[공학저널 김하늬 기자] 세계 신기후 체제에 따른 탄소 중립 정책과 디지털 전환의 패러다임 변화로 에너지·환경 플랜트 산업은 변화를 맞이하고 있다. 최근 미세먼지 저감, 에너지 절감, 폐기물의 재활용률 향상을 위한 열화학적 재활용 기술 도입의 필요성이 대두되고 있으며, 이와 함께 세계적인 재생·그린 화학 원료(메탄올, 암모니아, 나프타 등), RE100 등이 주목받으면서 국내외 플랜트 산업은 다양한 변화를 모색 중이다.

이와 더불어 기존 에너지·환경 플랜트 관련 산업단지 및 제조공장은 에너지 절감과 온실가스 감축을 위해 디지털 엔지니어링 기술 기반의 FEMS/VUP/VPP와 같이 IT융합기술이 적용되는 차세대 플랜트 기술을 도입하기 시작했다. 또한, 산업단지는 탄소 중립 달성을 위해 스마트 산업단지로 전환을 시도함에 따라 FEMS, VUP 등과 같은 AI 통합플랫폼 기반의 운영 시스템으로 변화할 전망이다.

이러한 에너지·환경 플랜트 산업의 대대적인 변화와 관련해 고등기술연구원 에너지환경IT융합그룹은 탄소 중립 사회 실현을 목표로 에너지·환경 플랜트 분야와 IT융합 분야에서 차별화된 기술 개발을 선도하고 있다. 이에 공학저널은 고등기술연구원 에너지환경IT융합그룹 구재회 그룹장(사진)을 만나 플랜트 분야의 에너지·환경 현황과 미래 융합기술의 발전 방향 등에 관해 이야기를 나눴다. <편집자 주>

interview. 고등기술연구원 에너지환경IT융합그룹 구재회 그룹장

고등기술연구원 에너지환경IT융합그룹에 대한 소개 바란다.

고등기술연구원은 플랜트 사업 타당성 평가부터 설계 패키지화 기술, 원천기술 개발, 실증화 기술 개발까지의 total service를 제공하고 있습니다. 주요 연구 분야로는 고효율 청정 발전, 청정연료 제조, 저급 자원·폐기물 에너지화, 온실가스 저감·전환 분야로, 다양한 전공 인력과 전문 기술(공정해석, 장치 해석, 경제성 평가, 환경성 평가, 신뢰성 평가, 3차원 모델링, 데이터 분석 등)의 소프트웨어와 하드웨어의 연계를 통해 차별화되고 특화된 기술 개발 능력을 보유하고 있습니다. 또한, 연구 분야에 대해 지속적인 개발과 더불어 협력 기업들과 함께 비즈니스모델 개발과 사업화를 추진 중입니다.

현재 국내 플랜트 분야 산업의 현황은.

국내 에너지·환경 플랜트 분야 산업은 탄소 중립 달성이 가능한 방향으로 전환되고 있으며, 기존에 보급된 플랜트 기술은 변화되고 있으나, 아직 상용 급으로 적용이 가능한 기술이 개발되지 않아 해외 플랜트 기술에 뒤지고 있는 실정입니다.

폐기물·바이오매스 가스화 플랜트 기술은 국내 기술이 선진국과 차이가 크게 나지 않지만, 상용규모 실증 플랜트의 운영 실적이 없어 국내 시장뿐만 아니라 해외 시장 진출이 어려운 상황입니다.

연구원에서 주력하고 있는 ‘폐기물 및 바이오매스 가스화, 합성가스 정제 및 활용 연구’에 대한 설명 바란다.

폐기물 및 바이오매스 가스화 기술 분야에서 고등기술연구원은 국내 최고의 연구기관이라고 인정받고 있는 분야입니다. 폐기물 가스화 연구는 2000년부터 시작했으며, 석탄 가스화 기술 개발을 통해 확보된 기술을 바탕으로 폐기물 가스화 기술을 개발하기 시작했습니다.

폐기물 가스화 연구는 탄소 중립을 위해서 중요한 기술 분야로, 폐기물을 고부가가치로 활용하기 위해서도 중요한 기술입니다. 또한, 대기오염물질의 대기 배출 저감, 미세먼지 저감, 폐기물의 고부가가치 활용이 가능한 기술이라고 할 수 있습니다.

다양한 폐기물에 대해 가스화·합성가스 정제를 통한 청정한 합성가스 생산, 다양한 가스화로 반응기 형식에 관한 연구, 다양한 가스화용 산화제에 대한 연구, 합성가스의 오염물질 정제기술에 대한 습식정제·건식정제에 관한 연구를 진행했습니다.

가스화 대상 원료는 생활폐기물, 사업장폐기물, 혼합폐플라스틱, SRF(성형, 비성형), ASR(자동차파쇄폐기물), 액상 폐기물, 하수슬러지, 염색슬러지·바이오매스(왕겨)에 대해 단일 또는 혼합원료를 사용했으며, 이러한 대상 원료는 합성가스 활용 목적에 따라 다양한 가스화로 형식을 개발해 합성가스 생산 특성 연구를 수행했습니다.

고등기술연구원에서 개발한 폐기물 및 바이오매스 가스화로 종류는 폐기물 고정층 순산소 가스화 용융로(5톤/일급), 가압 고정층/분류층 일체형 가스화로(5톤/일급, 액상 폐기물), 가압 폐기물 고정층 공기(또는 공기+스팀, 산소부화공기+스팀) 가스화로(8톤/일급), 고정층 공기 가스화로(20톤/일급, 왕겨), 이중 유동층 공기 가스화로(10톤/일급, 탈수하수슬러지 기준), 2단 유동층 공기 가스화로(2톤/일급, 염색슬러지+왕겨 혼합)이며, Pilot급 또는 소형 상용 급으로 설계, 제작·시험 운전, 상용규모 설계 패키지 개발을 수행했습니다.

