도시 내 미활용열과 관련한 기업들의 고민과 아이디어를 청취하며 탄소중립 달성을 위한 수단인 미활용열 사용을 위한 정책·기술적 방안을 논의하는 자리가 마련됐다. 

 

지난 10월31일 국회입법조사처 대회의실에서 미활용열 대토론회가 열렸다. 이번 토론회는 한국도시계획가협회 도시에너지위원회와 국회 기후위기 탈탄소 경제포럼이 공동 주최한 가운데 △이승일 한국도시계획가협회 회장 △김성환 국회 기후위기 탈탄소 경제포럼 의원 △김상협 탄소중립녹색성장위원회 위원장 △장동혁 국민의힘 국회의원 등과 미활용열 전문가들이 참석했다.

 

 

이승일 한국도시계획가협회 회장은 환영사를 통해 “도시계획가협회는 미활용열 활용방안에 대한 고민을 이어가고 있다”라며 “이번 토론회는 미활용열관련 정책·기술적 방안을 논의하고자 준비한 자리로 다양한 의견을 나눠준다면 탄소중립 달성에 가까워질 것”이라고 말했다.

 

이어 환영사를 진행한 김성환 더불어민주당 국회의원(국회 기후위기 탈탄소 경제포럼 위원)은 “한국은 미활용열관련 총괄조직이 없어 아쉬움이 있었다”라며 “오늘 토론회에서 나온 이야기를 귀담아듣고 미활용열 활용방안을 지속적으로 고민하겠다”고 강조했다.

 

김상협 탄소중립녹색성장위원회 위원장은 “열에너지 중요성이 과소평가되며 열정책이 부재한 것을 뼈아프게 생각한다”라며 “미활용열을 잘 활용하면 새로운 비즈니스 모델 많이 생길 것으로 기대된다”고 말했다.

 

장동혁 국민의힘 최고의원은 “보령 화력발전 과정에서 나오는 폐열, 온배수로 열을 생산하고 있으며 탄소중립 그린에너지 전환을 위해 노력 중”이라며 “탄소중립 달성을 위한 의제로 떠오르는 미활용열을 더욱 적극적으로 활용할 수 있도록 힘을 보태겠다”고 말했다.

 

도시탄소감축·에너지자립 수단, 지역난방

미활용열은 에너지효율화를 통한 경제적인 에너지자립화수단으로 기존 인프라를 활용해 대규모 투자없이도 점진적으로 확장이 가능하다.

 

국내는 지역난방을 난방공급방식 중 하나로 인식하는 경우가 많지만 개념을 확대한다면 미활용열을 활용할 수 있는 플랫폼으로도 생각해 볼 수 있다.

 

조영삼 한국지역난방공사 탄소중립정책부장은 미활용열 활용 플랫폼으로 떠오르고 있는 지역난방 활용사례를 소개했다.

 

조영삼 부장은 “지역난방공사는 현재 미활용열을 활용하는 R&D를 진행 중”이라며 “에너지 섹터커플링, 저온지역난방 등을 활용해 도시계획에 기여할 것”이라고 말했다.

 

저온지역난방의 경우 10~40℃ 이하 미활용열이 존재하는데 아파트 중심의 주거형태를 가진 우리나라에서도 저온지역난방으로 배관 등이 기술적 효과성이 있는지에 대한 검증이 필요하다.

 

조영삼 부장은 “연료전지 등에서 나오는 폐열과 지역난방배관 등을 활용하면 사업경제성이 올라감과 동시에 도시조성계획에도 도움될 수 있을 것”이라며 “제주도·호남 등 재생에너지자원이 많은 도시에서 발생하는 전기를 섹터커플링을 통해 활용하면 더욱 시너지가 날 것이라고 생각한다”고 말했다.

 

한편 철강·반도체 등에서 나오는 폐열은 그 종류나 양이 다르다. 이에 따라 특색있는 에너지믹스 도출이 가능한 상황으로 관련 운영노하우가 확보되면 수출모델로 활용가능하며 사업모델이나 도시계획에 기여할 수 있을 것으로 보인다.

