원순환체제 개선을 통한 자원순환성 강화 및 직매립 제로화를 추진하며, 이를 위한 수단으로 친환경 연료를 적용한 국적선을 발주할 예정
• 현 정부 100대 국정과제 중 61 신기후체제에 대한 견실한 이행체계 구축, 80. 해운·조선 상생을 통한 해운강국 건설의 내용에 부합함
한국판 뉴딜 종합계획 - 2020.07. 관계부처 합동
• 본 사업은 미래 기후변화·환경 위기에 대응한 전략적 도전과제이며, 미래 폐자원, 자원 순환 분야의 기술개발·융합 및 실증을 통해 녹색 인프라를 구축하는 사업임
• 그린뉴딜에서 제시하고 있는 전략 중 녹색산업 혁신 생태계 구축 분야 의 녹색 선도 유망기업 육성 및 저탄소·녹색산단 조성에 부합함
과학기술기본계획 ( ‘18~, 20) - 2018.04. 한국과학기술기획평가원
• 해양쓰레기 및 폐기물의 처리·재활용·자원화 기술 고도화를 통해 자원 순환 사회의 기반 마련 및 국토 환경의 지속 가능 관리에 기여
• 4대 전략별 목표와 70개의 세부 추진과제 중 전략 4. 과학기술로 모두가 행복한 삶 구현의 과제 18. 쾌적하고 편안한 생활환경 조성 분야에 해당
해양 플라스틱 저감 종합대책 - 2019.05. 관계부처 합동
• 본 사업은 해양쓰레기를 수거·처리하는 해상 처리시스템을 구축하여, 2030년까지 해양 플라스틱 50% 저감 목표에 획기적 기여 가능
• 추진과제 중 해양 플라스틱 수거·운반체계 개선 분야의 수거체계 효율화 및 해양 플라스틱 처리·재활용 촉진 분야의 처리 인프라 확충, 재활용 활성화 기반 조성의 내용에 부합함
• 본 대책을 토대로 해양수산부·환경부·해양경찰청 공동으로「제3차 해양쓰레기 관리 기본계획」을 수립함 (2019.08)
제2차 기후변화 대응 기본계획 - 2019.10 관계부처 합동
• 본 사업은 해양쓰레기의 친환경 소각처리 및 친환경 연료 추진을 통해 탄소중립을 실현하여, 저탄소 녹색사회를 구현에 실질적 기여 가능
• 중점 추진과제 중 기후변화대응 기반 강화 분야의 탄소저감 : 상용화된 기술을 대체할 차세대 기술개발의 내용에 부합함
- 사회·경제적 측면
• (해양쓰레기의 축적) 태평양 표류 해양쓰레기는 1억 톤 이상으로 추산 되며 매년 800만 톤의 플라스틱이 대양으로 유입되고 있음. 국내 연안의 현존 해양쓰레기는 15만 톤 수준으로, 수거량 대비 발생량이 많아 매년 축적되고 있음
• (처리 기피 및 시설 부족) 해양쓰레기는 오염 및 재질의 다양성으로 인해 전용 처리시설이 필요하여 수집·선별·처리비용이 높음. 이로 인해 민간업체의 자발적 시장 진입이 어렵고, 위탁업체의 처리 기피 및 시설 부족으로 장기간 방치되어 부패, 악취 등의 2차 피해를 유발하고 있음
• (과도한 사회적 비용 소요) 정부부처·지자체를 통해 연 8만 톤 수준의 해양쓰레기가 수거되며, 이를 위해 연간 1200억 원에 달하는 처리비용 이 소요되고 있음
• (환경 규제로 인한 소각 제한) 폐플라스틱이 포함된 해양쓰레기를 소각 할 경우, 온실가스(CO2) 및 1급 발암물질인 다이옥신 발생 등 환경오염 을 유발할 수 있어 환경 규제로 인한 규제가 증가하고 있음
