공장은 에너지를 쓰기만 하는 곳이 아닙니다. 실은 엄청난 양의 에너지를 버리는 곳이기도 합니다. 연료를 태우고 전기를 돌려 무언가를 데우고 녹이고 말리는 과정에서, 투입한 에너지의 상당 부분은 제품이 아니라 열의 형태로 빠져나갑니다. 이렇게 쓰이지 못하고 버려지는 열을 **산업 폐열(industrial waste heat)**이라고 부릅니다.
산업 폐열이란 무엇인가
산업 폐열은 공정이 할 일을 하고 남은 열, 또는 애초에 일에 쓰이지 못하고 새어 나간 열입니다. 여기서 중요한 것은 이 열이 이미 비용을 지불해 만들어 놓은 에너지라는 점입니다. 붙잡아 다시 쓸 수만 있다면 추가 연료도, 추가 배출도 없이 확보되는 에너지입니다.
폐열은 주로 세 가지 경로로 공장 밖으로 나갑니다.
| 배출 경로 | 어디서 나오나 | 회수가 까다로운 이유 |
|---|---|---|
| 배기가스 | 굴뚝으로 빠져나가는 연소 가스 | 배출 시점이 공정 가동 스케줄에 묶여 있음 |
| 냉각수 | 공정을 식히며 데워진 물 | 온도가 낮아 공정에 그대로 되돌리기 어려움 |
| 설비·제품 표면 | 뜨거운 제품과 로(爐) 표면에서 나가는 열 | 여러 지점에 흩어져 있어 한데 모으기 어려움 |
얼마나 버려지고 있나
규모는 생각보다 훨씬 큽니다. Forman 등의 2016년 연구는 산업 부문에서 투입 에너지의 약 20–50%가 폐열로 버려진다고 추정합니다. 영국에서는 산업이 쓰는 에너지의 약 절반이 폐열로 사라진다는 분석도 있습니다.
비율만으로는 감이 잘 오지 않지만, 이는 공장이 사들인 에너지의 5분의 1에서 절반가량이 제품이 아니라 굴뚝과 냉각탑으로 향한다는 뜻입니다.
한국의 산업 폐열은 얼마나 되나
의외의 사실이 있습니다. 한국은 산업 폐열의 총량조차 최근에야 추정되기 시작했습니다. 에너지경제연구원의 2023년 연구(박상규·오세신)는 국내 산업 폐열량이 그동안 제대로 파악되지 않았다는 점을 짚으며, 그 규모를 처음으로 추정했습니다.
이 연구에 따르면 요·로(가마·용해로) 냉각 과정에서 나오는 폐열만 따져도 화공 업종이 약 160만 TOE, 금속 업종이 약 44만 TOE에 이릅니다. 특정 공정 한 곳에서 나오는 폐열만 집계한 결과이므로, 산업 전체로 넓히면 규모는 훨씬 커집니다. 특히 100°C 안팎의 저온 폐열은 공정에 다시 쓰기 어려워 대부분 그대로 버려지고 있습니다.
왜 그동안 회수하지 못했나
폐열이 이렇게 많은데도 대부분 버려진 데에는 세 가지 벽이 있습니다.
- 온도의 벽. 폐열의 온도가 공정이 요구하는 수준보다 낮으면 곧바로 되돌려 쓸 수 없습니다. 저온 폐열이 특히 여기에 걸립니다.
- 시간의 벽. 열이 나오는 시간과 열이 필요한 시간이 어긋나면, 아무리 좋은 열도 그냥 흘려보낼 수밖에 없습니다.
- 거리의 벽. 열을 필요로 하는 곳이 멀리 떨어져 있으면 옮기는 사이에 식어버립니다.
이 세 가지 때문에 폐열은 오랫동안 '어쩔 수 없이 버리는 것’으로 여겨졌습니다.
폐열은 폐기물이 아니라 자원이다
시선을 바꾸면 폐열은 이미 만들어진, 공짜에 가까운 에너지입니다. 문제는 '어떻게 붙잡아 제때 쓰느냐’입니다. 세 가지 벽에는 각각 대응하는 해법이 있습니다. 온도가 낮으면 히트펌프로 끌어올리고, 시점이 어긋나면 저장했다가 필요할 때 꺼내 쓰고, 거리가 멀면 담아서 옮기면 됩니다.
이 가운데 시간과 온도의 격차를 동시에 메우는 **열에너지 저장(열배터리)**은 그동안 손대지 못하던 폐열을 자원으로 바꾸는 핵심 열쇠입니다. 열을 저장한다는 개념 자체가 낯설다면 다음 글에서 기초부터 정리했습니다.
GIGAette가 개발하는 IsoTES®도 이 지점을 겨냥한 열에너지 저장 시스템입니다.
결론
버려지는 열을 얼마나 되살리느냐는 앞으로 산업이 에너지 비용과 탄소를 얼마나 줄일 수 있느냐와 직결됩니다. 폐열은 사라져야 할 부산물이 아니라, 아직 제자리를 찾지 못한 가장 큰 미개발 에너지원입니다. 우리 공장에서 어떤 폐열이 얼마나 버려지고 있는지, 그것을 어떻게 되살릴 수 있는지 함께 짚어보고 싶으시다면 기술 미팅을 신청해 주세요.
참고 자료
- 박상규·오세신 (2023), 「산업단지 열 소비 특성 분석 및 폐열 잠재량 산정 연구」, 에너지경제연구원 기본연구 23-11 — 국내 산업단지 폐열 잠재량 추정 (화공 요·로 냉각 약 160만 TOE, 금속 약 44만 TOE)
- Forman, C. et al. (2016), “Estimating the global waste heat potential,” Renewable and Sustainable Energy Reviews — 전 세계 산업 폐열 규모 추정 (산업 투입에너지의 약 20–50%가 폐열)