 

조영삼 부장은 “미활용열은 발전폐열이나 소각폐열을 활용해 도시에너지사용 효율을 높여 지역주민에게 열을 공급할 수 있다는 장점이 있다”라며 “소각장이나 하수처리장 등 기피시설을 한곳에 모은 뒤 열수송 그리드와 열저장시설을 통해 미활용에너지를 활용하면 일반발전을 진행했을때보다 발전효율이 개선돼 주민요금이 인하될 것”이라고 말했다.

 

원전 폐열 재활용을 통한 탄소감축 방안

박문규 세종대 교수는 원전폐열 재활용을 통한 탄소감축방안에 대해 발표했다.

 

원자력, 화력발전소에서는 60% 이상 열을 버리고 있다. 국내 원자력발전소에서 발생하는 미활용열은 모두 바다에 버려지고 있는 상황으로 이를 해결할 방안을 모색하는 것이 시급한 상황이다.

 

미활용열은 도시모델과 연계해 기술을 개발하는 것이 가장 바람직하므로 스마트인프라와 도시계획을 진행할 때 재생에너지와 수소인프라 등과 조화롭게 통합해 에너지공급의 안정성과 지속가능성을 보장해야 한다.

 

박문규 교수는 “현재 우리나라는 1차에너지를 대부분 수입해 리스크가 큰 상황”이라며 “국내 과학기술 수준이나 위치에 비해 에너지부문이 취약해 이를 해결할 방안을 강구해야 한다”고 강조했다.

 

대중 수용성문제도 고민해야 하는 지점인데 원자력계는 소형모듈형 원자로 개발을 착수할 계획이다.  또한 재생에너지, 수소 등 사용방안을 포함해 탄소배출이 최소화된 도시모델을 개발하는 프로젝트에 착수해 많은 데이터를 쌓고 있으며 미활용열 활용방안을 최적 방안으로 고민하고 있는 만큼 이와 관련된 데이터가 생성될 것으로 기대된다.

 

박문규 교수는 “프로젝트 성공에 있어 도시계획가, 전력거래관련 등 모든 공학분야가 고민해야 할 것”이라며 “오늘 토론회에 참석한 여러 분야 전문가들의 도움이 필요하다”고 말했다.

 

철강공정 폐열 활용 주거지 난방 공급사례 공유

이준석 RIST 센터장은 철강공정 폐열을 활용한 가정용 난방공급사례를 발표했다. 

 

국가 에너지총소비 중 60%는 산업에서 발생하며 포스코·현대제철이 차지하는 비율이 13%에 달한다. 

 

특히 일관제철소는 불순물을 제거하기 위해 지속적인 가열과 냉각과정이 반복돼 에너지손실이 크다. 총 에너지비용은 톤스틸당 5,200Mcal를 사용하는데 이중 30%는 버려지고 있다.

 

이 문제를 해결하기 위해 포스코는 배열활용 지역난방을 통해 소결공장에서 발생되는 배출열을 회수해 포항 주택단지, 포스텍, 실내수영장 등에 지역난방열 공급을 실시했다. 

 

열생산설비 용량은 62.9Gcal/h로 가스터빈대신 공장배열을 통해 총 8,000세대에 43톤 보일러 하나로 공급가능하도록 인프라를 구축했다. 소결공장에서 발생하는 배출열을 회수해 중온수를 생산한 뒤 순환펌프 및 열수송관을 이용해 사용처로 공급하며 온도가 하락한 중온수를 회수한다.

 

한편 저온배열 열교환기는 전열면적 증대로 인해 설치공간도 커져 경제성이 나오지 않아 투자가 잘 이뤄지지 않아 문제가 되고 있다.

 

이준석 센터장은 “철강공정의 미활용열 회수를 위해서는 저압증기 외에 다른 이용처도 발굴해야 한다”라며 “현재까지는 지역난방이 제철소에서 발생하는 미활용열을 가장 경제적으로 활용할 수 있는 유일한 방안”이라고 말했다. 이어 "사업을 진행함에 있어 굉장히 많은 비용이 든다"라며 "산업체 배열회수에 대한 정부보조금이나 CO₂크레딧을 추가로 부여하는 정책이 있으면 동기부여가 될 것“이라고 강조했다.
 
