LNG선의 핵심기술 .. 멤브레인 기술

 

 

LNG선의 ‘핵심’·· 멤브레인 기술

일반적으로 우리의 가정에서 많이 쓰는 냉장고의 내부 온도는 -20℃이고 뜨거울 정도로 차다는 드라이아이스의 온도는 -80℃다. 그러나 천연가스를 액화시켜 생산기지에서 저장기지로 운반하는 액화천연가스(LNG)선 화물창의 내부 온도는 무려 -162℃에 달한다.

LNG선 내부 온도가 이렇게 낮은 이유는 LNG 성분 중 90% 이상을 차지하는 메탄의 비등점이 －162℃이기 때문이다. 따라서 LNG선이 LNG를 운반하려면 LNG선 화물창 및 그 관로들은 -162℃로 유지하기 위해서는 이보다 낮은 액화질소의 비등점인 -196℃의 극저온 기술이 필요하다.

 

이에 대한 기술로서 최근에 LNG선박 화물창에 프랑스 GTT가 개발한 멤브레인 공법이라는 특별한 기술을 적용되고 있다. 이기술은 프랑스에서 개발하였으나 한국에서 상용화를 시도하여 성공함으로서 세계 LNG선 조선시장에서 이기술을 이용한 90% 이상이 한국에서 수주를 하게된 원동력이 되기도 한 기술이다.  

앞서 왜 천연가스를 액화시켜서 운반하는 지를 알아보기로 한다. 유럽이나 북미지역처럼 천연가스가 생산되는 지역과 소비지역이 육지로 연결된 지역은 파이프라인으로 운송이 가능하다. 하지만 바다를 건너야 하는 지역은 지형적인 한계 때문에 파이프라인으로 운송하는데 한계가 있다.

이때 운반하려는 천연가스를 -162℃로 액화시키면 그 부피가 약 600분의 1로 줄어들어 기체상태일 때보다 더 많은 양을 운반할 수 있다. 즉, 액화된 천연가스는 다시 기화하면 600배로 늘어나게 되니 운송효율이 600배나 커지니 경제성이 있기 때문이다.

LNG는 -162℃의 초저온 액체인데 반해 선박 밖의 온도는 해상 날씨에 따라 다르기 때문에 화물창 내·외부의 온도차가 발생한다. 이때 액화된 천연가스의 온도가 올라가면 기화되기 때문에 높은 압력과 낮은 온도에서 오는 변형(일반 금속의 깨어지는 성질 즉 취성이 증가)을 방지하고 －162℃의 극저온 상태를 유지시켜 주기 위한 특수한 화물창이 필요하다.

만약 1cm 정도의 두껍고 단단한 철판 위에 LNG를 한 방울 떨어뜨린 후 이 철판을 1m 높이에서 떨어뜨리면 일반적인 철판은 얼음 조각처럼 산산히 깨진다. 극저온으로 철판조직이 경화되어 파괴하기 때문이다. 따라서 이러한 극저온 기술을 설계하고 건조하는 것이 바로 LNG선의 핵심기술이며, LNG선을 ‘조선기술의 꽃’이라고 부르는 이유이기도 하다.

이러한 LNG선 화물창은 모양에 따라 일반적으로 멤브레인형과 모스형으로 나눌 수 있습니다. 모스형은 공 모양의 탱크를 선체에 탑재하는 선형으로 화물창과 배 몸체인 선각이 독립되어 있다. 멤브레인형은 박스 형태의 화물창으로 모스형보다 용적 효율이 높고, 화물창이 갑판 하부에 위치하기 때문에 운항시 무게중심과 시계 확보도 우수하며 같은 크기의 선박에서 운송량도 많아진다.

우리나라의 대우조선이나 삼성조선이 건조하는 LNG선이 바로 이 멤브레인형으로 제작된다. 멤브레인형은 핀란드에서 공수된 자작나무를 방열재로 이용해 배 안에 특수한 화물창을 설치한다. 외부에서 가해지는 모든 힘을 안전하게 지탱해주기 위해 외벽은 특수 콘크리트로 만들고, 내벽은 -162℃의 초저온 LNG를 실을 수 있는 인바라는 니켈 합금강과, 316L의 스테인리스강으로 제작된 멤브레인 시트로 만든다. 벽과 벽 사이는 외부로 부터 열이 유입되는 것을 차단하기 위해 우레폼의 방열재도 넣는다.

 

 

사진에서 촘촘하게 붙여놓은 것이 멤브레인 시트다. 멤브레인 시트 사이의 이어지는 부분에 주름 같은게 잡혀 있다,(사진 속 동그라미 표시). 이것은 온도차에 의한 급격한 수축과 팽창을 모두 흡수할 수 있도록 만들어 놓은 것이며, 이것이 바로 LNG의 화물창의 중요한 기술이다.

지난해 11월 서울 소공동 롯데호텔에서 열린 한-카타르 에너지 협력위원회에서 카타르측은 재미있는 제안을 한 바 있다. LNG선박을 이용해 자국에 우리나라의 물(민물)을 수출할 수 없겠느냐고 한 것이다. 한국으로 보내는 LNG를 실은 LNG선박이 LNG를 다 내려놓으면 이 배는 빈 채로 다시 카타르로 돌아가게 되는데 저장공간에 물을 채워달라는 것이다.

그러나 이론상으로는 LNG선박에 물을 싣는 것은 가능하다. 다만, LNG 비중(어떤 물질의 질량과, 이것과 같은 부피를 가진 표준물질의 질량과의 비율)이 0.41로 물(비중 1)에 비해 60% 가볍다. LNG선에 LNG 100% 채웠다면 물은 41% 밖에 싣지 못한다는 것을 의미한다. 그 이상 실으면 배가 가라앉는다.

 

우리나라 조선사가 건조한 멤브레인형 LNG선의 위용

 

현존하는 세계 최대 크기의 LNG선은 삼성중공업이 준공한 26만6000㎥급이다. ℓ로 환산하면 이 배는 2억6600만ℓ의 LNG를 실을 수 있다. 하지만 물은 총 용량의 41%인 1억906만ℓ 밖에 실을 수 없다. 아랍에미리트(UAE) 인구가 평균 하루에 550ℓ의 물을 사용한다고 하며 카타르도 비슷한 수준이라고 한다.

이를 적용하면 이 배가 실어 나르는 물은 19만8291명이 하루에 쓸 수 있는 양이다. 카타르 총 인구(83만3285명, 2009년 7월말 기준)의 4분이 1정도만 쓸 수 있다. 카타르에서 한국까지 LNG선 운항 기간이 15일 정도 걸리고, 연료비와 운항 기간 동안의 물 관리 비용을 더해진다는 점을 놓고 볼 때 경제성을 따져봐야 할 것이다.

단, 한국산 물은 현지 설비에서 생산한 담수에 비해 비싸게 팔릴 것으로 전망되기에 이는 경제성적 차원이 문제가 있으나 그보다 더 이미 바닷물을 먹는 물로 만드는 담수설비 시설예서도 한국이 세계 1위를 선점하고 있음을 보면 아이러니한 제안이나 산유국의 부자 나라에서 아무래도 물맛이 떨어지는 담수설비의 물 보다는 한국의 자연수의 물맛을 본다면 차등화된 제안으로 검토의 대상은 될 것이다.