독을 빼내자! 천연 가스 불확실성과 미국 유리 산업

편집부(외신)

합성가스와 전기 가열은 천연가스 공급 문제의 해결책이 될 수 있을 것으로 기대된다.

미국의 유리 산업은 천연가스 공급과 관련된 불확실성 때문에 삶의 기로에 놓여 있다. Katrina와 Rita(수년간 태풍 피해를 합친 것과 맞먹는 피해를 주었던)와 같은 태풍이 미국의 천연가스 인프라 시설에 준 피해는 이러한 시설들의 파괴가능성이 주목을 받도록 만들었다. 천연가스 공급은 예전처럼 신뢰를 주지 못하고 앞으로도 수년간 신뢰를 주지 못할 것으로 보인다.
순간적인 부족함이 발생하고 있다. 2003년, 천연가스의 가격이 엄청나게 올라 유리 산업에 큰 타격을 주었다. 이에 더하여 가격에 요동도 심하였다. 순간적인 가격은 MMBTU당 15$만큼 치솟았다.(그림 1 참고) 비록 카트리나 이후 기록된 기록적인 가격이후 천연가스의 가격이 내려가고 있지만, 근원적인 가격 증가 추세나 큰 가격 변동은 향후 2,3년간 사라지지 않을 것으로 보인다. 산업별로 파장의 크기가 다르지만 유리 산업에 미친 파장은 거대하다. 유리 생산 단가에서 평균적으로 에너지가 차지하는 비율은 15%에서 40%이상으로 증가하였다. 유리 산업은 고가의 천연가스를 공급하는 공급자와 안정적으로 거래할 것인지, 아니면 필요할 때마다 살 수 없을지도 모르는 위험을 안고서 낮은 가격으로 판매하는 지역 시장에서 구매할지 반드시 결정해야 한다. 전자는 안정적이고 꾸준한 공급과 가격을 유지할 수 있지만 가격이 비싸다. 후자는 낮은 가격으로 구입할 수 있지만, 수요가 늘어날 때 가격의 변동을 예측하기 어려운 단점이 있다.
이러한 선택은 미국 유리 산업에 잠재적인 ‘독약’으로 작용하고 있다. 첫 번째 선택(높지만 안정적인 가격)은, 결국 산업을 유지할 충분한 자금이 부족하기 때문에 산업을 서서히 죽음의 길로 몰고 갈 위험이 있다. 두 번째 선택(위험 요소가 많은)은 더 빨리 산업이 죽어버릴 수 있다. 산업의 유지가능성은 경제적으로 경쟁자의 에너지 가격과 일관성 있게 맞추거나 더 낮게 할 수 있느냐에 달려있다.
이러한 상황은 미국 비료산업의 쇠퇴를 유발하였던 적이 있다. 대부분의 산업은 천연가스가 MMBtu당 가격이 약 2$인 곳인, 트리니다드토바고로 이동하고 있다.
그렇기 때문에, 유리 산업은 천연가스 불확실성에도 자신을 유지할 수 있는 혁신적인 방법을 반드시 찾아야 한다. 이 글의 목적은 미국 유리 산업의 생존 능력을 효과적으로 지속할 수 있는 몇 가지 구체적인 행동을 찾아 제시하는 것이다.

