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해운 산업에서 운항하는 선박 운영업체는 효율성 개선에 대한 압박이 점차 커지고 있다. 해상 운송은 전 세계 이산화탄소 배출량의 약 3%를 차지하며, 국제해사기구(IMO)는 2050년까지 실질적으로 제로 배출을 달성하기 위해 이를 급격히 감축하려는 목표를 세웠다. 20년 이상의 업계 경험과 연간 500건 이상의 프로젝트 수행 실적을 바탕으로 1,000척 이상의 선박에 서비스를 제공해 온 당사는, 선박 내 열교환 시스템 최적화가 탈탄소화를 위한 가장 효과적인 방법 중 하나임을 잘 알고 있다. 100명 이상의 전기·기계 기술자들이 이끄는 팀은 쉘앤드튜브 및 플레이트 열교환기에서 S-CO₂ 파워 사이클 하이브리드 장치에 이르기까지 폐열 회수 솔루션을 정기적으로 수행하며, 연료 절감을 지원하고 있다. 아래에서는 우수한 열교환이 이산화탄소 배출을 직접 줄이는 네 가지 핵심 방식을 설명한다.
폐열 회수: 손실을 에너지로 전환
최신 해양 디젤 엔진은 약 50%의 열효율을 달성할 수 있으며, 연료의 나머지 에너지는 주로 배기 가스(보통 250°C 이상)와 재킷 냉각수를 통해 열 형태로 손실된다. 이러한 손실된 열에너지는 고효율 열교환기를 통해 회수되어 유용한 동력 또는 선내 난방으로 활용된다. 해양 분야에서는 조울 사이클과 같은 폐열 회수(WHR) 시스템을 적용하면 전체 엔진 출력을 2~12%까지 향상시킬 수 있다. 이는 해리당 연료 소비량 감소로 인한 직접적인 결과이며, 따라서 항해당 CO₂ 배출량도 줄어든다. 배기 가스에서 회수할 수 있는 에너지는 엔진 부하 및 열용량 비율에 따라 달라지며, 이는 회수 대상 배기 가스의 양과 작동 유체에 따라 결정된다. 이러한 요소들은 SME의 엔지니어링 팀이 설계한 열회수 루프 내에서 최적화되며, 다양한 배기 가스 및 작동 유체의 열용량 조건에 맞춰 운전될 수 있다.
선내 탄소 포집 시스템 지원
OCCS 프로젝트 내 선박에 설치될 일부 시스템에서는 열 교환이 매우 중요하다. 예를 들어, 이산화탄소(CO₂)는 포집 시스템의 일환으로 포집되며, 포집된 CO₂는 포집 용매로부터 분리되어야 한다. 포집 시스템에서 모노에탄올아민(MEA)을 포집 용매로 사용할 경우, 충분한 열 에너지를 공급하여 용매로부터 CO₂를 분리해야 한다. SME가 구동하는 열교환기는 엔진 배기 가스의 감열을 이 에너지 재생 공정의 주요 에너지 원으로 활용할 수 있게 하여, 추가 연료를 연소시키는 보조 난방 장치의 필요성을 줄이거나 없앨 수 있다. 최적화된 경우, 포집 시스템과 결합된 열 회수 시스템의 이산화탄소 감축률은 70%를 넘을 수 있다. 한편, 추운 기후 지역에 투입되는 선박의 경우, 고성능/특수 열교환기의 추가적인 이점은 선원 생활 공간 난방 및 연료 예열용 열을 회수함으로써 보조 보일러의 필요량을 줄이는 데 있다. 이는 또 다른 상당한 부가 배출원을 감소시키는 효과를 가져온다.
소형화된 효율성을 위한 초임계 이산화탄소 동력 사이클
선박 내 공간이 제한되어 있기 때문에, 전력 생성 장치의 고밀도 및 소형화가 요구된다. SME는 또한 폐열을 열교환기를 통해 초임계 상태의 이산화탄소로 전달하는 초임계 CO₂ 브레이턴 사이클의 적용을 지원한다. 기존의 랭킨 사이클에 비해 S-CO₂ 사이클은 설치 면적이 작고 에너지 변환 효율이 높다. 입구 온도, 질량, 입구 압력 등 배기 가스의 조건이 열교환기 설계에 미치는 영향은 이러한 시스템의 성능에 결정적인 역할을 한다. SME의 기술 사양에는 이러한 변수들이 모두 포함되어 있으며, 이를 바탕으로 에칭된 판과 핀을 결합한 하이브리드 열교환기는 압력 강하에 대한 손실을 최소화하면서 최적의 열 성능을 제공한다.
액화천연가스 기화 과정에서의 냉각 회수
LNG 연료를 사용하는 LNG 선박의 경우, LNG 기화 과정에서 발생하는 냉각 에너지를 회수하는 특별한 기회가 존재한다. LNG가 기체로 전환되며 상온으로 온도가 상승할 때 흡수하는 막대한 열량을 활용해, 이 ‘냉각’ 자원을 포집된 CO₂를 액화 저장하기 위한 응축 공정 또는 선박 내 공조 및 냉장 시스템의 효율 향상에 사용할 수 있다. SME의 열교환기 솔루션은 냉각 회수 시스템(CRS)을 결합하여 압축기의 전기 부하를 낮추고, 선내 전력 소비 및 이에 따른 연료 소비를 감소시킨다. 당사 SME는 ISO 인증 절차와 난퉁 소재 5000 m² 규모의 작업장을 바탕으로 기존 선박에도 동일한 수준의 효율을 제공한다. 특히 선박 크기 대비 LNG 연료 소비 비율이 유리한 기존 선박에 동일한 기술을 적용할 수 있다.
결론: SME의 탈탄소화 실천 의지
효과적인 열 교환: 전 세계 선박 함대의 배출 감축을 위해 지금 당장 조치를 취할 경우 상당한 영향력을 발휘할 수 있는 핵심 분야. SME 그룹은 폐열 회수, 탄소 포집 지원, S-CO₂ 사이클, LNG 냉열 회수 등을 포함한 연료 소비 및 환경 영향을 줄이기 위한 맞춤형 열 전달 솔루션을 제공한다. ANAB, IAF, UKAS 인증을 획득하였으며, ISO 9001 및 14001 인증을 보유하고 있으며, 전 세계 조선소, 특히 중국 본토에서 연중무휴 서비스를 제공한다. 전문가 100명 이상이 상시 대기 중이다. 모든 프로젝트에 대해 12개월 보증 기간과 더불어 ‘관심을 넘어서는 책임’이라는 철학을 바탕으로, 보다 친환경적이고 지속 가능한 해양 미래 실현에 기여한다. 에너지 효율적인 열 교환 기술이 귀사 선박의 탄소 배출량을 줄이고 운영 비용을 절감하는 데 어떻게 기여할 수 있는지, 지금 바로 SME 전문가와 상담하시기 바란다.