• (매립지 포화) 최근 5년간 국내 폐기물 매립양은 연간 300만 톤으로, 중국의 쓰레기 수입 거부 및 수도권 매립지 사용 제한 등으로 인해 국내 의 쓰레기 매립지가 빠르게 포화상태에 이르고 있음
- 기술적 측면
• (수선별 작업 중심) 해양쓰레기 처리에서 가장 많은 시간과 인력이 투입되는 것이 선별 작업으로 알려져 있으며, 상당 수 수작업으로 진행됨
• (해양쓰레기 처리 저해요인) 해양쓰레기는 염분과 수분을 함유하고 있으며, 침적 쓰레기의 경우 진흙 등 이물질이 묻어있어 세척과 탈염, 건조 과정이 요구됨. 또한 해양쓰레기의 상당수를 차지하는 플라스틱의 경우에도 PE, PET, PVC 등 여러 종이 혼재되어 있으며, 이들을 재활용하기 위해서는 선별작업과 각기 다른 처리 과정이 요구되어 처리에 어려움으로 작용함
• (수거된 쓰레기 육상 운송의 비효율성) 아울러, 전술한 바와 같이 바다에서 수거된 상태로 갑판 등에 적재하는 쓰레기는 수분과 이물질을 다수 포함하고 플라스틱 자체가 부피대비 밀도가 작기 때문에 한정된 공간의 선박을 통한 육상 운송에 있어 효율성이 떨어지며, 처리비용 상승을 유발함
• (효율적인 처리 기술의 필요성) 효율적인 해양쓰레기 처리를 위해서는 자동화 공정 또는 해양쓰레기 처리과정의 단순화가 요구됨. 또한, 해상에서 어느 정도 처리과정을 담당하고 육상으로 이동하는 기술, 공정 확보도 요구됨
• (효과적인 파쇄 기술의 필요성) 질김 정도가 있는 플라스틱 등 쓰레기의 효과적인 처리를 위해서는 일정 사이즈 이하로 이를 파쇄하는 것이 필요함. 입자 형태로 해양쓰레기를 파쇄할 수 있다면, 세척, 탈염, 건조 작업 효율이 높아지고 적재 효율도 높일 수 있음 (부피당 밀도 증가). 관련하여 효과적인 파쇄 방법으로 쓰레기를 동결한 후 파쇄하는 기술이 소개된 바 있으나 추가 전력, 냉매가 요구되고 냉각하기 위한 시스템 설계 등에 어려움이 있음
• (선박 LNG 냉열 활용 쓰레기 동결 기술 필요성) 선박 연료인 천연가스는 저장효율을 높이기 위해 영하 163도에서 액체상태로 보관하며 다시 기화시켜 엔진에 공급함. 이때, 기화과정에서 냉열은 자연 소모되므로 폐냉열을 냉동화 물창 등에 활용하는 기술들이 제안된 바 있음 LNG추진 선박의 폐냉열을 활용 한 쓰레기 파쇄 공정이 마련된다면 효과적인 쓰레기 처리가 가능해짐
• (해상 후처리 필요성) 전술한 바와 같이 육상으로 이동된 쓰레기는 건조 등 공정을 위한 공간이 요구되며, 쓰레기 처리장이 혐오시설로 인식됨. 해상에서 에너지로의 변환 등 최종처리까지 완료된다면 사후처리까지 완성된 해양쓰레기 수거·처리 사이클 확보가 가능함
□ 사업내용
1. 사업 목표 및 범위
〇 사업목표 : 다부처 추진 산학연 공동 R&D를 통한 탄소중립 해양쓰레기 수거·처리 사이클 완성 및 처리 모함 확보
〇 사업범위
(1) 대상 사회적 문제 : 해양 환경오염 (해양쓰레기, 해양 온실가스)
(2) 사회적 문제 해결 방안 및 사업 내용 도출
- 해양쓰레기 : 탄소중립 해양쓰레기 수거·처리 사이클 완성
- 온실가스 : 친환경 선박 추진시스템 개발 및 실증
- 상기 방안 실현을 위한 산학연 공동 R&D 및 실증 프로젝트 수행
