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산업용 보일러 新성장동력…수소·바이오매스 ‘연료전환’

오염물 배출규제 의존적 시장 상황탈피 필요
산업부문 온실가스 저감 저NOx보일러 주목
저탄소 연료전환, 탄소중립 성장기반 핵심


산업용 보일러는 일반적으로 물과 증기를 담는 보일러 본체와 연료의 연소장치를 의미하며 보일러를 안전하고 효율적으로 운전할 수 있도록 보조하는 부속장치를 포함하고 있다. 산업용 보일러는 식음료품, 석유화학, 제지, 발전 등 다양한 산업의 생산공정에서 열을 공급하는 용도로 널리 사용되고 있다.

산업부문의 주요 에너지사용원으로서 산업용 보일러의 고효율화는 공정비용 절감으로 이어져 지속적인 기술개발과 최적화가 이뤄지고 있으며 산업용 보일러를 완벽히 대체할 수 있는 열원기기가 없는 상황이어서 지속성장이 전망되고 있다. 

산업용 보일러 연료로는 석탄을 시작으로 벙커C유, 부생연료유, 이온정제유, 경유, LPG, 천연가스 등이 사용되고 있으며 이중 천연가스는 온실가스, 대기오염물질 규제대응이 용이해 가장 많이 활용되고 있다. 

이렇게 화석연료를 사용하는 산업용 보일러는 전 세계적으로 탄소중립 전환이 추진됨에 따라 기존 고효율화 및 대기오염물질 저감과 함께 온실가스 배출이 없거나 적은 청정연료로 전환하는 것이 향후 주요 성장동력으로 작용할 것으로 전망된다. 

이번 기획을 통해 국내·외 산업용 보일러시장과 연료전환 동향, 관련정책 등에 대해 알아본다.

국내 산업용 보일러시장, 규제의존도 高
우리나라는 미세먼지의 전구물질인 질소산화물(NOx)을 감축하기 위한 노력으로 기존 산업용 보일러에 적용된 일반버너를 저NOx버너로 교체하도록 2006년부터 지원사업을 추진해오고 있다. 

2016~2020년, 5년간 지원사업을 통해 보급된 저NOx버너는 연평균 1,420대로 2020년은 코로나19로 인한 경기침체 장기화에 따라 1,027대 보급에 그쳤으며 2019년대비 36% 감소했다. 5년간 가장 많은 보급대수를 기록한 기업은 수국으로 2,804대를 보급했다. 

구분

총계

2016

2017

2018

2019

2020

총계

7,101

1,590

1,532

1,338

1,614

1,027

수국

2,804

623

588

575

717

301

-스타

1,818

432

437

337

358

254

한국미우라공업

982

174

169

199

219

221

청우지엔티

550

157

141

86

75

91

발트코리아

465

91

116

79

121

58

대열보일러

131

43

30

15

35

8

흥국공업

130

29

14

24

34

29

범양써머텍

118

36

27

18

24

13

한국코로나

33

1

9

-

23

-

승화공업사

33

-

-

-

-

33

대림로얄이앤피

30

1

1

5

6

17

동광보일러

5

3

-

-

2

-

▲2016~2020년 저NOx버너 보급사업 현황(단위: 대).

이는 버너 단독으로 초저NOx를 달성할 수 있는 수국의 기술력이 주요요인으로 작용한 것으로 분석된다. 수국에 이어 △부-스타(1,818대) △한국미우라(982대) △발트코리아(465대) 등이 뒤를 이었다. 

환경부의 관계자는 “2021년부터 저NOx버너 설치지원사업을 소규모사업장 방지시설 설치지원사업에 통합, 운영하고 있으며 올해 1,126억원의 예산이 편성돼 실질적으로 저NOx버너 설치지원사업 규모가 확대되는 효과가 있을 것으로 기대된다”라며 “다만 지원절차가 복잡해진 측면이 있어 지원사업장 선정, 기술검토 등 필요한 절차, 서식 등을 표준화해 신속한 지원이 이뤄질 수 있도록 노력할 것”이라고 밝혔다. 