바이오매스 반탄화 기술과 바이오차·바이오고형연료 생산기술 개발 현황은.

연구원은 국내외 미활용 바이오매스를 대상으로 에너지화·자원화를 목적으로 바이오차·바이오 고형연료를 생산하는 플랜트 개발을 수행했습니다.

국내의 경우 우드칩, 하수슬러지와 같은 바이오매스 반탄화를 통해 바이오 고형연료를 생산해 에너지화를 목적으로 개발했으며, 개발된 반탄화 실증 플랜트(10톤/일)는 우드칩 반탄화 바이오차 생산 기업에서 상용 플랜트로 활용하는 중입니다.

또한, 사회문제인 가축분을 처리하기 위해 반탄화 Pilot 플랜트를 활용해 가축분 반탄화를 통한 바이오차 생산 연구를 수행했으며, 연구 결과를 기반으로 100톤/일급 상용규모 가축분 반탄화 바이오차 생산 플랜트 보급을 위해 협력 기업과 협업을 추진 중입니다.

이뿐만 아니라 연구원은 미활용 바이오매스가 풍부한 동남아 시장에 보급하기 위해 국제공동연구로 말레이시아에서 팜유 생산 플랜트에서 발생하는 바이오매스(EFB, Empty Fruit Bunch) 반탄화를 통해 바이오 고형연료와 바이차를 생산하는 플랜트(5톤/일급)를 개발하고, 말레이시아 팜유 생산공장 내에 설치해 실증연구를 수행하기도 했습니다.

에너지·환경과 ICT 기술 융합은 어떻게 이뤄지고 있는지.

최근 산업단지·제조공장의 에너지 절감과 온실가스 감축을 위해 ICT 기술과 융합을 통해 플랫폼 형태로 개발이 진행 중입니다.

AI 기반 FEMS는 소프트웨어 플랫폼과 에너지 공급·소비 패턴 데이터 분석·예측을 통해 최적의 에너지 관리와 공장의 에너지 소비량 절감, 온실가스를 감축하기 위한 기술입니다. 데이터 분석·예측을 통해 생산 공정을 제어하는 기능을 포함해 실제로 식품을 생산/판매하는 공장에 개발된 FEMS를 적용해 에너지 절감을 평가하는 실증형 과제를 진행했습니다. 에너지·환경 플랜트 개발에서 확보된 공학적인 기술인 계측 인프라 설계기술, 모니터링·데이터 수집 기술과 데이터마이닝, 분석, AI 예측·예지 보전 등 IT 기술을 융합해 제품생산 공장 플랜트를 대상으로 개발이 진행 중입니다.

VPU 기술은 세계 최초로 개발하는 기술로 유틸리티(스팀, 압축공기, 전기, 온수 등)의 산업단지 내 인근 지역의 공장 간 유틸리티 설비를 하드웨어·소프트웨어 네트워크를 통해 공유함으로써 개별공장 단독으로 사용할 때 보다 에너지 사용량의 절감과 폐기되는 에너지의 회수·연계 활용을 위한 플랜트입니다.

VPP와 유사한 개념으로 VUP 기술이 도입됐으며, 이 기술 또한 AI 기반 통합 플랫폼의 개발과 소프트웨어 모델 개발이 중요한 기술입니다. 또한, 디지털트윈 기술을 바탕으로 통합플랫폼에서 현장의 하드웨어 현황을 플랫폼상에서 관리할 수 있는 시스템도 개발 중입니다.

에너지·환경 플랜트에서 개발된 기술이 FEMS·VUP 기술에 활용되고, FEMS·VUP 시스템에서 개발된 기술이 에너지·환경 플랜트에 활용과 상호 복합시스템으로의 활용이 가능한 기술이며, 향후 이러한 에너지·환경·IT융합기술이 플랜트 산업에 필수적으로 적용될 것입니다.

플랜트 분야 산업의 활성화를 위해 정책적·사회적으로 필요한 부분이 있다면.

에너지/환경/IT융합 플랜트의 국내 기술이 시장에 진입할 수 있도록 정부 주도의 R&D와 시범사업 추진이 필요합니다. 차세대 성장동력 기술인 에너지환경IT융합 플랜트에 대해 상용규모의 최소단위 용량의 플랜트가 운전될 수 있도록 정부의 지원이 이뤄질 필요가 있다고 생각합니다.

앞으로의 계획은.

연구를 통해 개발된 에너지·환경 플랜트와 IT융합기술 적용을 통해 비즈니스모델 개발·사업화를 추진하고자 합니다. 개발·실증을 진행하고 있는 다소비업종 맞춤형 FEMS와 VUP 개발·실증을 완료하고, FEMS/VUP 기술에 대해서도 협력 기업들과 비즈니스모델 개발·사업화를 추진할 계획입니다.

남기고 싶은 말씀이 있다면.

기술의 사업화에 필요한 요소기술과 scale-up 설계기술, IT융합기술이 개발될 수 있도록 기회가 된다면 정부 R&D 또는 시범사업 기획에 참여해 의견을 개진할 수 있도록 노력하려고 합니다.

국내에서 연구 개발되는 기술들이 실제 사업화가 될 수 있도록 정책적인 지원이 필요하며, 국내 기술이 선진국과 같이 지속적으로 진행될 수 있도록 정부 주도 R&D 지원이 이뤄지기를 희망합니다.