(3) 사업 수행 전략
- 산학연 공동 R&D : 탄소중립 해양쓰레기 수거·처리 핵심 모듈 기술개발
• 동결 파쇄 모듈 핵심기술 개발 : LNG 폐냉열 활용 기술, 해양쓰레기 극저온 파쇄 기술, 파쇄 입자의 산업 활용 기술 개발
• 플라즈마 소각모듈 핵심기술 개발 : 해양쓰레기 유해성분(염소 외) 제거기술, 플라즈마 활용 탄소중립 해양쓰레기 처리기술 개발
• 전력 공급 모듈 핵심기술 개발 : 선박용 친환경 LNG 개질 수소 생산기술, LNG- 수소 하이브리드 전력생산 기술 개발
- 실증 프로젝트 : 핵심모듈 제작 및 통합, 4천톤급 모함 건조 및 실증
• 핵심모듈 제작 및 통합 : 일 20톤 처리용량의 해양쓰레기 수거·선별·동결·파쇄·처리 모듈 제작 및 통합, 육상 검증
• 4천톤 급 모함 건조 : 선박 설계·건조 및 쓰레기 수거·처리시스템 탑재
• 모함 운항 실증 : 연안 쓰레기 처리 작업 투입을 통한 개발 모듈·시스템 성능 테스트 및 해양 정화효과 검증, 시스템 위험도·환경 영향성 평가
(4) 사업(R&D) 성과 활용방안
- 사업(R&D) 성과 : 해양쓰레기 수거·처리 모함, 탄소중립 사이클 외
- 해양쓰레기 수거·처리 모함 : 운용기관(선박운용사) 인도
- 탄소중립 사이클 : 유사 해양쓰레기 처리선박·시스템 활용, 재활용 가능 파쇄 처리 입자의 경우 기존 재활용 산업과 연계
- LNG-수소 하이브리드 기술 : 친환경 선박 및 추진시스템, 기자재 제품 트랙레코드 확보, 산업 선도 기술 활용
2. 세부 사업내용
(1) 탄소중립 해양쓰레기 수거·처리 핵심 모듈 기술개발
〇 [중점1] 쓰레기처리 선상모듈
- [세부1-1] LNG 폐냉열 활용 해양쓰레기 동결 모듈
• LNG 냉열활용 냉동시스템 설치 및 성능검증 기술개발
• 냉동-공기조화 시스템 integration 성능평가용 simulator 개발
• LNG 열교환기 및 냉동시스템 최적화 기술 개발
• 선박 운전 시나리오에 따른 성능평가 및 실증
- [세부1-2] 해양쓰레기 극저온 동결파쇄 모듈
• 극저온 동결파쇄기, 파쇄용 챔버 시스템 설계 및 공정기술 개발
• 파쇄환경(종류, 온도 등)과 파쇄입자 크기의 상관관계 규명
• 파쇄입자 첨가, 활용기술 개발
• 극저온 동결파쇄 모듈 제작 및 실증
〇 [중점2] 플라즈마 소각모듈
- [세부2-1] 해양쓰레기 유해성분 제거를 위한 전기화학적 처리 모듈
• 선박용 해양쓰레기 선별 기술개발
• 파쇄입자 유해물질 제거를 위한 선박용 전기화학적 처리시스템 개발
• 선박용 전기화학적 처리시스템의 고효율 불용성 양극전극 개발
• 처리수의 오염물 제어를 위한 후단처리 기술개발
- [세부2-2] 플라즈마 가스화를 활용한 900 Nm3/hr급 수소생산모듈
• 플라즈마 가스화 핵심소재·부품 기술 개발
• 가스화 후단 합성가스 후처리 기술 개발
• 1MW급 플라즈마 가스화 공정 엔지니어링 기술 개발
〇 [중점3] LNG-수소 하이브리드 모듈
- [세부3-1] 선박용 친환경 LNG 개질 수소생산 시스템
• 선박용 친환경 LNG 개질기 설계, 제작, 성능평가
• 친환경 LNG 개질기 기반의 수소연료전지 연료 공급 공정 개발
