해외기술

편집부(외신)

비용은 산업이 오일에 대한 집착에 어떻게 대처할 수 있는지를 결정하는 중요한 요소이다.

급격하게 증가하는 에너지 비용을 대체하기 위하여 찾고 있는 새로운 에너지 자원은 세라믹과 유리 산업의 중요한 요소가 될 수 있다. 반면 에너지에 대한 감사는 조직이 에너지 효율을 증가시키기 위하여 할 수 있는 가장 간단하고 중요한 요소이다. 에너지 효율을 증가시키기 위하여 헌신해온 비영리 단체인 American Council for an Energy-efficient Economy (ACEEE)는 “ 산업 시스템의 효율 증가는 에너지 사용과 오염을 감소시키고 미국 산업 지구의 경제적 생존능력을 증가시킬 것이다”라고 강조했다.
최근에 나타나고 발전되고 있는 기술은 에너지 감사를 통한 효율로 인하여 이익을 얻게 될 것이다.
최근에 에너지의 효율을 증가시키기 위하여 불고 있는 흥미로운 현상은 에너지 사용의 감소도 아니고 환경을 지키는 것도 아니다. 단지 ‘경제적 생존 능력’이다. 사람과 같이 산업은 에너지 효율을 보다 더 증가시킬 수 있는 어떤 것도 하기 싫어한다. 만약 에너지 효율 증가를 위하여 어떤 것도 하지 않으면 조금의 노력 없이도 돈을 절약하게 될 것이며 돈을 벌게 될 것이다. 결국 시간이 돈이 되는 것이다. 사람들은 가스의 1 갤런 값인 3달러도 지불하기를 원하지 않는다. 하지만 사람들은 여전히 자동차 드라이브를 하면서 사용하는 가스는 아까워하지 않는다. 왜냐하면 드라이브를 통한 비용은 아주 작고 바로 나타나지 않으며 특히, 편의를 위한 것이라고 생각하고 있기 때문이다. 그리고 일반 에너지 사용자와 같이 많은 양의 에너지를 사용하는 사람들은 70년대 말 이란의 오일 위기와 5년 전에 발생했던 연료 가격의 폭등과 함께 일어난 에너지 효율을 증가하기 위한 노력을 잊고 있는 듯하다.
이유는? 두 사건 사이에 에너지가 다시 충분해져서 에너지 가격이 다시 내려갔기 때문이다. 에너지 보존은 사실상 전부 돈과 관련된 것이며 돈은 수요와 공급에 관한한 모든 것이다. 현 상황에 견주어 볼 때, 미래에는 공급보다 수요가 더욱 많아질 것이다. 포르투갈의 에너지·기술 센터인 세네텍에 따르면, “가까운 미래에 우리가 직면하게 될 문제는 지속적인 에너지 공급과 증가하는 에너지 가격을 해결하기 위하여 새로운 해결책의 개발에 대한 요구이다. 앞으로 25년 동안 에너지 소비량이 50% 증가할 것으로 기대되기 때문에 에너지 가격이 증가하는 일반적인 경향은 계속 이어질 것이다.”
환경적인 문제가 계속 제기 되고 있지만 그들에게 이 문제는 부차적인 것에 불과하다. 이타주의는 보통 조치를 취하기 위한 동기로서 이익을 뒤로 한다. 다행히 오늘날에는 달러와 센트와 관련지어 에너지를 바라보는 것이 환경적인 의미와 관련하여 생각하는 것보다 더욱 이익이 있다.
인간의 본성이 무엇이든 사람과 단체는 문제에 대하여 단순하고 빠르며 포괄적인 해결책을 선호한다. 불행이도 미래에 에너지의 가격을 낮추고 에너지를 충분히 보유할 수 있는  문제를 해결하기 위한 묘책은 없다. 그러나 해결책의 핵심은 시간과 노력을 들여서 인간의 에너지 요구를 장기간 계속해서 공급해야 한다는 것이다. 문제의 해결을 위하여 다음과 같은 여러 가지의 평가를 시작한다.
쪾가정, 연구소, 회사에서 에너지를 얼마나 사용 하는가
쪾얼마만큼의 에너지가 낭비 되는가
쪾위 두 가지의 범주 안에서 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 가장 효과적인 방법을 결정한다.
에너지 감사는 조직의 에너지가 어디에 필요하고 어디서 에너지의 사용을 시작해야하는지 결정하는데 도움을 준다. American Council for an Energy-efficient Economy (ACEEE)는 “에너지 효율 포텐셜의 정확한 평가는 음파 에너지 효율 프로그램과 정책을 개발하는데 매우 중요하다”고 말한다.
