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. 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 가열로 표면에서 나가는 열 | 여러 지점에 흩어져 있어 한데 모으기 어려움 |
얼마나 버려지고 있나
규모는 생각보다 훨씬 큽니다. 미국 에너지부는 산업 투입 에너지의 약 20–50%가 폐열로 손실된다고 봅니다.
한국은 사정이 더 특이합니다. 국내 산업 폐열의 총량은 공식적으로 파악된 적이 없다가, 에너지경제연구원의 2023년 연구(박상규·오세신)가 처음으로 그 규모를 추정했습니다. 이 연구는 국내 산업단지 에너지다소비 제조업에서 발생하는 폐열을 연간 640만 toe로 추정합니다. 집단에너지 지역난방이 한 해 쓰는 열(280만 toe)의 약 두 배에 해당하는 양입니다.
업종별로는 화공이 470만 toe로 가장 많고 금속이 130만 toe로 뒤를 잇습니다. 설비로 좁혀 보면 요·로(가마·용해로) 냉각에서만 화공 약 160만 toe, 금속 약 44만 toe가 나옵니다. 그런데도 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.
폐열은 폐기물이 아니라 자원이다
폐열은 이미 생산 과정에서 만들어진 에너지입니다. 회수해 다시 쓸 수 있다면 그만큼 새로운 연료 투입을 줄일 수 있습니다. 다만 회수·이송·저장에는 설비가 따르기 때문에, 앞서의 에너지경제연구원 연구에서도 상당수 업체가 투입 비용 대비 실익이 낮다고 판단하고 있었습니다. 폐열 활용은 열이 있느냐가 아니라 쓸 수 있는 형태로 만들 수 있느냐의 문제인 셈입니다.
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 것이 열에너지 저장(열배터리)입니다. 열을 저장한다는 개념 자체가 낯설다면 다음 글에서 기초부터 정리했습니다.
결론
폐열을 살리는 관건은 열을 회수하는 데 있지 않습니다. 필요한 온도로, 필요한 시점에 다시 쓸 수 있게 만드는 데 있습니다. 저장한 열을 들쭉날쭉한 온도로 내보내면 공정에 그대로 투입하기 어렵기 때문입니다.
GIGAette가 개발하는 **IsoTES®**는 이 지점을 겨냥한 정온 열에너지 저장 시스템으로, 방전 내내 일정한 출력 온도로 열을 공급하는 것을 목표로 합니다. 우리 공장에서 어떤 폐열이 얼마나 버려지고 있는지 함께 짚어보고 싶으시다면 기술 미팅을 신청해 주세요.
참고 자료
- 박상규·오세신, 「산업단지 열 소비 특성 분석 및 폐열 잠재량 산정 연구」, 에너지경제연구원 기본연구보고서 23-11 (요약: 이슈페이퍼 24-11) — 국내 산업단지 폐열 발생량 연간 640만 toe, 최종에너지 소비 대비 평균 13.7%, 요·로 냉각 폐열 화공 약 160만 toe·금속 약 44만 toe
- U.S. Department of Energy, “Waste Heat Recovery Basics” — 산업 투입 에너지의 20–50%가 배기가스·냉각수·설비 및 제품 표면을 통해 폐열로 손실