해양연료의 공급경로별 FuelEU Maritime Default Emission Factor 비교·분석 = Comparative Analysis between LCA-Based Results of Marine Fuel Supply Pathways and FuelEU Maritime Default Emission Factor

국문 초록 (Abstract)

유럽연합은 2050년 탄소중립 달성을 위해 FuelEU Maritime 규제를 도입하여 선박의 연간 에너지 사용에 대한 온실가스 집약도를 Well-to-Wake(WtW) 기준으로 산정하고, 화석연료 기반의 해양연료는 Well-to-Tank(WtT) 단계의 기본 배출계수를 의무적으로 적용하도록 규정하고 있다. 기본 배출계수는 단일값으로 제시되어 실제 연료 공급망 과정에서 발생하는 온실가스 배출 차이를 반영하지 못하는 한계가 있다. 본 연구에서는 16,000 TEU급 컨테이너선을 대상으로 해양 연료 3종(HFO, LNG, 메탄올)의 WtW 온실가스 집약도와 연간 FuelEU Penalty 규모를 분석하였다. 5가지 환경영향평가 방법론(FuelEU Maritime GWP 계수, CML 2001, TRACI 2.1, EF 3.1, ReCiPe 2016)을 적용하여 연료의 공급경로에 따른 온실가스 집약도를 FuelEU Maritime의 기본 배출계수와 비교·분석하였다. 분석 결과, HFO는 SCR(Selective Catalytic Reduction)과 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 적용 방식에 따라 WtW 단계의 온실가스 집약도가 달라졌으며, 특히 요소수 사용이 포함되는 SCR 적용 시 EGR 대비 상대적으로 높은 집약도를 보였다. LNG 연료는 엔진 유형에 따라 WtW 온실가스 집약도 차이가 나타났으며, LNG 연료의 공급경로에 따라 LNG Otto DFSS(Dual Fuel Slow Speed) 엔진 적용 기준으로 기본 배출계수 대비 낮은 수준이 산정되었고, LNG Diesel DFSS 엔진 적용 시 메탄 슬립 저감 효과로 인해 LNG Otto DFSS 엔진 대비 더 낮은 집약도를 보였다. 메탄올 연료는 WtW 단계에서 연료 공급망에 따라 온실가스 집약도의 편차가 크게 나타났다. 동일한 연료라도 공급망 특성에 따라 WtW 과정에서의 온실가스 집약도와 FuelEU Penalty가 달라질 수 있음을 정량적으로 제시하였으며, 본 연구를 통해 향후 탈탄소 규제의 도입 및 개정을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The European Union has introduced the FuelEU Maritime regulation as part of its strategy to achieve carbon neutrality by 2050. Under this regulation, the greenhouse gas (GHG) intensity of ships is assessed on a Well-to-Wake (WtW) basis based on annual energy consumption, and fossil-based marine fuels are required to apply mandatory default emission factors for the Well-to-Tank (WtT) phase. However, these default emission factors are provided as single representative values, which limits their ability to reflect variations in GHG emissions arising from differences in actual fuel supply chains. In this study, the Well-to-Wake GHG intensity and annual FuelEU Penalty are analyzed for a 16,000 TEU container ship using three marine fuels: heavy fuel oil (HFO), liquefied natural gas (LNG), and methanol. Five life cycle impact assessment (LCIA) methodologies (FuelEU Maritime GWP factors, CML 2001, TRACI 2.1, EF 3.1, and ReCiPe 2016)are applied to compare GHG intensities across different fuel supply pathways against the default emission factors specified under the FuelEU Maritime regulation.
The results indicate that for HFO, the Well-to-Wake GHG intensity varies depending on the NOₓ reduction technology applied, with selective catalytic reduction (SCR) exhibiting a higher GHG intensity than exhaust gas recirculation (EGR), primarily due to the inclusion of urea consumption. For LNG, differences in Well-to-Wake GHG intensity are observed depending on engine type. When applying an LNG Otto dual-fuel slow-speed (DFSS) engine, the GHG intensity is estimated to be lower than the default emission factor depending on the fuel supply pathway, while the LNG Diesel DFSS engine shows an even lower GHG intensity due to reduced methane slip. In the case of methanol, substantial variability in Well-to-Wake GHG intensity is observed depending on the fuel supply chain.
This study quantitatively demonstrates that even for the same fuel, variations in supply chain characteristics can lead to differences in Well-to-Wake GHG intensity and corresponding FuelEU Penalty outcomes.
The findings provide a quantitative basis that can be used as reference material for the future development and revision of maritime decarbonization regulations.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 가. 연구 배경 1
• 나. 문헌 조사 4
• 다. 연구 목적 8
• 2. Life Cycle Assessment 9
• 가. Life Cycle Assessment Framework 9
• 나. Global Warming Potential 12
• 3. FuelEU Maritime 13
• 가. 규제 개요 13
• 나. Greenhouse Gas Intensity 16
• 1) Greenhouse Gas Intensity Limit 16
• 2) 선박에서 사용된 에너지의 Well-to-Wake 기반 온실가스 집약도 산정 17
• 다. FuelEU Penalty 20
• 4. FuelEU Maritime default emission factor와 화석연료 기반 해양연료의 공급경로별 LCA 결과 비교분석 23
• 가. Goal and Scope 23
• 나. Life Cycle Inventory Analysis 26
• 1) Well-to-Wake Inventory Analysis for Heavy Fuel Oil 26
• 2) Well-to-Wake Inventory Analysis for Liquefied Natural Gas 33
• 3) Well-to-Wake Inventory Analysis for Methanol 36
• 다. Life Cycle Impact Assessment and Interpretation 38
• 1) Environmental Impact Assessment of Heavy Fuel Oil 38
• 2) Environmental Impact Assessment of Liquefied Natural Gas 48
• 3) Environmental Impact Assessment of Methanol 56
• 5. 화석연료 기반 해양 연료를 사용하는 선박의 FuelEU Penalty 산정 62
• 6. 결론 66