다른 그룹은 오랜 시간동안 상황을 평가해 오고 있다. 에너지 절약 연합이 1977년 설립되었다. 이것은 회사, 정부뿐만 아니라 환경, 교육, 소비 그룹이 “에너지의 효율적인 제품을 위하여 더욱 활동적인 시장을 촉진하고 전 세계적으로 에너지의 효율적 사용을 증진하자”라는 같은 목표의 전략적인 연합이다. 이 연합은 에너지의 효율적 사용을 경영 적합성의 척도로 본다. 또한 이 연합은 음파 경영을 설립하였다. 이 음파 경영은 ‘수많은 자원의 절약’이다.
·연료 사용의 감소
·경제 효용 계산의 오차 조정
·더욱 좋은 연료의 구매 계약 협상을 위하여 소비량에 관한 정보 이용
·에너지 사용의 향상에 따른 가공하지 않은 물질의 낭비 감소를 제공한다.
또한 이 연합은 ‘에너지 낭비가 줄어들고 이것이 다시 프로세스 활동으로 돌아설 때’현재에너지 사용의 많은 문제점들은 최종적으로 좋은 결론을 얻을 수 있다고 예상한다.
세라믹과 유리 산업은 대부분의 다른 산업들보다 더욱 많은 열의 사용에 의존하기 때문에 소비되는 열을 처리하는 방식은 폐열 경영의 중요한 한 부분을 차지하고 있다. 세라믹과 유리 산업은 산업에서 발생되는 열을 환경으로 방출시키는 것은 달리는 열차의 창문으로 수백만 달러를 버리는 것과 같다는 것을 깨달았다. 열은 소비하는 만큼 완전히 이용할 수 없다. 소비되는 열은 우리가 원하지 않는 결과인 많은 돈으로 직접 전환된다. 이렇게 소비되는 열을 처리할 수 있는 좋은 방법은 프로세스를 설계할 때 얼마만큼의 효율적인 에너지를 사용할 수 있는지를 아는 것이다. 현재 사용하는 대부분의 산업 프로세스(또한 유리와 세라믹 산업에서 사용하는 프로세스)는 에너지 효율이 중요하지 않다고 생각하던 시대에 설계된 것이다. 그러므로 현재의 폐열 회수 기술은 비용적인 면에서 효율적일 수 있다. 열을 회복하는 방법은 프로세스, 복열장치, 축 열 장치, 폐열 보일러로의 직접적인 열 회수를 포함한다.
마이크로터빈은 열을 회수하는데 있어서 많은 부분을 차지하고 있는 발전된 기술이다. 이 마이크로터빈은 가스 터빈 엔진, 복열장치, 발전기로 구성되어있으며 이 현장 시스템은 ‘환경 보전적 구조’이다. 즉 이 시스템은 유틸리티에서 전기를 발전시키는 대신에 산업 프로세스에서 사용된 전기를 발전시킨다. 마이크로터빈은 열과 전력의 효율을 최대 80%까지 끌어올릴 수 있다. 또한 마이크로터빈에서의 방전은 많은 양의 산소를 포함하고 있어서 자연연소가 가능하다.
이 기술은 윌슨 터보파워에서 시작되었다. 이 회사의 300
kW 마이크로터빈은 50% 이상의 작동 효율을 달성하기 위하여 세라믹 성분과 세 단계의 터빈을 이용한다. 이것은 다른 자연 연소 기술보다 상당히 향상된 기술이며 최소 40% 이상의 효율을 낼 수 있다. 윌슨 마이크로터빈의 효율이 좋은 이유는, 마이크로터빈이 고온에서 가능하게 설계되어있으며 독점적인 축 열 장치 형식의 열 교환기이기 때문이다. 
윌슨은 열 교환기를 독립적 제품으로서 판매한다. Praxair는 이 기술을 수용한 첫 번째 회사이며, 윌슨에 의하여 창안된 산소 연료의 자연 연소 프로세스인 열 교환기를 사용할 것이다. Praxair가 이 기술을 선택한 이유는
쪾이 장치의 열 전환 효율이 98%이다
쪾이 시스템은 금속 열 교환기보다 상당히 높은 온도에서 작동이 가능하다
쪾금속 열 교환기보다 크기가 작다
Praxair는 이 장치로 인하여 작동 비용이 줄어들고 생산력이 증가하며 처리량이 늘어날 것으로 기대하고 있다. Praxair의 경영·기술 고문인 Stewart Mehlman은 “이 기술로 인하여 우리의 기술이 산업 기술의 선두적인 역할을 하고 있다는 것을 고객에게 알릴 수 있다”라고 하였다.