이어 “다량 배출업종 등을 중심으로 지속적인 저감대책이 필요해 올해부터 2025년 이후 대기배출시설에 적용되는 배출허용기준 마련을 추진할 예정”이라고 덧붙였다. 

이와 함께 2019년 ‘대기환경보전법 시행규칙’ 개정으로 흡수식 냉온수기가 대기배출시설로 편입됐으며 대기배출시설로 허가받아야 한다. 2016년부터 2020년까지 보급된 저NOx버너 7,101대 중 흡수식 냉온수기용으로 보급된 저NOx버너는 1,289대로 18%를 차지하고 있다. 

특히 2011년 1월1일부터 2019년 12월31일까지 설치된 흡수식 냉온수기에 대한 신고유예기간이 2022년 12월31일자로 종료됨에 따라 교체가 집중될 것으로 기대된다. 

 

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

전체

1,492

1,546

1,565

1,590

1,532

1,338

1,614

1,027

흡수식

냉온수기

217

246

256

272

260

281

364

112

▲연도별 저NOx버너 및 흡수식 냉온수기 설치지원 현황(단위: 대).

최근 서울시는 대기질 개선을 위한 방안으로 1만1,000여대의 일반버너를 2025년까지 전량 교체할 계획을 발표했다. 이번 계획의 원년인 올해 교체 목표는 881대다.전국에 설치된 산업용 보일러가 4~5만대로 추산되고 신규 및 교체수요는 전체 설치대수의 10%인 4,000~5,000대로 파악되고 있다. 

이러한 상황에서 1만1,000여대 교체는 전체 설치대수의 20~25%를 차지해 관련업계에서 주목하고 있다. 

업계의 관계자는 “국내 산업용 보일러시장은 대기오염물질 배출기준 강화에 따라 교체수요가 발생하는 등 규제에 의존적인 특성을 가지고 있다”라며 “규제에 따른 의무교체 잠재량이 소진됨에 따라 올해는 교체수요가 줄어들 전망으로 새로운 배출기준이 시행되는 2025년 신규수요가 창출될 수 있을 것으로 보이며 이를 개선하는 것이 과제”라고 말했다. 

산업부문 탄소중립 핵심 ‘보일러’
이러한 저NOx버너 보급 확대정책은 단기적으로는 산업용 보일러업계의 희소식이 될 수 있지만 장기적으로는 그렇지 않다는 것이 업계의 의견이다. 우리나라는 전체 사용에너지의 약 94%를 수입에 의존하고 있는 에너지빈국이지만 세계에서 9번째로 많은 에너지를 사용하고 있는 에너지 다소비국가라는 오명을 가지고 있다. 

구분

부문

기준연도(2018)

NDC 상향안

(2018감축률)

배출량

727.6

436.6

(291.0, 40.0%)

배출

전환

269.6

149.9

(44.4%)

산업

260.5

222.6

(14.5%)

건물

52.1

35.0

(32.8%)

수송

98.1

61.0

(37.8%)

농축수산

24.7

18.0

(27.1%)

폐기물

17.1

9.1

(46.8%)

수소

-

7.6

기타(탈루 등)

5.6

3.9

▲ 2030 NDC 내 배출부문별 온실가스 감축목표(단위: 백만톤CO2eq).

특히 2020년 기준 석탄, 석유, 천연가스 등 화석연료 사용비중은 전체 1차 에너지사용량의 81.6%로 온실가스 배출량 또한 세계 7위를 기록하고 있다. 기후위기에 대응하고 인류의 삶을 이어가기 위해 전 세계적으로 추진되고 있는 탄소중립 전환에 우리나라는 에너지 다소비국가, 온실가스 다배출국가라는 오명을 벗기 위해 2050년 탄소중립을 선언하고 이를 달성하기 위한 노력을 기울이고 있다. 

이러한 노력의 일환으로 정부는 지난해 2050 탄소중립 시나리오, 2030 국가온실가스감축목표(NDC)를 확정하는 등 온실가스 감축을 적극 추진할 예정으로 분야별 세부계획을 수립하고 있다. 