가능한 해독제
이러한 독약을 해독할 수 있는 해독제가 몇 가지 있다. 세 가지 범주로 분류해보면 다음과 같다.
·혼자서 가라. 각 유리 제조회사는 효율을 증가시키기 위해 할 수 있는 모든 것을 혼자서 다할 수 있다. 즉 천연가스의 의존율을 줄이는 것이다. PPG에 의해 수행된 연구(Eclipse와 Mississippi 주립대학의 공동연구)에 따르면, 에너지 손실을 잘 이해해서 조절한다면  10%정도의 천연가스 사용 절감효과를 낼 수 있다고 한다. 그러나 10%가 실행 가능한 최대값이라는 것을 염두에 두어야 한다. 이 방법은 200년 이후부터 천연가스의 가격이 세 배로 치솟자 설득력을 잃어갔다.
·다른 열원을 구입하라. 각 유리 제조회사는 유리를 녹이기 위해 천연가스를 구매했던 것에서부터 합성가스를 구매하는 등 궁극적으로는 전기 용융이 가능하게 변해야 한다. 이는 운용비용을 획기적으로 줄일 수 있게 해줄 것이다. 그러나 이러한 변화는 회사가 많은 투자 자금을 수반해 회사 자금 운용에 어려움을 줄 수도 있다. 거꾸로 말하면, 자금 운용비용이 최소 저항의 길을 제공할 수도 있다.
·뒤로 모여라. 각 유리 제조 회사는 다른 회사와 어떤 분야에서 합작을 하고 있든지 아니면 혼자이건 간에 자기 자신의 에너지 생산자가 될 수 있다. 예를 들어, 유리 회사는 자기가 사용할 합성가스(즉 전기)를 직접 생산하는 석탄의 가스화 회사가 될 수도 있는 것이다. 이러한 접근법의 두 가지 명백한 약점은 자금 투자가 필요하고 전혀 다른 성격의 사업을 회사가 운영해 나가야 한다는 것이다. 후자의 문제가 이러한 대안의 가장 큰 장벽이 될 수 있다. 유리 회사는 자기 자신을 특수한 재료의 혼합물 생산자로 탈피해야할지도 모른다는 것이다. 이는 전혀 다른 성격의 사업을 같이 해야 하고(즉 에너지 생산 전문가를 고용해야하는 일과 같은 것) 잠재적인 석탄의 가스화와 관련된 환경 문제 때문이다.
첫 번째 범주는 미국 유리 산업의 운명을 다윈의 적자 생존론과 연관시키는 것이다. 이러한 자원의 불확실성에도 살아남을 수 있을 만큼 충분한 자원을 가진 회사만이 생존한다는 생각이다. 이러한 접근법을 택했다가 실패한 회사와 산업의 예가 아주 많이 있다. 미국 비료 산업이 망한 것은 이러한 접근법의 위험성의 예라고 할 수 있겠다.
세 번째 범주는 조금이나마 끌리는 접근법이라고 할 수 있겠다. 근본적인 회사의 재정립을 요구하며, 효율에 대한 보장도 없다. 유리 제조 회사는 가스화 장치를 스스로 돌린다면 가스화 장치에서부터 나오는 것들에 대해서만 걱정하기만 하면 된다. 유리 제조 회사는 가스화 장치를 스스로 돌린다면 과다한 가스화 장치에 대한 것과 자기 자신에 대해서만 걱정하거나 거의 100% 가동률을 내기 위한 방법만을 걱정하면 된다. 만약 유리 제조 회사가 다른 누군가로부터 가스를 구매한다면 ‘누군가’는 그러한 골칫거리들을 가지고 있는 사람인 것이다.
다시 말해서, 그 산업은 가스화장치를 가동할 것이라면 가스화 기술만 걱정하면 된다는 것이다. 만약 가스를 팔 것이 아니라면, 유리 회사가 가스화에 능숙해지기 위해 회사를 확장해야 하는 이유가 없다는 것이다.
그렇기 때문에, 두 번째 범주(다른 에너지원을 구매하는 것)가 가장 먼저 고려해 보아야 할 접근법이라고 할 수 있다. 각 대안 열원에 대해 가장 먼저 물어봐야할 질문이 있다: “이것이 나의 순익에 어떤 영향을 미치는가?”
위 질문은 다음과 같이 두 부분으로 나눌 수 있다:
·순 자본 비용은 얼마인가?
·순 운용 비용은 얼마인가?
위 질문에 대답하기 위해서는 신중한 노력이 필요하다. 다음에, 어떤 대안 에너지 자원을 선택할 것인지 두 가지 대안에 대해 글을 써 놓았다: 합성가스(석탄에서부터 추출한 연소 연료, 주로 CO, 수소, 메탄)와 전기. 이는 그림 2를 기반으로 선택된 것이다.
그림에서 볼 수 있듯, 석탄의 가격은 지난 30년 동안 안정적이었고, 석탄과 천연가스의 가열 용도로 사용된 양은 지난 5 년간 크게 벌어졌다. 아래 논의된 바와 같이, 이것이 합성 가스가 천연가스에 가격적인 측면에서 경쟁력을 갖도록 만들고 있다.
그림에서 알 수 있듯이 같은 에너지를 내기 위해 전기는 천연가스보다 더 많은 비용이 들지만 효율이 더 높아 많은 응용 분야에서 가격적으로도 천연가스와 가격 경쟁력을 가질 수 있다. 꾸준히 늘어나는 천연가스의 가격에 비해 전기는 높지만 안정적인 가격을 보이고 있어 전기 용융은 고려해 볼 가치가 있다.
예 : 합성 가스
최근에 두 번째 대안 모델과 잘 맞는 사업 모델을 가지고 있는 여러 석탄 가스화 회사가 만들어졌다. 그중 30%의 지분을 Peabody Coal이 보유하고 있는 EPIC이 가장 유명하다. 이들 회사는 석탄으로부터 만든 합성가스를 유리 제조 회사에 천연 가스 대신 팔고 있다. 비공식적으로, 이들 중 몇몇 회사는 천연가스보다 2$/MMBtu 낮은 가격을 보장하고 있기도 하다.
이러한 경우, 유리 제조회사가 결정을 내리기 위해 다음과 같은 정보 수집 활동이 필요하다:
·가격 안정성과 차이가 미래 일을 결정하기에 충분히 중요한지 결정. 이것은 이용가능성을 포함하고 있다. 이는 지속적인 공급을 확실히 할 수 있도록 큰 시설을 유지할 수 있는 합성가스 공급자를 필요로 한다.
·합성가스의 자세하고 완전한 특성화. 열 함량과 화학적 조성, 특히 환경 보호와 관련된 소수 화합물.
·긍정적인 결과를 가정하고, 자본 확장이 필요한지 결정. 예를 들어, EPIC은 15%이상의 가스가 같은 산소-연료 퍼니스를 제조하기 위한 현재와 같은 조건을 얻기 위해 필요할 것이라고 예측하였다. 연구는 주장을 확인하고 기존의 공기 처리 시스템이 추가적인 부하를 견딜 수 있는지 결정하기 위해 필요하다. 더구나, 새로운 연소장치가 필요할 수도 있다. 공기에서 산소 연소로 변환해온 산업적인 경험에 의하면, 화염 특성이 다를 수 있다는 가능성을 무시할 수 없다. 비슷한 연구가 방출과 다른 요소에 대해서도 필요하다. Gas Technology Institute, Savannah River National Laboratory 그리고 Eclipse와 같은 공급자들은 그러한 연구를 산업적인 통찰력을 바탕으로 비교적 쉽게 수행할 수 있다.
·운영 조절을 결정하고 초기 연구 결과를 확인하기 위한 파일럿 시연.
·‘기술 풀’을 제공하기 위해 요구되는 산업적 대규모 시연.