윌슨의 터보파워 열 교환기는 세라믹 산업에 두 가지의 잠재적인 큰 이익을 가져다준다. 첫 번째는 열 교환기와 마이크로터빈의 효율성이며 다른 하나는 기술의 중요한 구성 성분으로서 세라믹을 이용하는 시스템이다. 이 기술은 MIT에서 개발되었고 MIT는 회사의 소유자 중 하나이다. David Wilson, Bruce Anderson, 국제 투자자, 에너지 전문가가 회사의 균형을 유지하고 있다.
유리 산업은 또한 대체 가능한 에너지 자원을 찾고 있다. 그러나 이런 경우 그동안 산업을 유지해 왔던 천연가스를 대체해야 한다.
이제 효율성의 증가가 요구되고 있다. 현재 에너지 자원의 고 비용은 이익에 막대한 영향을 미친다. 에너지 자원의 고 비용은 지난 10년 동안 미국 유리 산업에서 10%의 일자리 감소를 가져왔다. 이러한 흐름을 막기 위하여 유리 제조 산업 협회는 석탄(합성 가스)에서 합성된 혼합 가스의 사용을 권장하고 있다. 왜냐하면 석탄의 기화는 최첨단 기술을 사용하는 유리 퍼니스에 적합하고 적은 비용으로 생산할 수 있는 연료이기 때문이다. 세라믹 산업이 합성가스를 통하여 이익을 얻었던 것과 같이 유리 산업은 마이크로터빈과 향상된 열 교환기로부터 많은 이익을 얻을 수 있다는 것에 주목하여야 한다.
액화 석유와 같이 천연가스도 더 이상 미국에서 자체적으로 충분히 사용할 수 있는 것이 아니다. 지난 몇 년 동안 미국도 천연 가스의 수입국이 되었다. GMIC에 의하면, 천연 가스의 수입은 매년 두 배씩 증가하고 계속된 수입의 증가는 가스를 수입하기위하여 많은  LNG 터미널의 건설을 수반할 것이며 이 터미널의 건설이 가능할지에 대한 논의가 있을 것이다.
반면에 석탄은 미국이 다량 보유하고 있는 자원이다. 통계에 의하면, 미국은 앞으로 2세기 동안 산업에 공급할 수 있는 충분한 석탄 자원을 보유하고 있다. 심지어 전 세계적으로 석탄은 ‘유일하게’ 그 기간의 반 동안 우리가 사용할 수 있는 충분한 양이 있다. 이 자급자족적인 에너지 자원은 매우 가치 있는 자산이다. GMIC는 석탄 합성가스가 일단 개발되면 석탄 합성가스 가격이 천연가스 비용의 절반 가격으로 될 것이라고 믿는다. 석탄 자체는 연료로서 효율이 매우 낮고 심각한 오염을 가져오지만, 기술의 발달로 95%이상의 석탄 연료를 가연성 가스로 전환할 수 있다.
석탄의 기화는 새로운 기술이 아니며 석탄을 기본으로 한 에너지 형태의 오염을 막기 위하여 개발되었다. 또한 고비용과 천연 가스를 더 이상 수반할 수 없는 분야에 석탄 자원의 효과적인 사용이 가능하게 되었다. 세계적으로 100개 이상의 매우 정교한 석탄 기화 연구소가 있다. 그러나 이 연구소 중에서 오직 약 1/6만이 미국에 있다. 게다가 대부분의 석탄 기화 시설은 유리 산업의 요구에 미치지 못 하는 크기가 대부분이다. 그러므로 GMIC는 유리 산업의 요구에 맞는 프로그램을 위하여 DOE의 지원을 요구하고 있다.
석탄 자원은 충분하지만 석유와 같이 다시 사용할 수 있는 자원은 아니다. 그러므로 시간이 자나면 석탄의 의존성은 수확 체감으로 인하여 전략적으로 변할 것이다. 반면 종종 언급되는 수소 자원은 이론적으로 고갈되지 않는 풍부한 에너지이다. 아직까지 개발되지 않거나 개발 중인 기술과 같이 비록 수소는 수소 자체를 운반하는데 어려움이 있지만, 기본 시설의 부족과 고비용의 에너지는 연료로 사용하기 위한 수소의 추출을 필요로 한다. 이런 어려움에도 불구하고 수소와 석탄은 서로 시너지 효과를 수반할 수 있다. Idemitsu Kosan and Corona는 석탄 오일로부터 수소를 제거하는 연료 가공 시스템(FPS)의 개발을 발표하였다. 연료 가공 시스템(FPS)은 석탄 오일을 개질하는 동안 Idemitsu Kosan and Corona의 촉매법을 이용한다.
