사진. 한국재료연구원

한국재료연구원(이하 KIMS) 극한재료연구소 장영준 책임연구원 연구팀이 암모니아 추진선에 고강도 철강재를 안전하게 적용하기 위한 무수 암모니아 응력부식균열(이하 SCC) 통합평가 플랫폼 개발에 착수했다. 이번 연구는 암모니아 운반선에 적용되는 철강재의 강도를 제한하는 국제 규정에 대응하고, 국산 고강도 강재의 안전성을 국내 기술과 데이터로 검증하는 평가체계를 구축하는 데 목적이 있다.

암모니아는 연소 과정에서 이산화탄소를 직접 배출하지 않아 친환경 선박 연료로 주목받고 있다. 그러나 암모니아 환경에서는 강재에 미세한 균열이 발생하고 성장하는 응력부식균열 위험이 존재한다. 특히 고강도 강재는 동일한 구조 강도를 유지하면서 선박 구조물을 얇고 가볍게 설계할 수 있지만, 암모니아 환경에서의 균열 저항성은 별도의 검증이 필요하다.

현행 국제가스운반선규정(IGC Code)은 무수 암모니아와 접촉하는 강재의 실제 항복강도를 440MPa 이하로 제한하고 있다. 기존 기준은 과거 강재 사고와 시험자료를 바탕으로 마련돼 최신 제조기술이 적용된 고강도 TMCP 강재의 특성을 충분히 반영하기 어렵다는 지적이 나온다.

KIMS 연구팀은 실제 암모니아 선박의 운용환경을 실험실에서 구현하고 고강도 TMCP 강재와 용접부에서 균열이 발생하고 성장하는 조건을 종합적으로 평가할 계획이다.

개발되는 통합 플랫폼에는 무수 암모니아 환경 제어기술을 비롯해 응력 부여 시스템, 전기화학 분석, 실시간 균열 모니터링 기술 등이 적용된다. 이를 통해 재료와 응력, 암모니아 환경이 복합적으로 작용하는 실제 운용조건을 구현하고 강재와 용접부의 SCC 민감도를 정량적으로 분석한다.

또한 강재의 미세조직과 용접부 특성, 암모니아 온도 등이 균열 발생과 성장에 미치는 영향을 규명하고, 전기화학 분석과 인공지능(AI), 계산과학을 접목한 가속시험법도 개발한다. 이를 바탕으로 다양한 운항조건에서 강재의 수명과 손상 위험을 예측할 수 있는 기술을 확보한다는 계획이다.

연구팀은 시험 결과와 손상 원인, 수명 예측 정보를 체계적으로 축적하는 무수 암모니아 SCC 데이터베이스도 구축할 예정이다. 축적된 데이터를 기반으로 강재의 안전성을 객관적으로 평가할 수 있는 기준을 마련하고 국내외 표준화에도 활용한다는 방침이다.

이번 연구에는 한국재료연구원을 비롯해 포스코, 삼성중공업(주), 한화오션(주), 국립한국해양대학교, 국립창원대학교, 부산대학교, 조선대학교가 참여한다. KIMS는 통합평가 플랫폼과 전기화학·AI 기반 진단기술 개발을 총괄하며, (주)포스코는 고강도 TMCP 강재 및 용접부 평가기술을 담당한다. 참여 대학들은 균열 원인 분석과 수명 예측, 평가기준 및 표준화 연구를 수행한다.

삼성중공업(주)과 한화오션(주)은 실제 암모니아 추진선의 설계 및 운용조건을 반영해 개발 기술의 산업 적용성을 검증한다. 소재 공급부터 시험·평가, 해석, 선박 설계, 선급 인증 및 표준화까지 전 주기를 연계하는 협력체계를 구축한 것이다.

이번 연구를 통해 확보되는 평가기술과 데이터는 국산 고강도 철강재의 선급 승인과 실제 선박 적용을 앞당기는 기반으로 활용될 전망이다. 특히 향후 국제규정 개정 과정에서 국내 시험 데이터와 평가기술을 제시할 수 있는 기반을 마련함으로써 조선·철강업계의 규제 대응력 강화에도 기여할 것으로 기대된다.

연구책임자인 KIMS 장영준 책임연구원은 “암모니아 저장탱크 규제 완화를 위해서는 더 강한 철강재를 개발하는 것뿐만 아니라 해당 강재가 실제 무수 암모니아 환경에서도 안전하게 사용될 수 있음을 객관적으로 입증하는 평가기술이 필요하다”라며 “평가기술을 확보하는 국가가 국제기준을 선도하는 만큼, 이번 연구가 우리나라의 독자적 평가기술과 신뢰성 데이터 확보로 이어지길 기대한다”라고 말했다.