예 : 전기 용융
전기 용융의 경우, 산업체들은 이미 일부 회사들이 운영을 하고 있기 때문에 기존 전기 용융기의 비용에 대한 풍부한 정보를 가지고 있다. 산업에 이미 존재하고 있는 지식은 지방 시설들과 함께 각 유리 회사들이 금융적인 이점을 확인할 수 있도록 해야 한다.
Tincher와 Ross에 의해 수행된 유리 제조 산업 의회 위임 기술& 경제 분석(TEA)에 의하면, 75 ton/d 이하 용량의 모든 전기로는 경제적으로 천연가스의 가격이 급등하기 전인 2004년에 이미 경쟁력을 가지고 있었다. 그때 당시, 150 ton/d이하의 모든 전기로가 경쟁력의 마진 선이었다. 천연가스의 지속적인 상승과 가격의 불안정성 때문에, 150ton/d 이하의 정리로는 현재의 산소-연료 용융기보다 더 경쟁력이 있을지도 모르며 미래에는 더욱 이득일 수도 있다.
더구나 TEA에서 논의된 바와 같이, 산업체들이 보다 작고 유연한 퍼니스를 사용하려는 추세에 있는 것처럼 보인다. 이 변화는 유리 산업이 소비자의 요구 변화에 보다 빠르게 대응할 수 있게 해준다. 만약 이런 추세가 계속된다면 전기로의 이점이 보다 극명해질 것으로 예상된다.
DOE는 GMIC와 공동으로 기존 방식과 다른 접근방법인 플라즈마 용융을 연구하였다. 이 프로그램은 이 기술에 대한 결정을 내릴 때 필요한 정보, 특히 PPG P-10 시스템에 대한 정보를 제공하고자 하는 목적에서 만들어졌다. 기존의 것과 다른 용융 접근법(예를 들어 Pochet 용융)도 사용되고 있고 특정한 상황에서 어떻게 사용할 수 있는지 결정하는 것에 대한 충분한 정보가 제공되고 있다.
종종 간과되지만, 전기 용융의 중요한 이점은 미래 탄소 규제 제한에서 직접적인 가스 연소보다 전기 용융의 경우가 훨씬 적을 것이라는 것이다. 더구나, 탄소 관리와 관련된 부가적인 비용이 주어진 시설의 고객에게 전가될 것이기 때문에 더욱 유리하다. 직접적인 가스 연소의 경우, 유리 제조업체는 전체 CO2 생산에 대한 비용을 지불하게 될 것이다.