2050 탄소중립 시나리오에 명시된 산업부문 온실가스 배출량은 A·B안 15억4,000만CO₂eq이며 2030년까지 2018년 온실가스 배출량대비 40%를 감축해야 하는 2030 NDC에 따라 산업부문은 14.5% 감축해야 한다. 2017년 기준 산업부문 에너지소비의 18.3%를 차지하고 있는 산업용 보일러는 산업부문 주요 온실가스 감축원이다. 

또한 ESG경영기조 확산으로 기업별 환경부문에 대한 개선방안을 강구하고 있으며 화석연료를 사용하는 산업용 보일러의 온실가스 감축은 환경부문 경영성과가 뚜렷하게 드러나 주요 ESG경영수단으로 주목받고 있다. 

정부는 산업용 보일러를 대체수단으로 화석연료와 동등한 효율의 전기보일러를 주목하고 있으며 최근 ‘산업공정용 열공급을 위한 태양열 융합 열공급시스템 개발’과제를 공고하며 신재생에너지를 활용한 온실가스 배출이 없거나 적은 열원기술을 확보하고자 나서고 있다. 

다만 산업공정열은 안정적이며 일정한 열공급이 핵심이다. 현재 시점에서 연소를 통한 열생산 외에 타 열원기술이 산업용 보일러를 대체하기 어려워 산업용 보일러의 연료전환이 신속하고 효율적인 수단으로 주목받고 있다.

이에 따라 산업용 보일러업계는 산업용 보일러의 연료를 친환경 연료로 전환하는 것이 장기적으로 핵심 성장동력원으로 작용할 것으로 판단하고 있다. 

수소·바이오매스 등 연료전환 주목
온실가스 감축이 거스를 수 없는 시대적 흐름으로 주목받으면서 국내 산업용 보일러업계에서는 이에 동참하기 위한 수소, 바이오매스 등 연료전환을 추진하고 있다. 수국, 대열보일러 등에서 수소연소 보일러 개발을 진행하고 있다. 

수국의 경우 2002년부터 수소버너를 제작, 판매하고 있으며 현재까지 약 50여대의 수소버너를 공급한 바 있다. 또한 대기오염물질 배출량을 줄이는 연구를 통해 수소버너기술 고도화에 노력을 기울이고 있다. 

이와 함께 한국전력공사와 현대중공업파워시스템이 수소와 암모니아를 연료로 사용하는 산업용 보일러 개발을 진행할 계획으로 알려져 중소기업 중심의 산업용 보일러업계에 미칠 영향이 클 것으로 전망된다. 

산업용 보일러업계의 한 관계자는 “수소를 연료로 사용할 경우 천연가스대비 높은 발열량으로 고효율 운전이 가능하다”라며 “다만 천연가스대비 정밀한 온도조절기술을 필요로 하며 대기오염물질이 다량 발생해 이를 저감할 수 있는 기술을 확보하는 것이 중요하다”고 밝혔다. 이어 “독일, 일본, 이탈리아 등 주요기업들이 수소연소기술를 확보했거나 연구개발을 진행하고 있는 상황에서 고효율, 안정성, 친환경성, 경제성 등에서 차별성을 갖춘 제품을 개발하는 것이 관건”이라고 덧붙였다.

업계의 다른 관계자는 “수소연소 보일러기술이 확보된다 하더라도 현재 경제성을 갖춘 대량수소생산기술 및 공급인프라가 마련돼있지 않은 상황으로 상용화에는 많은 시간이 필요할 전망”이라며 “산업용 보일러까지 블루수소, 그린수소 등 탄소배출이 없는 청정수소를 사용할 수 있도록 확보하는 것이 핵심”이라고 지적했다. 

수소와 함께 주목되고 있는 연료는 바이오매스다. 바이오매스는 비교적 저렴하고 가공하기 쉬워 산업부문 2050 탄소중립 달성에 기여할 것으로 기대된다. 다만 함수율, 발열량 등 펠릿품질을 유지하는 것이 관건이다. 