• 수소 생산/변환/전기 공급시스템 모듈 설계
- [세부3-2] LNG-수소연료전지 하이브리드 기술 개발
• 수소연료전지시스템 모듈 상세설계 및 Scale-up 기술 개발
• LNG발전기-연료전지-배터리 하이브리드 시스템 설계, 제작
• 하이브리드 시스템 통합 성능·안전성 검증
(2) 4천톤급 모함 건조 및 실증
〇 [중점4] 시스템 인테그레이션 및 실증
- [세부4-1] 해양쓰레기 시스템 Integration 및 선박 탑재/운항 실증
• 선박 기본·상세설계
• 모듈 배치 및 탑재 기술 개발
• 주요 기자재 제작 및 성능평가
• 시운전 및 실해역 성능평가
- [세부4-2] 선박 운항·시스템 운전 위험도 분석 및 평가
• 극저온 액화가스 모듈 가스 누출·확산 모델 개발
• 모듈 탑재 실증선의 위험도 분석 및 평가
• 액화가스설비·모듈의 선박탑재 안전성 평가 및 설계 지침 도출
〇 [중점5] 해양쓰레기 Moving Lab 구축
- [세부5-1] 해양쓰레기 처리시스템 화학적 환경 영향성 평가
• 처리과정의 유해물질 제거 및 2차 해양오염 평가
• 최종 파쇄입자 내 유해물질 분석을 통한 환경 위해성 평가
- [세부5-2] 해양쓰레기 in situ 위해성 평가 Moving lab 기반구축
• 해양쓰레기 처리 입자 노출 환경별 인체 위해성 평가
• 해양쓰레기 처리 입자 위해성 평가정보 기반 'Digitaliuzed marine debris information bank’ 구축
• 실시간 분석 기술 및 모듈 개발을 통한 ’On-ship moving lab’ 기반구축
(3) 4천톤급 모함의 연안지 역 쓰레기 수거·처리 활용
□ 사업 추진방법
1. 사업 추진체계
(1) 부처 간 역할분담
〇 산업통상자원부 : 친환경 선박기술 개발 총괄 및 상용화
- 친환경 선박기술 개발 총괄
• 해양 온실가스 저감을 위한 친환경 선박기술 개발 총괄
• 관리 과제에 대한 사업예산 확보·편성 및 과제 관리 주체
- 친환경 선박 시스템 및 기자재 상용화 지원
• “미래 친환경선박 핵심기술개발사업” 연구성과 연계, 기획사업 확보 모듈의 상용화, 사업화 지원, 실증선 운항을 위한 관련 법제도 마련
〇 해양수산부 : 해양쓰레기 처리기술 개발 총괄 및 해상실증
- 해양쓰레기 처리기술 개발 총괄
• 해양쓰레기 문제 해결을 위한 파쇄, 처리기술 개발 총괄
• 관리 과제에 대한 사업예산 확보·편성 및 과제 관리 주체
- 4천톤급 쓰레기 수거 처리선 해상실증, 상용화 지원
• “해양수소경제 구축 “ 연구성과 연계, 해양쓰레기 수거 처리 민간 확산 지원, 실증선 운항 및 Moving Lab 구축을 위한 관련 법제도 마련
(2) 부처간 연계방안
〇 협의체계 구축·운영
- 주기적 또는 현안별로 다부처 연구개발 사업 추진을 위한 협의회의 구성 개최를 통하여, 부처 간/세부과제 간/연구기관 간 조율 및 협조체계 구축
• (부처간 협의) 공동주관부처인 산업부, 해수부 사업 담당자를 통해 분기별 1회 업무 현안사항 조율·조정, 연구개발 추진사항 공유
• (부처-사업단 협의) 사업단 총괄기관의 주관으로, 부처별 사업 담당자, 부처별 참여 연구기관, 지자체 및 협력기관 담당자를 통해 반기별 1회 업무 현안사항 조율·조정, 연구개발 추진사항 공유
