[좌측 : 이인원 교수, 우측 : 박현 교수]

부산대학교 조선해양공학과 이인원 · 박현 교수팀은 저마찰 선박 방오도료를 재화중량 17만6천톤급 벌크선에 적용, 실해역 운항시 3.7%의 속도 개선 효과 (연료절감효과 11.7% 상당)를 검증한 결과가 국제학술지 「Scientific Reports」 에 1월 13일(수) 온라인 게재됐다고 발표했다. 방오도료는 해조류나 패각류 등의 해생물이 선체 혹은 해양구조물 표면에 착생하는 오손현상을 막는 선박도료이다. 해생물이 선체에 착생하면 선체의 표면거칠기가 증가하여 물과의 마찰저항이 증가, 소요동력과 연료소모가 증가하는 한편, 동일한 동력에서는 선속이 줄어드는 경제적 피해를 야기한다. 선박 방오도료는 물 속에 잠기는 표면에 도장되어 해생물 착생을 억제하기 위한 도료로서 모든 선박에 필수적으로 사용된다. 마찰저항은 선박의 전체 저항의 70% 이상을 차지하기 때문에 전 세계 모든 선박의 마찰저항을 10% 줄이면 연간 47억 달러의 연료비 절감 효과가 있을 것으로 예상된다.

[저마찰 선박 방오도료 적용 17만 6천톤급 벌크선]

부산대학교 이인원 · 박현 교수팀이 2015년 개발한 저마찰 방오도료는 해생물 착생으로 인한 저항 증가를 막는 종전의 방오도료 개념을 확장, 해생물이 부착하지 않은 상태에서도 다른 도료에 비해 마찰저항을 줄인 신기술을 구현했다. 이는 마찰저항을 감소시키는 신소재 고분자 수지인 FDR-SPC (Frictional Drag Reducing Self-Polishing Copolymer)를 2015년 세계 최초로 개발, 본 방오도료에 적용함으로써 가능해졌다. FDR-SPC 는 마찰저항의 주요인인 난류 소용돌이의 에너지를 흡수하는 고분자 저항저감 성분이 화학적으로 합성된 고분자 물질인데, 물과 접촉하면 가수분해 반응을 통해 고분자 저항저감 성분을 일정한 속도로 수중으로 방출하는 기능을 발휘한다. FDR-SPC는 매끈한 표면보다 마찰저항이 13.5% 감소하는 결과를 나타낸 바 있다. 이인원 · 박현 교수팀은 FDR-SPC를 기반으로 한 저마찰 방오도료를 개발하여 해상 및 선박 침적 시험을 통한 방오성능 시험, 조선소 현장 평가를 통한 선박 도장 공정 호환성 시험을 통하여 실선 적용성을 검증하였다. 아산화동 (Cu₂O) 방오제를 함유하지 않는 본 방오도료를 2015년 11월 재화중량 17만6천톤급 벌크선 (길이 292m)의 수선 하부 전체 면적에 도장한 시점 이전 1년과 이후 4년간, 총 5년간 실해역 운항 데이터를 수집, 선박의 속도 성능을 분석한 결과가 이번 논문에 게재된 것이다.

본 논문의 특징은 다음 두 가지로 요약된다. 첫째, 선박의 운항에 큰 영향을 미치는 조류와 바람, 파도 등의 기상 조건의 영향을 제거하고 선박의 성능을 정량적으로 분석하기 위하여 제정된 국제 표준인 ISO19030을 기반으로 저마찰 방오도료가 적용된 선박의 실해역 성능을 검증했다, 둘째, 3년의 간격을 두고 첫 번째 운항 기간에는 저마찰 방오도료, 두 번째 운항 기간에는 일반 방오도료를 적용함으로써 입거 수리 직후의 동일한 선박 상태에서 방오도료만 교체된 객관적인 비교평가 조건을 재현하였다.

본 논문에는 2014년 12월부터 약 5년간 570만회에 걸쳐서 계측된 선박 운항 빅데이터를 분석한 결과가 기술되어 있다. 저마찰 방오도료와 일반 방오도료가 도장된 직후 각각 1년간의 데이터만을 상호 비교한 결과, 저마찰 방오도료를 도장했을 때 선속이 평균 3.72% 증가하는 것으로 나타난다. 이를 동일 선속으로 환산하면 소요 동력과 연료 소모량이 11.7% 감소하며, 온실가스 배출량도 동일하게 감소함을 의미한다. 기후변화를 막기 위해 국제해사기구(IMO)에서는 2050년까지 선박의 온실가스 배출을 종전 수준의 절반으로 감축하는 목표를 설정, 국제적 규제 적용에 나서고 있다. 23,000TEU 급 초대형 컨테이너선의 일일 연료 소모량은 약 230톤, 일일 온실가스 배출량은 약 720톤에 달한다. 본 저마찰 선박 방오도료를 이러한 선박 단 한 척에만 적용해도 연간 온실가스 배출을 2만톤 이상 줄일 수 있으며, 이는 승용차 3,500대가 연간 배출하는 양에 필적한다.

선박의 마찰저항을 줄였을 때의 막대한 경제적, 환경적 파급 효과 때문에 지난 30여 년 동안 수많은 기술이 제안되어, 실험실 내 이상적인 평가 환경 속에서 효과를 입증한 논문이 다수 출판되었다. 하지만 대부분의 기초 연구들이 방오성능이나 선박 적용성 측면에서 한계점을 갖고 있어서 제한된 사례만이 제품 응용이나 실선 적용까지 진행되었고, 본 연구와 같이 완벽한 실선 성능 비교 검증 환경을 재현하여 시험한 경우는 더욱 드물다. 실선 적용을 염두에 둔 신소재 개발부터 제품 개발, 국제 표준에 의한 실제 환경에서의 성능 검증까지 마쳤다는 데에 본 연구의 의의가 있다.

DOI 번호: https://doi.org/10.1038/s41598-020-80107-5

이인원 교수 연락처

mailto: inwon@pusan.ac.kr

전화: (051)510-2764