[기술기고] '에너지 효율 향상' 정책 흐름에 따라 운영 효율성 달성하는 방법

금속이나 시멘트, 플라스틱 같은 공학 재료를 생산하는 데는 많은 에너지가 필요하다.

산업혁명 이전에는 천연자원이 노동력과 비교해 상대적으로 높은 가치를 지녔고, 이를 통해 제품이 업그레이드 됐다(Allwood et al. 2011). 그러나, 오늘날 노동과 천연자원의 상대적 가치는 반전됐으며, 에너지 사용은 환경의 영향으로 더 큰 관심사가 됐다.

철강, 석유화학, 시멘트 및 알루미늄은 에너지 집약적 재료로, 전 세계 에너지 관련 CO₂ 배출량의 최소 20%를 차지한다. 2050년까지 그 수요는 최소 두 배 증가하고, 이러한 원료 소비 전망은 우려되는 수준이다.

파리협정은 2050년까지 탄소중립을 달성하겠다고 선언했다. 가장 엄격한 기준을 요구하는 EU는 2030년까지 온실가스 배출을 40%, 에너지를 27% 감축하겠다고 했다. 이론적으로 이러한 목표를 달성하기 위해선 수많은 옵션을 사용할 수 있다. 그러나 실제로 과학적 연구는 이들에게 목표 달성은 힘들다고 조언한다(Fischedick et al. 2014) (IEA, 2017).

정책 담당자들은 탄소 포집 및 저장과 같은 파괴적인 기술과 상대적으로 느린 발전, 재생 가능한 전기의 공급에 따르는 어려움을 감안해 에너지 효율 쪽으로 저감 계획을 집중하기 시작했다. 에너지 효율성에 대한 집중은 에너지 및 원료 비용이 상대적으로 높은 제조업체에 반가운 변화다. 에너지 효율 개선은 업계 필수사항이며, 파괴적이라 여겨지는 다른 기술보다 기후 변화에 대응하는 진입 장벽이 낮기 때문이다.

에너지 효율을 개선하려는 생산 업체의 지속적인 노력에도 불구하고, 공정 모니터링 및 제어를 개선하고 산업 폐열을 줄일 기회는 여전히 존재한다. 미국 에너지부(US Department of Energy)는 미국 산업에서 에너지 투입량의 4분의 1은 뜨거운 배기가스와 같은 고품질 폐열, 냉각수, 뜨거운 표면에서 손실된 열로부터 회수할 수 있다고 추정한다(BSC Incorporated, 2008). 그러나 에너지 효율이 모든 산업에 최적화됐다고 해도 전 세계적으로 부과된 에너지 사용 및 CO₁ 배출 감소 목표에는 도달할 수 없다. 따라서 이러한 에너지 효율 정책에 대한 관심은 아직 제한된 잠재력일 뿐이다.

정책담당자와 원료 생산자는 에너지 저감을 위해 원료(비 에너지 운반체) 사용을 줄이는 부분을 아직 합의하지 않았다. 에너지 효율은 원료 투입량을 줄이거나 연료 소비에서 발생하는 열을 회수함으로써 향상할 수 있다. 그러나 원료는 공정 내에서 전체 가치사슬을 따라 변형되면서 ‘내재된’ 에너지를 갖는다(그림 1 참조).

원료를 완제품으로 전환하기 위해 투입하는 누적 에너지는 전적으로 원료와 제품에 의해 운반되지 않는다. 그러나 여러 공정 단계를 거친 후 재료 1t이 손실되면, 해당 지점까지 투자된 에너지는 함께 폐기된다. 이 현상을 포착하려면 산업 생산에 대해 더욱 전체적인 이해가 필요하다.
[기술기고] '에너지 효율 향상' 정책 흐름에 따라 운영 효율성 달성하는 방법 - 산업종합저널 에너지
(그림 1)

학계에서는 원료 사용을 개선해 저감된 에너지를 종종 ‘원료 효율성 측정’이라고 한다. 특히 전문가들은 원료 효율성이 철강, 시멘트, 화학 제품, 알루미늄 및 종이처럼 에너지 집약적인 원료 생산에선 에너지 배출 격차를 해결하기 위한 보완 전략이 될 수 있다고 생각한다.

영국 연구자 그룹(Cooper et al. 2017)은 전 세계적으로 경제활동을 지원하는데 사용되는 에너지의 6~11%가 원료 효율성을 개선함으로써 절약될 수 있다고 추정한다. 실제로 국제에너지기구(IEA)는 “에너지 집약적 산업에서 물질 효율성이 에너지 효율성보다 더 많은 에너지를 절약한다"고 주장한다(IEA, 2015).

기업은 생산과정에서 비효율적인 운영으로 인해 발생하는 스크랩 원료와 폐기물의 양을 줄일 수 있다. 불가피한 스크랩 원료 및 원료 부산물은 재사용하거나 재활용할 수 있다. 시멘트, 세라믹 및 복합재료를 제외하고, 대부분 에너지 집약적 원료를 재활용하면 천연 광석에서 생산하는 것보다 탄소 배출량이 적다. 영국 케임브리지대학의 연구(Cullen, Allwood and Bambach, 2012)에 따르면, 매년 생산되는 전 세계 액체 강철의 4분의 1 이상이 주조(74Mt), 성형(99Mt) 및 제작(186Mt)에서 손실된 것으로 나타났다.

폐알루미늄에 대한 가치는 약 40%로 (Cullen and Allwood, 2013) 더욱 크다. 매년 전 세계에선 4억 t 이상의 철 및 철강 슬래그가 생산되고 있다. 제강 시장은 2025년까지 298억 9,600만 달러에 달할 것으로 예상된다. 중국에서는 제강 슬래그의 약 22%만이 재사용되고 있다. 전체 공급망을 고려하면 개선 가능성은 더 높다.

에너지와 원료를 관리하는 방법은 생산성 목표에 있어 필수적이며, 현재 업계는 더욱 자원 효율적인 디지털, 저탄소 생산 시대로 전환 절차를 밟고 있다. 다른 기업들도 이 변화를 인식하기 시작했다. 에머슨은 앞으로 이 필수적인 변화를 지원하기 위해 에너지 집약적인 원료 제조업체가 에너지와 재료 효율, 즉 자원 효율을 높이고 최상의 퍼포먼스(Top Quartile performance)를 달성할 수 있도록 자원 사용에 대한 시스템 전반의 이해를 돕는 맞춤 솔루션을 제공할 것이다.

[기고=아나 곤잘레스 헤르난데스 박사(Ana Gonzalez Hernandez PhD.), 지속가능성 및 탈탄소화 매니저(Sustainability and Decarbonization Manager)/ Emerson] 기고 정리=김지성 기자
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