〇 연계방안 2 : 공동 사업관리 체계 구축
- 사업 단계별 공동/주관 사업관리
(3) 사업 운영체계
〇 정부부처 : 산업통상자원부, 해양수산부
〇 참여지자체 : 경상남도, 부산광역시, 울산광역시
〇 참여기관 : 부산·울산·경남테크노파크, 부산대학교, 한국선급 외 전문연구기관
〇 역할 및 특징
- [부처] 산업통상자원부: 핵심 요소기술 R&D 중심 사업예산 확보·편성
- [부처] 해양수산부: 탑재모듈 및 선박 실증 중심 사업예산 확보·편성
- [지자체] 경남, 부산, 울산시: 실증선 운항지원, 건조선박 지자체 활용
- [전문기관] 선박 운용사 : 건조선박 운용
- [공동운영위원회] 사업추진에 관한 주요사항 등의 심의 및 결정 (부처, 지자체, 전문기관, 기술분야 전문가 등 15인 이내로 구성)
(4) 성과관리방안
〇 사업 점검 시스템 구축
- 사업 주체간 협력·정보공유 강화
- 기술개발 자문·지원 조직 체계 구축
〇 사업 관리·평가 체계 마련
- 온라인 사업 관리시스템 구축 및 운영
- 세부전략 4 : 과제관리 전문기관을 통한 사업관리
2. 사업 추진전략
(1) 부처간 협업
〇 해양쓰레기 수거, 처리, 자원화를 위한 요소기술 개발 R&D를 담당하는 산업통상자원부와, 해양쓰레기 해상처리시스템 제작, 검증 및 운항 실 증을 담당하는 해양수산부가 협업하는 형태의 사업을 구성
〇 각 단계 담당부처 주도하 기술검토/진도점검 회의 개최, 마일스톤 방식의 개발관리, 요구사항 수렴 등을 통한 사업의 완성도 향상
〇 실무진 차원의 현안, 진행사항 및 이력관리가 용이하며, 각 부처 진행 사업과제들의 연계, 실증 필요 분야 협업 등을 추진
(2) 지자체 협업
〇 부유·침적 해양쓰레기 문제를 공동으로 대응하기 위한 동남 광역경제권 (경남도, 부산시, 울산시)와의 협력체계 구축 (사업 참여 확약)
〇 (기술개발 단계) 선박의 실 수요처인 지자체의 의견 수렴
〇 (실증 단계) 지자체 현안 문제인 부유·침적 해양쓰레기 문제 해결을 위해 본 사업 최종 성과물『해양쓰레기 처리용 친환경 선박』적극 활용
(3) 협의체 구성
〇 해양쓰레기 처리용 친환경 선박 시장의 공동 대응, 국산화 기술 확보를 위한 협의체를 구성하여 산학협력과 기술교류를 촉진시킬 계획
〇 해양쓰레기 처리·재활용 관련 산업군, 국내 조선해양·기자재 산업체 등 다수의 기업들이 참여하여 정례회의, 기술교류 학술대회 개최를 통해 기업 간 교류, 산학협력 강화를 추진함
3. 사업 기간 및 소요예산
〇 사업기간 : 총 5년 (2022 ~ 2026년)
〇 소요예산 : 총 450억원/5년 (국비 290억원, 지방비 100억원, 민자 60억원)
- (R&D) 해양영토 탈탄소화를 위한 실행 도구의 기능 확보 : 280.5억원
- (선박건조) 해양영토 탈탄소화를 위한 실행 도구 제작 : 110억원
- (실증) 해양영토 탈탄소화를 위한 실행 도구의 가능성 검토 : 53.5억원
- (사업운영) 해양영토 탈탄소화를 위한 실행 도구 확보 사업운영 : 6억원
〇 재원마련 방안