이 촉매법은 1kW의 클래스에서 수소를 석탄 오일로부터 제거하는 프로세싱의 효율이 80%인 출력 연료 전지 시스템을 목표로 하고 있다. 현재 연료 가공 시스템(FPS)을 통하여 스위치를 켠 후 전력 발전을 시작하기 위해서는 40min이 걸리며 생산은 2012년에 예정되어 있다.
핵 발전 연구소는 깨끗하고 풍부한 전력을 유지해 왔다. 그러나 이러한 연구소는 국가 전력 시설 망으로 즉시 ‘플러그 인’하는 동안 여러 문제가 발생한다.
Three Mile Island에서 일어난 안전문제가 이슈화 되고 있고 Chernobyl은 여전히 정부와 정부관련 공공기관과 공명하고 있다. 또한 9/11 사건을 통하여 안전 문제는 사람들의 마음에 깊게 새겨지고 있으며 사용된 핵연료를 어떻게 처리하는 것이 최선인가에 대한 논쟁이 있다. 하지만 여전히 핵 발전에 대한 지지자들은 많이 있다.
지난달에 DTE Energy 회사는 Michigan에서 핵 발전 연구소를 짓기 위한 기초 공사를 시작했다고 발표했다. 만약 이 프로젝트가 계속 진행되면 적어도 십 년 안에 미국에서 건설되는 최초의 핵 발전 연구소가 될 것이다.
DOE가 핵에너지 연구 주도(NERI) 하에서 연구의 허가를 위하여 9개 대학으로 5백 70만 달러를 수여할 것이라고 발표 한 이후 핵 발전은 더욱 진보하게 되었다. 이러한 수여를 통하여 미국 대학의 교수와 학생들은 향상된 핵에너지를 연구하고 개발하는 데 열정을 다할 수 있고 Generation IV Nuclear Energy Initiative와 Nuclear Hydrogen Initiative를 위하여 DOE의 연구에 초점을 맞추고 이것을 강화시키기 위하여 노력할 것이다.
미국에서 지속적으로 유지할 수 있는 다른 에너지 자원은 지구 자체에서 얻어진다. 최근 보고에 따르면 지열 에너지의 국가적인 공급은 우리가 생각했던 것 보다 훨씬 많다. 하지만 이 에너지 자원은 기술의 부재와 영향력, 기반 시설의 부족으로 한계에 부딪친다.
즉시 에너지로의 사용이 가능하며 포괄적이지 않은 대체 자원은 존재하지만 그것들 또한 여러 가지의 문제점을 가지고 있다.
두 가지의 가장 잘 알려진 논쟁거리인 10만 Btu당 높은 가격과 음식, 에너지 물질간의 교환 조건과 같은 에탄올의 효율에 관한 논쟁은 잘 알려져 있다.
그러나 연구진은 계속해서 노력하여 지구의 에너지 수요를 해결하는데 에탄올을 이용할 수 있는 기술을 개발하는데 곧 도달할 것으로 예상되고 있다. 풍력은 대다수의 사람들이 생활공간 근처에 지어지기를 꺼려하지만 점점 발전하고 있다. 태양력은 석유의 의존성에서 벗어나고자 하는 경향으로 인하여 증가하고 있다. 그러나 바람과 같이 태양은 전 세계적으로 산발적으로 일어나는 에너지 자원이기 때문에 태양 에너지를 필요로 하는 장소와 필요로 하는 시간에 한정되어 얻어진다.

유리와 세라믹 제조업자들은 에너지 공급 면에서 미리 경험하지 못한 단위의 가격과 불확실성에 직면하지만 가까운 미래에는 반드시 아래 6가지의 일들이 일어날 것이다.
쪾에너지 사용에 대한 알맞은 경영은 현재보다 더욱 중요해질 것이다.
쪾설비에 전력 공급을 위하여 다양한 에너지 자원이 요구될 것이다.
쪾비용과 효용의 상호 관계 때문에 과거에 사용했던 에너지 자원은 효용보다는 비용에 의존할 것이다.
쪾점점 자주 변화하는 에너지 시장에 재빠르게 반응하기 위하여 회사는 최선을 다하여 좋은 결과를 내고 많은 이익을 얻어야 한다.
쪾세라믹과 유리 산업은 대부분의 다른 산업보다 에너지의 비용과 효용 측면에서 지속적으로 충돌하게 될 것이다.
쪾유리와 세라믹의 독특한 특성으로 인하여 이것들은 대체 가능한 에너지의 해결책을 정의하고 개발하는데 중요한 역할을 할 것이다.                                         (Ceramic Bulletin)

대표적인 석탄 가스화 장치의 도식

교세라의 235-kW Solar Grove는 주차된 차량의 그늘을 만들면서 태양 전기를 일으킨다.