미활용열 활용 SCO₂ 기술개발사례 공유

김범주 한국전력공사 책임연구원은 산단폐열을 활용한 발전혁신기술 사례를 공유했다.

 

정부는 저탄소 산업단지 대응전략을 통해 국가주요 산업단지를 세계적인 대규모 산단으로 구축하고자 노력하고 있다. 이의 일환으로 여수국가산업단지를 조성해 화석연료 기반 에너지산업단지를 집단에너지 연료전환을 통한 탄소자원화와 미활용열 재이용 등을 통해 지속가능한 성장거점으로 조성할 계획이다.

 

한전은 여수국가사업단지 내에 초임계CO₂(SCO₂)발전 산업화 지원센터를 구축할 예정이다.

 

SCO₂는 발전비용 절감으로 발전시스템의 패러다임을 바꾸는 미래형 발전기술로 물을 끓여 스팀으로 터빈을 돌리는 대신 CO₂를 끓인 초임계 CO₂로 터빈을 돌려 전기를 생산한다.

 

전 세계 SCO₂기술개발 동향에 따르면 체코는 시멘트 폐열 SCO₂발전 실증을 2·16MW SCO₂발전소 만들 것이라고 발표했다.

 

덴마크는 CO₂히트펌프 실증을 진행했다. 바이오연료로부터 열원을 받아 50MW 규모 히트펌프를 기반으로 약 2만5,000가구에 지역난방을 공급하는 프로젝트를 진행 중이다.

 

국내에서는 한전이 10년 전부터 초임계CO₂ 기술개발을 진행하고 있다. 초기에는 엔진폐열 기반 2MW급 CO₂발전 기술개발을 진행해 왔으며 최근 미국 에너지부와 함께 SCO₂ 프로젝트를 진행하고 있다.

 

정부는 기후대응기금 투입된 초임계 CO₂발전 산업화 지원센터 구축사업을 통해 산단탄소중립대응을 지원하고 있다. 2MW급 인프라가 구성된 여수미래혁신지구를 구축할 예정이다. 여수는 국내에서 유일하게 인근에 석유화학산업과 철강산업을 동시에 보유하고 있으며 두 산업에서 발생되는 산업단지 미활용열 이용이 가능해 산업적 파급력이 우수한 기반으로 주목받았다.

 

여수에 설치되는 실증설비는 △실증플랜트 △열원공급·폐열모사설비 △가스·전기·제어설비 △기반시설 등으로 국내유일 2MW급 SCO₂ 발전설비 요소기술부터 전체시스템까지 시험평가가 가능하다.

 

김범주 연구원은 "산업단지는 탄소배출이 많아 다양한 해결수단이 제시돼야 한다"라며 "폐열이나 CO₂발전 등이 에너지효율이나 전기, 수소와 유기적으로 연계될 것”이라고 강조했다.

 

탄소중립 위한 유럽 열E 전환사례 발표

염광희 독일 아고라 에네르기벤데 선임연구원은 유럽의 미활용열 사례를 소개했다.

 

독일 전체 산업공정 열수요는 500℃ 이상 열을 필요로하는 철강, 화학 등이 산업열수요의 절반을 차지하고 있으며 200℃ 이하 저온열은 약 30%를 차지하고 있다. 히트펌프를 활용해 승온하면 200℃ 가까운 열도 산업공정에 활용할 수 있을 것으로 보인다.

 

산업부문 폐열은 공정에 따라 100~120℃ 폐열로 분포한다. 200℃ 이하 열은 히트펌프기술로 대체가능해 수열·공장폐열 등 미활용열을 이용한 잠재량도 상당하다는 장점이 있다.

 

염광희 선임연구원은 “난방 시나리오 구성을 진행했다”라며 “탄소중립 달성을 위해 주택은 단독 히트펌프 보급이 매우 중요한 상황이며 다세대의 경우 지역난방을 통해 공급해야만 탄소중립이 가능할 것”이라고 예측했다.

 

독일은 현재 약 130MW규모 산업용 히트펌프를 구동하고 있으며 1GW규모 실증도 계획 중이다. 열원은 데이터센터(DC)에서 발생하는 열을 활용할 계획이다. 

