최근 미세먼지를 비롯한 환경이슈가 국민들의 뜨거운 관심사로 떠오르고 있다. 특히 화석연료의 연소과정에서 생기는 질소산화물(NOx)은 주요 대기질 오염물질로 급성 중독 시에는 폐수종을 일으켜 사망에 이를 수도 있다. 또한 태양광선과 반응해 오존을 생성시키는데 대기 중 오존농도가 높아지면 호흡기와 눈을 자극하고 기침을 유발하기도 한다.

NOx의 대표적 배출원 중 하나가 산업용 보일러다. 환경부는 지난 2006년부터 현재까지 이러한 문제를 유발하는 NOx를 저감하고 수도권, 수도권 외 대기오염우심지역의 대기질 개선을 위해 ‘저NOx버너 설치지원사업’을 펼치고 있다.

그 결과 대기환경 개선뿐 아니라 연료절감으로 인한 저NOx버너 설치사업장의 비용절감에도 기여하는 것으로 나타났다.

저NOx버너는 연료와 공기의 혼합특성을 조절하거나 연소영역의 산소농도와 화염온도를 조절하는 방법 등으로 질소산화물 생성 및 연료의 질소성분에 의한 질소산화물 생성을 억제할 수 있어 점점 심각해져가고 있는 환경문제 개선에 효과적이다.

저NOx버너는 연료비절감효과가 있기 때문에 일반버너에서 저NOx버너로 교체 시 대기질 개선이라는 공익적 측면 뿐 아니라 해당 사업장의 연료비절감으로 인한 경제적 효과가 있어 선호받고 있지만 중소사업장의 경우 설치비용에 부담을 느낀다.

이에 따라 환경부는 사용자의 경제적 부담 경감을 위해 중소기업, 비영리법인·상업용 건물 등에서 운영 중인 보일러·냉온수기·건조시설의 일반 버너를 일정 수준이상의 질소산화물 저감 효율을 갖는 저NOx버너로 교체 시 설치비의 일부를 지원하고 있다.

보일러, 냉온수기, 건조시설의 버너용량에 따라 최저 400만원에서 최고 1,430만원 범위 내에서 지원하며 저NOx버너를 비롯해 제어판넬, 송풍기, 가스트레인 등 관련 부대설비까지 사업장별 1대를 우선 지원하되 신청자가 적을 경우 3대까지 가능하다.

저NOx버너 설치지원사업은 환경부에서 예산확보 및 전체적인 사업을 총괄하고 지방유역환경청이 설치보조금 배정 및 정산을 맡는다. 지방자치단체는 지원금 신청서를 접수받고 사용자에게 실질적으로 보조금을 지급한다.

한국환경공단은 저NOx버너 검사 계획을 수립하고 결과를 분석·보고 한다. 특히 저NOx버너에 대한 인정검사와 성능확인검사, 사후관리검사를 수행하며 버너 제작업체, 소비자, 지자체와 유기적인 관계를 맺고 있다.

환경공단의 저NOx버너 설치 단계별 검사는 질소산화물 저감효율이 우수한 제품이 설치되고 설치 후에도 성능이 지속적으로 유지될 수 있도록 하고 있다.

또한 공단은 사업에 대한 홍보자료를 전국 보일러 운영사업장에 배포하고 저NOx버너 설치 희망 사업장을 적극 발굴해 지자체에 제공한다. 제작사와의 주기적 간담회를 통한 보급 촉진방안에 대한 협업을 강화하는 등 지원사업의 원활한 추진과 사업장 및 지자체의 적극적 사업참여 유도를 위해 노력하고 있다.

저NOx버너 특성 및 기준변화

일반적으로 보일러에서 질소산화물 발생은 연료 중 질소성분이 많거나 연소로 내부에 1,300℃ 이상 고온영역이 많을수록 증가한다.

공기와 연료를 단순혼합 연소시키는 일반버너에 비해 저NOx버너는 분할화염, 연소가스 재순환, 2단 연소방식 등의 기술을 적용해 화염의 온도를 낮춤으로써 고온에 의한 질소산화물(Thermal NOx) 생성을 억제한다. 또한 2단 연소 및 가스 재순환 방식 적용으로 열이용 효율이 향상돼 연료 소모량 감소로 인한 이산화탄소(CO₂) 배출저감 효과가 있다.

저NOx버너 인정기준은 제조업체의 기술개발 수준에 맞춰 변화해왔다. 2006년 60ppm에서 2008년 50ppm, 2013년 40ppm 순으로 강화돼 왔다.

현재 기준은 2013년의 40ppm이지만 실제로 업체에서 개발한 저NOx버너는 20~30ppm 수준까지 도달한 것으로 알려졌다. 이는 질소산화물 발산 수준에 따라 효율이 결정되고 연료비절감으로 이어지기 때문에 사용자 입장에서도 좀 더 성능이 뛰어난 저NOx버너를 찾고 있다. 특히 환경공단으로부터 저NOx버너 인정을 받은 13개 업체들이 서로 경쟁관계에 놓여 있는 것도 기술개발을 앞당긴 것으로 보인다.