- 본 기획 사업은 사회문제 해결형 R&D의 특성을 고려하여 정부 R&D 출연금을 기본 재원으로 하나, 건조되는 실증선 (실행 도구)의 해역 투입 근거마련, 향후 상용화 또는 수익사업으로의 성과 확산을 고려하여 추가적인 재원 확보방안을 마련하였음
(1) 주관부처 재원마련
-본 사업 공동 주관부처인 산업통상자원부, 해양수산부의 주요 추진정책, 기 투자 사업과 본 기획사업과의 연계성을 고려한 투자계획 설정
- (R&D) 산업부 : 해양 온실가스 저감을 위한 친환경 선박기술 개발 총괄. LNG 냉열활용, 플라즈마 가스화, LNG 개질 모듈, LNG-수소 하이브리드 시스템 등 총 4개 R&D 세부과제 투자 (총 170억원)
- (R&D) 해양수산부 : 탄소중립 해양쓰레기 처리기술 개발 총괄. 해양쓰레기 극저온 파쇄, 전기화학적 처리 모듈 총 2개 R&D 세부과제 투자 (총 69.5억원)
- (실증) 산업부 : 선박 및 시스템 안전성 검토 관점의 실증 투자. 선박 운항·탑재 시스템 위험도 분석 및 평가 총 1개 실증 세부과제 투자 (총 10.5억원, 모듈 성능평가는 R&D에 포함)
- (실증) 해수부 : 실증선(실행도구) 가능성 검토 관점의 실증 투자. 시스템 통합·운항실증, 처리시스템 화학적 환경 영향성 평가, 위해성 평가 Moving lab 기반 구축 등 총 3개 실증 세부과제 투자 (총 34억원)
- (사업운영) 해수부 : 회의, 세미나 개최 등 연구활동비 및 추진비 투자 (총 6억원)
(2) 참여지자체 재원마련
- 본 사업의 해양영토 탈탄소화 실행 도구인 실증선 건조는 해양 탄소화 문제의 당사지역이며, 온실가스 저감 친환경 선박 산업의 집적지로서 관련 산업 육성을 추진하는 지자체 차원의 투자를 통해 진행할 예정
- 특히, 본 사업 추진 시 지역 추진 중인 기반구축, R&D 사업 등과 연계하여 본 기획 사업의 원활한 진행과 지역기업들의 참여 유도 예정
• (선박건조) 경상남도·부산광역시·울산광역시 : 총 100억원
(3) 민간기업 재원마련
- 본 사업은 해양영토 탈탄소화를 위한 핵심모듈의 개발 및 제작, 그리고 이의 선박 탑재를 통한 운항 실증을 포함하므로, 관련 민간기업 제품의 트랙레 코드 확보를 위한 기회로 활용 가능
- 현물(인건비, 장비·재료비) 차원의 민간기업 투자를 통해 R&D 및 실증을 수행하며, 더불어 실증선 건조에도 향후 수익사업으로의 확산을 희망하는 민간기업의 투자를 유도하여 해양영토 탈탄소 가속화를 도모함
• (R&D) 핵심모듈 개발 : 총 41억원
• (선박건조) 실증선 건조·운항실증 및 안전성 평가 : 총 10억원
• (실증) 핵심모듈 탑재 실증선 환경 영향 평가 : 총 9억원
□ 성과 활용 방안 및 기대효과
1. 사업 성과 활용 방안
〇 연구개발 성과의 실용화·사업화 계획
- 최종 사업 성과
• 탄소중립 해양쓰레기 수거·처 리 사이 클 및 4천톤 급 처리 모함
- 사업 (연구개발) 성과의 실용화·사업화 계획
• 본 사업의 성과물인 4천톤급 해양쓰레기 수거·처리 모함은 해양쓰레기 문제해결을 위한 직접적인 제품으로 볼 수 있으며, 해양쓰레기 처리산업이 활성화된 경우 직접적인 최종 제품으로서 사업화를 추진함
