<온실가스 감축 필수 11> 비금속산업 고효율 전환 필수

비금속 광물 분야는 제조산업 부문에서 석유화학과 제1차 금속 다음으로 에너지를 다소비하는 업종이다.  넓게는 요업 및 무기화학 공업의 주원료로 시멘트, 유리, 도자기, 내화물, 위생도기, 법랑 등이 이 산업군에 속하고 있다.

이에따라 최근 배럴당 60달러를 전후하는 고유가 시대와 기후변화협약에 따른 온실가스 감축 의무부담이 예상되는 우리나라로서는 이 분야에 있어 신기술의 도입을 통해 에너지절약과 온실가스 배출량 저감 대책 수립이 필수과제가 되고 있다.  

◆ 온실가스와 에너지 사용 현황

이에 따라 비금속 광물의 분야와 같은 에너지 다소비 산업의 공정에서 기존기술을 대체할 수 있는 에너지절약형 신기술이나 공정의 도출을 통한 온실가스, 배출량의 저감과 저감 잠재량의 산출은 당면과제가 되고 있다.

관련업계에 따르면 유리 분야의 에너지원은 중유와  액화천연가스(LNG)가스, 전기에너지를 사용하며 그 비율은 최종제품의 종류나 동일한 제품에서도 제조업체에 따라서 차이가 나고 있다.

병유리 제품은 용해 공정에서 에너지의 약 65%가 사용되며 LNG는 청정 공정에서 15.8%, 나머지 15.3%인 전기에너지는 대부분 용해 공정에서 필요한 압축공기 제조, 송풍기 구동과 성형공정에서 사용되며, 일부가 원료의 운송, 저장, 검사 및 포장 등에서 사용된다.

판유리의 경우 중유는 용해 공정에서 88.2% 정도, LNG는 청정공정에서 1.4%, 서냉공정에서 0.3% 정도 사용되고 있다.

병유리나 TV브라운관 유리에 비해 상대적으로 소량 사용되고 있다. 전기에너지는 병유리에서와 마찬가지로 약 10.1% 정도가 용해 공정의 버너와 성형 공정에서 51% 정도 소비되며 나머지는 원료 이송 및 저장과 판유리 절단 공정에서 소비되고 있다.

유리 분야에서 대부분 에너지를 사용하고 있는 용해로의 열효율은 약 25~35%정도로 낮아 열효율 향상이 모든 유리 분야에서 절박한 실정이다.

일반적으로 유리 용해로의 경우 그 수명을 10년으로 전해지고 있으나 실제로는 5~6년 주기로 용해로 내의 내화물을 교체하고 있다.

내화물 교체시점이 열효율이 가장 높으나 사용연수의 증가에 따라 유리용탕에서 발생하는 알칼리 성분에 의한 내화물의 열적, 구조적 스폴링에 의해 연간 5~6% 정도의 효율저하가 발생하고 있다.

타일분야는 유리와는 달리 제품의 품질과 관련 액체 연료인 중유와 경유를 사용하지 않고 LNG가스와 전기에너지를 주로 사용하는 특징이 있다.

그 사용비율도 제조업체에 따라 다소 차이는 있으나 평균적으로 LNG 88%, 전기 12%가 소비되고 있다.

타일제조공정에서 LNG가스의 사용은 소성에서 70%, 원료의 분무건조에서 18%, 성형품의 건조에서 12% 정도가 소비된다. 전기에너지는 원료의 분무건조를 위한 슬립 제조를 위한 볼밀 공정에서 47%, 성형을 위한 프레스 공정에서 약 21%, 소성용 버너 작동을 위한 송풍기 가동 중에서 22%정도가 소비되고 있다.

타일분야에서 에너지를 가장 많이 소비하는 소성로는 90% 이상이 롤러허스 킬른을 사용하고 있으며 이들 열효율은 평균 40~60%수준으로 나타나고 있다.

소성가마의 수명에 대한 조사에서도 10~40년으로 다양한 분포를 보이고 있으며 유리분야에 비해 정기적으로 내화물을 교체함에 따른 열효율 저하는 상대적으로 적은 것으로 전해진다.

◆ 감축수단 도출

엑서지엔지니어링과 서울대 공학연구소에 따르면 온실가스 감축수단과 관련 유리분야는 총 13건의 감축수단 기술이 도출됐다. 이중 원료공급 공정의 1건을 제외하고는 모두 용융 및 청정 공정에 12건이 집중적으로 조사됐다.

또한 타일분야는 총 3건의 감축수단 기술이 도출된 가운데 기술이 모두 소성 공정에 편중돼 있다.

엑서지와 서울대는 비금속 광물의 경우에는 제조공정의 특성상 전체 공정에서 소비되는 에너지의 대부분이 유리의 경우 용해로에서 소비되는 에너지가 각각 병유리 74.9%, 판유리 93.3%, TV브라운관 유리 40% 정도라고 전했다.

타일의 경우 소성로에서 64% 정도를 소비함에 따라 전체 공정 중에서 이 분야 신기술 도입이 전체 공정의 에너지 소비를 절감시킬 수 있는 관건이 되고 있다는 설명이다. 

엑서지와 서울대가 제시한 도출 기술은 공정대체 기술이다.

이러한 도출된 감축수단 기술 중 일부는 선진국에서 연구개발을 통한 실증단계에 있지만 대부분의 기술이 현장 적용단계에 있는 신기술들로 국내의 생산라인에 적용하기에는 업체별 내부적인 문제로 인해 지연되고 있다는 지적이다.

도출된 감축수단 기술에서 에너지절약율과 이산화탄소 저감율이 가장 큰 기술은 담지연소 용융로로서 그 값이 각각 48.3%, 49.6%로 나타났다. 이와는 반대로 가장 낮게 나타난 기술은 백금이 코팅된 세라믹 유리교반기로서 그 값은 각각 3.0%와 3.9%로 파악됐다.

이산화탄소 저감율이 5% 이하인 온실가스 감축 수단은 3개로 조사됐다.

이들 두 기술을 제외한 평균 에너지절약율과 이산화탄소 저감율은 각각 34.5%와 35.1%로 나타났다.

유리분야의 경우 13개 기술 가운데 원료저장 및 공급을 제외한 12개 기술이 용융 및 청정 공정에 집중돼 있으며 타일 분야의 경우에는 도출된 3개 기술 모두 소성 공정에 집중돼 있다.

이는 비금속 광물 분야에서는 유리 용해로나 타일 소성로 부분에서 가장 많은 에너지가 소비되고 있기 때문이다.

박명오 엑서지 엔지니어링 대표는 "비금속 광물 분야에서도 에너지와 환경 문제를 동시에 해결하기 위한 장기적인 계획을 수립하고 에너지 사용 시스템이나 설비의 고효율화와 고성능화를 통해 효율적인 에너지절약이나 온실가스 저감 기술의 발굴과 이에대한 연구개발 투자를 지속적으로 진행해야 한다"고 강조했다.

<11월 6일 월요일에는 12편 '기술확산과 향후과제'편이 이어집니다.>