환경부의 관계자는 “저NOx버너에 관한 기준 강화는 행정예고절차가 선행되야 하고 이미 업체의 기술개발 및 제품판매가 환경부가 정한 기준을 이미 앞서고 있다”라며 “당장 변경해야 할만큼 시급한 일은 아니기 때문에 내년까지는 변화가 없을 것으로 예상된다”고 밝혔다.

국내 저NOx버너 제작 및 수입·판매업체는 △흥국공업△동광에너텍 △한국코로나 △수국 △부-스타 △대열보일러 △귀뚜라미 △대림로얄이앤피 △청우지엔티 △발트코리아 △한국미우라공업 △범양써머텍 △덕인 등 총 13개사다.

2006년 이후 현재까지 저NOx버너로 인정받은 모델 수는 총 248개이며 이 중 국산이 145개, 외산이 103개를 차지하고 있다.

향후 보급사업 방향

2006년 처음 사업 시행 이후 2015년까지 10년간 전국에 설치된 저NOx버너는 1만2,350대로 2011년 이후 매년 약 1,500대 정도가 설치되고 있으며 수도권 지역이 5,642대, 수도권 외 지역이 6,709대다.

그 결과 지난해 말 기준 연간 5,212톤의 질소산화물의 배출을 저감하고 있으며 이는 승용차 260만대를 1년간 운행했을 때 배출되는 NOx의 양에 해당된다. 2016년 저NOx버너 보급 예산은 약 115억원 규모이며 이 중 국비가 82억원 지방비가 33억원이다.

최근 대도시 미세먼지 문제가 점점 심각해지는 상황에서 미세먼지 생성에 기여하는 질소산화물의 지속적 배출저감을 위해서는 산업용 저NOx버너의 보급과 더불어 가정용 일반보일러를 친환경 저NOx보일러로 교체하는 사업 추진이 필요한 상황이다.

이재동 환경부 기후대기정책관실 대기관리과 사무관은 “질소산화물 배출은 최근 이슈화되고 있는 미세먼지와도 상관관계가 크기 때문에 저NOx버너 보급사업은 성공적으로 평가받고 있다”라며 “지난해 1월부터 2톤 이상 가스 또는 경질유 보일러는 대기배출시설에 포함돼 지원을 못하게 됐기 때문에 앞으로 사업 전망은 소형 위주로 많이 진행될 것으로 보인다”고 설명했다.

이어 그는 “가정용 저NOx보일러 지원사업은 2015년부터 시작했어야 했는데 아직 예산확보를 못했고 내년부터 수도권에 1만2,500대를 보급할 예정이다”라며 “대기오염은 우리가 피해자이자 가해자이기 때문에 대기오염물질배출시설 교체를 쓸데없는 비용낭비라고 생각하지 말고 후손들을 위한 투자라고 생각해야 할 것”이라고 강조했다.

해외 NOx 저감 정책

일본은 1994년 환경성의 환경계획에 의해 환경부하를 저감하기 위한 실행계획으로 연소설비에 대해 석탄, 석유 등의 연료를 천연가스로 전환하는 사업자에게 보조금을 지원하기 시작했다. 이러한 환경사업은 2009년 ‘저NOx, 저CO₂ 소규모 연소기기 인정제도’로 개정돼 소형 보일러와 내연 기관장치로 구분해 저NOx버너로 인정된 모델에 한해 보조금을 지원했다. 이는 에너지효율 기준의 도입으로 기술혁신을 도모한 것으로 전국적인 보조금지원 제도이지만 동경, 오사카, 나라 등 총 5개 지역에서만 의무적으로 시행되고 있다.

미국은 1980년대에 ‘Clean Air Act’에 의해 산업용버너의 NOx 규제가 강화됐다. 이후 미국 남가주에서는 상업용 대용량 온수장치와 산업용 소현 보일러 및 가열 시설에서 배출되는 질소산화물 저감을 위해 SCAQMD(South Coast Air Quality Management Distric)법을 시행해 NOx 및 CO 배출량을 규제했다.

2006년 이후부터는 시간당 40만~200만BTU에 해당하는 시설 중 원 제조일로부터 15년 이상 노후된 시설은 NOx 및 CO의 배출 허용 기준을 준수할 수 있다는 것을 입증하거나 개선하도록 하고 기준 초과 시 가동 중지처분을 내리고 있다.

유럽연합은 청정생산과 자원재활용 사회경제체제 구축을 목표로 사전 예방원칙 강화, 잠재적인 환경리스크 예방에 힘을 싣고 있다.

특히 기업 등 오염의 직접적인 배출부문이 환경비용을 포괄적으로 부담하는 오염자부담원칙을 준수하고 있다. 유럽연합 국가에서 버너의 성능 및 기능을 표준 규격으로 정해 회원국가에서 준수토록 하고 있다.

독일의 경우 시설 설치 시 재정적 지원보다는 제품에 대한 인증을 실시하고 이탈리아 역시 원칙적으로 공장지역의 산업용 시설에는 국가에서 재정적 지원을 하지 않는다. 다만 북부 이탈리아 및 몇 개 주에서는 주거 환경개선을 위한 보일러 시설 등에 20~30% 지원하고 있다.