• 해당 제품은 조선소 및 폐기물 처리시스템 제작사가 직접적인 최종 생산자가 될 수 있으며, 기존 조선 산업의 선박 제작형태와 크게 벗어나지 않기 때문에 분업·사업화 달성 가능
• 이와 함께, 탄소중립 해양쓰레기 수거·처리시스템은 해양뿐만 아니라 육상쓰레기 처리용으로 활용가능하며, 요소 제품 또는 전체시스템 단위로 폐기물 처리 산업을 통한 상용화를 추진
• 선박용 LNG-수소 하이브리드 기술은 선박 내 추진 직접 활용 또는 보조 전력으로 활용될 수 있으며, 조선·기자재 산업으로의 기술 확산 또는 개발 제품의 트랙레코드 확보 차원으로 사업화를 추진
• 파쇄입자의 첨가·활용기술은 토목/건설 자재 재생산 등 재활용 산업과 연계한 상용화 개발을 거쳐 사업화를 추진
〇 사회적 활용·확산 방안
• 본 사업의 성과물인 4천톤급 해양쓰레기 수거·처리선박은 해양쓰레기 문제해결을 위해 개발 제작되며, 사업 완료 후 선박운용사에 인도되어 해양방제선과 함께 해양쓰레기 처리 모함으로 활용될 예정
• 이와 함께, 선박 내 일원화된 해양쓰레기 수거·처리시스템은 실증을 통한 성능·안전성 검증 후 참여지자체의 해양쓰레기 수거·처리 프로젝트에 직접 활용이 가능하며, 지자체 실정(대형선 운용 부담)에 맞는 시스템 분할 등 솔루션을 제공하여 각 지자체의 해양쓰레기 수거 처리에 기여할 수 있도록 함
• 확보된 해양쓰레기 수거·처리선박의 해역 투입 및 작업 진행을 위해서는 운항 인허가 및 기항지 확보, 주민 합의와 같은 제반사항 마련이 요구되며, 본 사업 참여부처·사업팀·참여지자체간 협력체계 하에서 이를 수행할 예정임
• 해수부 또는 환경부 등을 통해 개발되고 있는 해양쓰레기 수거기술, 재활용 기술과 연계하여 “수거” → “처리” → “재활용” 으로 이어지는 해양쓰레기 문제해결 체계를 완성하며, 국내뿐만 아니라 해양쓰레기 문제에 봉착한 동남아시아 국가 등 대상으로 확산하여 국위선양, 신산업 육성으로 이어지도록 함
• 해양쓰레기 문제해결과 더불어 본 사업에서 확보되는 LNG-수소 하이브리드 기술은 실증선 운항테스트를 통해 성능이 검증되고, 적용 제품의 트랙레코드 확보가 가능함. 검증된 기술 또는 제품을 관공선 등 연안 선박의 추진시스템으로 직접 활용한다면, 선박 배출 오염물질과 온실 가스 감축 효과를 기대할 수 있음
• 연안 선박의 추진시스템 전환에 있어 가장 큰 문제 중 하나인 안전과 관련하여 트랙레코드 확보를 통한 성능검증, 그리고 본 사업에서 개발되는 위험도 평가기술을 활용하여 저탄소 선박 보급 확산에 기여 가능
2. 기대효과
〇 기술적 측면
- 개발한 해양쓰레기 수거·처리 핵심 설비 모듈이 실증용 선박에 탑재되어, 재활용을 제외한 모든 공정이 해상(선박 내)에서 진행되므로, 육상에서 수행되는 기존의 해양쓰레기 전·후처리 과정을 획기적으로 축소 가능
- 해양쓰레기 해상처리시스템(20ton/day) 구축을 통한 해양쓰레기의 친환경 소각·자원화 기술 수준 향상 및 연속 운영체계 구축
- 선박연료로 탑재한 LNG의 열교환 과정에서 발생하는 자연 폐냉열 활용 기술 확보를 통해, 다양한 목적의 LNG 폐열활용 실증 플랫폼 확장 가능