 

EU는 난방탈탄소화를 위한 노력을 이어가고 있으며 핵심기술로 미활용열을 활용한 히트펌프활용을 적극 권장하고 있다. 독일은 건물에너지법 등을 제정해 향후 신축건물에 화석연료 보일러를 사용하지 못하도록 규제할 방침이다. 이에 따라 히트펌프를 활용한 지역난방 등이 상용화될 것으로 예상된다.

 

염광희 선임연구원은 “독일정부는 중저온이 필요한 산업체에 히트펌프기술을 통해 열을 생산해 전기를 줄이기 위한 규제를 진행할 예정”이라며 “이때 미활용열을 사용하면 탄소중립 달성이 가능할 것”이라고 강조했다. 

 

미활용열 전문가, 법제화 ‘시급’ 한목소리 

 

발표를 마친 이후 이명주 도시계획가협회 도시에너지위원회 위원장이 좌장을 맡은 가운데 패널토론이 진행됐다. 이명주 위원장은 “SCO₂ 등 사례를 통해 열이 전기로 전환될 수 있다는 사실을 알게 됐다”라며 “우리나라는 기후위기시대를 살아가고 있는데 이때 초임계 등의 기술개발이 필요할 것”이라고 말했다.

 

이어 “열사업법이 없으면 탄소중립은 불가능하다”라며 “열과 도시가 공존하는 도시를 만들어가기 위해 줄탁동시(啐啄同時)의 마음으로 함께해야 한다”고 강조했다.

 

 

이응신 명지대 연구교수는 소비자 입장에서 미활용열을 건축, 도시에서 활용할 수 있는 방안을 제안했다. 이응신 교수는 “미활용열 자체를 신재생에너지로 인정받으면 ZEB등급을 올리는데 효과가 좋을 것이며 이를 위해 히트펌프를 사용해야 한다”라며 “히트펌프 효율향상이 이뤄지지 않으면 온도를 높여야하는 건물은 신재생에너지자립률에서 불리할 것”이라고 말했다. 

 

이어 “미활용열이 재생에너지로 인정받지 않으면 ZEB등급 인정에 도움되지 않을 것”이라며 “또한 법과 연계해 미활용열 효율향상방안에 대한 고민도 이어가야할 것”이라고 강조했다.

 

오세신 에너지경제연구원 박사는 “많은 국가들에서 전지구가 탄소중립을 위해서는 반드시 열에너지영역을 활성화해야 한다는 것에 동의하고 있다”라며 “이러한 관점에서 미활용열은 열에너지 탈탄소화에 비용효율적이며 도시인프라 계획단계부터 면밀히 반영하는 취지로 도시계획 수립하는 것이 필요할 것”이라고 강조했다.

 

2035 온실가스감축종합계획과 내년도 계획을 수립하고 있는 이성훈 탄녹위 국장은 “4차 배출권거래제 기본계획에 따라 기업이 영향을 받을 수밖에 없기 때문에 관계부처·기관과 협의 중”이라며 “산업부문 탄소감축계획의 경우 미활용열을 활용한다면 실적달성에 도움이 될 것이라고 생각한다”고 말했다.

 

이어 “현재 미활용열은 공간계획 시 제도나 검토체계가 정립이 잘 되지 않고 있어 이와 관련한 많은 의견을 제시한다면 정책반영에 도움될 것”이라며 “법 제정과 법이라는 틀 안에 들어갈 수 있는 세부적인 내용들에 대한 제시도 필요하다”고 말했다.

 

김유향 전 국회입법조사처 국장은 “전 세계 미활용열 관련 법제현황에 따르면 EU는 미활용열에 대해 정의하고 있으며 미활용열 활용을 의무화한 사례들도 있다”라며 “그러나 국내는 미활용열을 다루는 법제가 없는 상태라고 봐도 무방하다”고 말했다.

 

이어 “이에 따라 우리나라는 미활용열 활성화를 위한 근거법 제정이 필요한 상황”이라며 “열에너지관련 거버넌스나 정책을 통해 열에너지의미를 특별히 부여하는 가칭 열에너지사업법을 제정해 미활용열 의무화·세제·기술개발 등을 지원하는 방안이 필요하다"고 강조했다.