또한 연소 시 대기오염물질 배출을 저감하기 위한 탈황, 탈질, 탈연소 등 공정이 필요하다. 국내 여건 상 활용 확대 가능성이 높은 바이오매스는 목재펠릿과 축분펠릿이다. 목재펠릿의 경우 국토의 60% 이상이 산지인 우리나라에 이상적인 대체연료로 매년 수백만톤의 미이용 산림자원이 발생하고 있어 잠재량이 크다. 

축분펠릿의 경우 생활수준 향상으로 소, 돼지, 닭 등 식용가축 사육두수가 증가함에 따라 2020년 기준 연간 5,400만톤의 축산분뇨가 발생하고 있다. 축산분뇨는 기존 농경지에 살포돼왔으나 양분과잉 등으로 인해 더 이상 살포할 농경지가 없어지면서 처리에 많은 애로사항이 발생하고 있는 상황이다. 

이에 따라 환경친화적이면서 경제적으로 축산분뇨를 활용하기 위한 방안으로 주목받고 있다. 바이오매스 보일러 전문기업인 규원테크의 경우 목재펠릿보일러 기술력을 바탕으로 최근 축분펠릿보일러 기술을 선도하며 시장의 주목을 받고 있다. 이와 함께 연료로 사용되는 축분펠릿의 품질 고도화를 위한 축분고속발효건조기, 고품위축분펠릿플랜트 등에 대한 기술력을 확보하며 바이오매스 활용을 주도하고 있다. 

규원테크의 관계자는 “국내 산업용 보일러는 대부분 천연가스 등 화석연료를 사용하고 있으나 산림자원이 풍부한 유럽에서는 바이오매스 보일러를 통해 온실가스를 감축하고 있다”라며 “국토의 60% 이상이 산지인 우리나라에서 발생하는 미이용 목재를 활용한다면 경제성과 온실가스 감축이라는 두가지 효과를 기대할 수 있다”고 밝혔다. 

세계 시장 성장 전망…진출여건 확보 필요
개도국의 화학·식품산업 발전 등으로 해외 산업용 보일러시장은 지속 성장할 것으로 예상된다. 마켓앤마켓스의 보고서에 따르면 2020년 세계 산업용 보일러시장은 146억달러로 추산되며 2025년까지 5.7%의 CAGR(복합성장률)로 193억달러시장을 형성할 것으로 전망된다. 가장 성장이 유망한 시장은 아시아·태평양 지역으로 중국, 인도, 일본 등에서 열에너지에 대한 수요가 증가하고 있다. 

특히 석유화학 및 화학산업이 발전됨에 따라 산업용 보일러 수요가 증가할 것으로 보인다. 또한 인구증가, 생활여건 향상 등으로 식품산업 성장도 예상돼 산업용 보일러 수요로 이어질 것으로 기대된다. 인도의 경우 급속도로 산업화가 진행되고 있으며 자동차, 농업, 석유화학, 재생에너지 등 다양한 분야에 대한 투자가 확대되고 있다. 

중남미시장도 산업화가 진행됨에 따라 산업용 보일러시장 성장이 기대된다. 특히 브라질에서 식품산업이 크게 발달하고 있어 산업용 보일러시장이 성장할 전망이다. 세계 산업용 보일러시장에서 유럽기업은 34.1%라는 가장 높은 점유율을 차지하고 있으며 대기오염물질 배출과 관련해 유럽의 규제가 엄격해짐에 따라 수요가 증가할 것으로 보인다. 

세계 산업용 보일러시장이 성장할 것이라는 전망에도 국내 업계는 코로나19로 인한 해외영업망 부재 등으로 해외시장 공략에 어려움을 겪고 있다. 

업계의 한 관계자는 “현재 코로나19로 인해 해외방문 등이 어려워 수출에 많은 애로사항을 겪고 있는 상황”이라며 “한국무역협회, 대한무역진흥공사 등에서 세계 가스시장 정보 취합, 해외전시회 등 국내 기업이 진출할 수 있는 기반을 마련해주는 노력이 필요할 것으로 보인다”고 밝혔다.