최근 해운산업은 국제해사기구(IMO)의 2050 온실가스(GHG) Net-Zero 목표에 따라 강력한 탈탄소 압력에 직면해 있다. 하지만 5,000GT 미만의 중소형 연안 선박은 이러한 규제의 사각지대에 놓여있다. 본 연구는 중소형 선박을 위한 현실적인 친환경 대안으로, 메탄 올 엔진과 고온형 고분자전해질 연료전지(HT-PEMFC)를 결합한 하이브리드 시스템을 제안하고 그 타당성을 검증하였다. 실제 주기관 2기 가 설치된 연안 차도선을 대상으로 두 가지 구성 방안을 설계하여 CO2 감축 효과를 정량적으로 비교 분석한 결과, 유의미한 시사점을 도 출하였다. 보조 동력 모델(구성 A)은 기존 디젤 발전기를 150kW급 HT-PEMFC 2기로 교체하는 방식으로, 최소한의 투자로 연간 CO2를 14.8% 감축하고 항만 내 무공해 운전을 실현하였다. 반면, 추진 보조 모델(구성 B)은 2기의 PTI 모터를 장착하여 19.6%의 감축률을 달성하 였다. 두 구성 간의 감축 효과 차이는 약 4.8%p에 그치나, 구성 B는 구성 A 대비 약 1.8배의 막대한 초기 투자비와 치명적인 물리적 공간 제약(대용량 ESS실 및 모터 간섭)을 수반한다. 이를 고려할 때, 구성 A가 중소형 선박에 가장 현실적이고 비용 효율적인 초기 진입 모델 임을 입증하였다. 본 연구는 메탄올 하이브리드 시스템을 실용적인 브릿지 기술로 제시하며, 향후 그린 메탄올 사용 시 탄소 중립 달성의 가능성을 확인한 데 의의가 있다.

The maritime industry faces immense pressure for decarbonization under the IMO's 2050 Net-Zero target. However, small coastal ships (<5,000 GT) remain in a regulatory blind spot. This study proposes and verifies a hybrid system that combines methanol engines with a High-Temperature PEM Fuel Cell (HT-PEMFC) as a realistic eco-friendly alternative for these vessels. A key finding emerged from a quantitative analysis comparing two system designs for a real twin-engine coastal car ferry. Configuration A ("APU Model"), which replaces the existing diesel generators with two 150kW HT-PEMFC units, achieved a 14.8% annual CO2 reduction with minimal investment, while enabling zero-emission operation in ports. In contrast, Configuration B ("PTI Model") incorporated two Power Take-In (PTI) electric motors, yielding a 19.6% reduction. Although Configuration B offers an additional 4.8% reduction, it requires approximately 1.8 times the initial investment (CAPEX) of Configuration A and entails critical physical space constraints, including motor interference and the need for a large ESS room. Considering these physical and economic limitations, replacing diesel generators for port operations (Configuration A) is proven to be a far more practical and cost-effective "sweet spot" for small coastal vessels. This study identifies Configuration A as a realistic 'bridge technology' that can transition to Net-Zero with the future adoption of green methanol.

요 약
Abstract
1. 서 론
2. 친환경 선박 연료 및 연료전지 기술 고찰
    2.1 차세대 선박 연료: 메탄올, 암모니아
    2.2 수소 운반체로서의 메탄올과 암모니아
    2.3 메탄올/암모니아 엔진(내연기관) 기술 동향
    2.4 선박용 연료전지 시스템 비교 분석 및 선정
3. 중소형 차도선 적용을 위한 하이브리드 시스템설계 및 타당성 분석
    3.1 대상 선박 및 운항 특성 분석
    3.2 하이브리드 시스템 개념 설계 목표 및 접근 방식 설정
    3.3 시스템 개념 설계: 두 가지 구성 방안
    3.4 CO2 감축 효과 비교 분석
4. 결 론
References

• 이민구(국립한국해양대학교 해사대학 박사과정) | Min-Gu Lee (PhD Candidate, Division of Marine Information Technology, Korea Maritime & Ocean University, Busan 49112, Korea)
• 박상균(국립한국해양대학교 해사대학 교수) | Sang-Kyun Park (Professor, Division of Maritime AI & Cyber Security, Korea Maritime & Ocean University, Busan 49112, Korea)
• 김종인(강원도립대학교 초빙 교수) | Jong-in Kim (Visiting professor, Dept. Of Marine Police & Technology, Gangwon State University, Gangneung 25425, Korea) Corresponding author