- 현행 법, 규정, 제도상에서 미분류 상태이며 정책적 방향이 정해지지 않은 해양쓰레기에 대한 자원재활용 정책 방안 마련 및 기술 확보 가능
- 해양쓰레기 수거·처리의 특수성과 수소연료전지 추진기술의 유망산업이 결합된 新선박 실증 운항을 통해 트랙레코드를 확보
- 해양쓰레기 처리 및 친환경 선박 최고 기술보유국과의 기술격차 감소
- 친환경 수소연료전지 전력을 사용하는 선박의 확대를 통해 향후 선박용 추진동력으로 전환 가능
• 수소연료전지기반 선박추진시스템은 수소기술개발로드맵 등을 근거로 요소기술 및 시스템, 성능평가기술이 개발되고 있으며, 소형·중형선박 에의 실증 계획 수립, 일부 수행 중
〇 사회적 측면
- 해양쓰레기의 처리방법을 소각, 매립 방식에서 재활용·업사이클, 에너 지화 방식으로 전환하여, 환경오염, 기피시설과 같은 기존의 사회 부정적 인식의 제고
- 매립/소각을 벗어난 새로운 형태의 자원재활용 산업군 형성 가능
- 국제해사기구 온실가스 감축규제에 따른 친환경 선박(LNG 연료) 및 해상 에서의 친환경 전력생산(연료전지) 기술 확보/선점
• IMO는 탈탄소화를 목표로 온실가스 배출을 ‘30년까지 40% 감축( ‘08년 대비)하는 전략 채택
- 효율적인 해양쓰레기 저감을 통한 국가 사회문제 해결 및 국익에 기여
- 친환경 기술 도입과 해양환경 개선을 통한 국가 상위계획 목표 실현
- 다부처 공동사업을 통해 세부사업별 수요 맞춤형 전문인력 양성
〇 경제적 측면
- 해양쓰레기의 수거·처리 작업 간소화 (육상작업 축소) 및 재활용·에너지화 (소각처리·매립비용 축소)를 통해 사회적 비용의 획기적인 저감 가능
• 육상작업 중 분류, 세척 등은 인력에 의존하여 처리 지연이 빈번하여, 부패, 악취 등 2차 피해 발생
- 사업 종료 후 5년간 해양쓰레기 예상 수거량은 215만 톤 수준으로, 건조 선박을 활용하여 50% 수거할 경우, 연간 약 8,600억 원의 수거비용 저감
• 해양쓰레기 톤당 수거비용 80만원 (해양수산부, 2019)으로 추정됨
- 조선 산업은 남부권(부산, 울산, 경남)의 지역경제 기여도가 높은 대표 제조 산업으로 친환경에너지 활용에 따른 신시장 창출 가능
• 경남 내 조선산업은 공공 행정분야 제외, 지역 부가가치 생산규모 1위 산업
- LNG를 이용한 소형선박, 수소 연료전지 보조전원 등의 시장진입을 통해 새로운 신규 일자리 창출 및 조선 산업의 지속성장 도모
• 온실가스 2050년 70% 감축 결정. 로이드 등 선박 규제 선도기관에서도 수소연료 전환 주장
- 2030년 친환경 선박 약 4.9조원 시장 형성, 3.3만명 고용 유발효과가 기대되며, 해양쓰레기 수거·처리산업 신규 육성, 지역 경기 개선 등 선순환 효과 기대
• 세계조선시장규모 2030년 2,350억 달러 (KISTEP, 2014), 선박 수소연료 비중 5%, 국내 점유율 35%로 가정 시 국내 수소연료전지추진선박 시장 규모 4.9조원 형성
• 고용유발효과(명) = 49,000억원 X 6.81명/10억원 (조선산업 고용유발계수, 2017) = 33, 369 명
(출처 : 요약본 5p)
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