[시평] 산업공정에너지, 재생에너지원으로 활용하자
[시평] 산업공정에너지, 재생에너지원으로 활용하자
  • 투데이에너지
  • 승인 2021.04.12
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▲서정세 경상대학교 기계공학과 교수
▲서정세 경상대학교 기계공학과 교수

[투데이에너지] 세계 각국에서는 에너지 자원을 확보하고자 하는 노력을 필사적으로 하고 있다. 최근에 들어서는 이러한 화석연료가 환경오염을 불러오고 더구나 지구온난화에 지대한 영향을 미친다는 인식하에, 석유에너지에서 청정에너지로 전환하고자 하는 노력을 기술선진국을 중심으로 꾸준히 하고 있다. 

이러한 에너지 전환을 위해 다양한 에너지원으로부터 기존의 화석연료를 대체할 수 있는 방안을 찾는데 혈안이 돼 있는 상태이며 신재생에너지가 유력한 대안으로 여겨지고 있다. 

결국 에너지 전환의 핵심은 지구온난화를 가속화하는 화석연료의 사용을 최소화하는 것이다. 이를 위해서는 먼저 기존의 설비에서 에너지 이용율을 극대화해 화석연료 사용을 최소화는 것이며 다음으로 에너지 생산 시 화석연료를 이용하는 것보다는 신재생에너지로 대체 생산하는 비율을 높이는 것이다. 

에너지 이용률을 극대화하는 데는 다양한 방법들이 있겠지만 부존에너지의 경제성과 효용성, 그리고 자원의 보유량 등을 고려해 이용 방안을 모색하는 것이 가장 합리적이다. 이를 고려해 대표적으로 접근할 수 있는 방안이 미활용에너지의 효율적 이용이라고 볼 수 있다.

현재 국내에서는 미활용에너지의 이용에 대해 최근에 일부 기업들이 하천의 유휴에너지를 건물의 냉난방에 적용하는 사례가 있기는 하나 기존의 산업체 등에서 열에너지를 이용하고 배출하는 미활용에너지, 즉 산업공정에서 발생하는 열에너지를 활용하는 사례는 미미한 실정이다. 산업공정과정에서 발생하는 열에너지는 통상적으로 대기온도보다 높으며 100℃를 초과하는 경우도 있어 재활용에너지로서의 활용가치도 높다. 대표적인 산업공정열로는 지하철폐열, 변전소폐열, 발전소 폐열, 시멘트 폐열, 폐기물 소각열, 산업체 폐열 등을 들 수 있다. 

현재 고온의 폐열은 효율적인 설비 운영 및 에너지 절감 효과가 크기 때문에 관련 산업계에서 많이 활용되고 있지만 300℃ 이하의 중저온 폐열은 대부분 버려지고 있는 실정이다. 하지만 환경문제, 화석에너지 절감 등 글로벌 환경 이슈에 대응하기 위해서는 경제성 있는 저온 폐열 회수 기술의 개발이 필요한 실정이다. 특히 산업 공정에서 발생한 폐열은 환경영향 물질을 제거하고 배출하도록 돼 있으며 해양 생태계로 방출되는 고온폐열은 해수의 산소 용해도 변화 등 생태계에 교란을 일으키기 때문에 폐열 회수를 통하여 온도를 낮춰 방출하게 된다면 환경 영향도 최소화할 수 있다.

최근의 TechNavio에서 발행하는 세계 폐열 회수 시장 보고서에 따르면 2020~2024년간 4%의 연평균 복합 성장률(CAGR)로 성장을 지속해 시장 규모가 113억1,000만 달러에 달할 것으로 예측하고 있으며 BRICS 국가의 공업화 진전과 에너지 비용 상승, 엄격한 배출 규제 등으로 인해 시장 성장이 촉진될 것으로 예상하고 있다. 

국내에서는 대기업을 중심으로 폐열 활용 시스템을 도입해 에너지 이용률을 높이고 있다. 대표적으로 철강·화학·시멘트 생산기업들이 중심이 돼 있으며 포스고 및 동양시멘트와 한일시멘트 등은 고온의 배기가스로 증기터빈을 돌려 전기를 생산하고 있다. 지자체에서는 춘천시 등이 쓰레기 소각과정에서 발생하는 폐열로 열병합발전을 가동해 전력을 생산하고 있는 실정이다. 사례에서 보듯이 국내에서는 주로 고온폐열을 중심으로 재활용하고 있는 실정이며 아직도 300℃ 이하의 중저온폐열의 경우 활용도가 거의 없다.

산업공정에서 발생하는 중저온 폐열을 활용할 수 있는 기술이 이미 다양하게 개발이 돼 있다. 낮은 온도의 폐열에 유기냉매를 사용해 저온에서 전력을 생산하는 유기랭킨발전(ORC) 기술, 시멘트 공장, 제철소, 제지공장, 석유화학 공장이나 공업단지에서 발생하는 공정 증기의 일부를 아파트, 사무소 등 각종 건축물에 난방과 급탕을 공급하는 지역난방기술, 냉방기 냉각수, 공장 배수, 목욕탕 배수 등 온도가 낮은 폐열을 이용해 40℃이상의 온수를 공급할 수 있는 히트펌프기술 등이 대표적이다.

국내에서는 태양광, 풍력, 수력, 연료전지 등 대표적인 신재생에너지 분야에 대해서는 다양한 정책적 지원, 지원사업과의 연계 등으로 필요성에 대한 인식이 매우 높지만 기술적 한계로 버려지는 에너지를 활용하는 기술에 대해서는 아직 체계적인 정책적 지원이나 산업계의 관심이 비교적 높지 않은 실정이다. 현재 일부 대기업을 중심으로 공정 내에서 발생하는 폐열을 회수해 공정수의 승온, 스팀생산, 공정 내 재활용 등을 하고 있기는 하지만 향후 친환경 에너지 수급 관점에서 산업폐열을 회수해 발전하는 방식으로 산업공정에서 발생하는 열에너지의 재생이용률을 극대화하는 것이 적극 필요하다. 이를 장려하기 위한 국가적 정책지원도 적극 요구된다. 이러한 에너지 재활용률을 높여 화석연료의 사용을 줄이고도 우리가 필요로 하는 에너지를 확보함으로써 비용절감과 친환경보존이라는 국가 탄소제로 에너지 경제목표 달성과 경쟁력을 확보하는 데 기여할 수 있는 계기가 되기를 바란다.


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