경종에 귀를 기울여라
Katrina와 Rita는 미국 유리 산업에 경종을 울렸다. 가격이나 천연가스의 공급 모두 안정적이지 않으며 그 가격의 변동 외에도 가격이 가까운 미래에는 계속 오를 것이 확실하다. 산업계에서는 수동적으로 좀 더 나은 시기를 기다리거나 능동적으로 새로운 에너지 패러다임을 찾아 나설 수 있다. 산업계에 열려진 선택 중에 가장 좋은 것은 천연 가스를 대체할 수 있는 다른 에너지원을 찾는 것인 것 같다.
석탄의 가격이 보다 안정적이고 Btu당 가격이 합성 가스의 경우 훨씬 저렴하기 때문에 합성가스로 천연가스를 대체하는 것은 운영 비용적인 측면에서 가장 가능성이 보인다. 그러나 효율, 자본 비용, 환경 책임에 대한 핵심 질문들이 남아 있다. 이들 중 많은 문제가 만약 제 3자가 유리 제조업체에 가스를 제조한다면 사라질 수 있다.
만약 산업계가 더 작고 보다 유연한 용융기를 원한다면 전기를 열원으로 사용하면 천연가스보다 보다 이득이 많을 수 있다.
·(퍼니스의 수명이 짧기는 해도)낮은 자본 비용을 가진 전기 용융은 잘 알려진 기술이다.
·전기의 비용은 가까운 미래에도 안정적일 것으로 예상된다.
·전기 용융은 제조업체가 탄소 규제가 부과되는 환경문제에 노출되지 않도록 해준다.                     (Ceramic Bulletin)

강화 내부 재순환 버너(사진 협조 Gas Technology Institute)
그림 1. 천연가스 가격(출처 : EIA 연간 에너지 보고서 2005)
그림 2. 산업 소비자가 사용하는 에너지의 평균 가격. 실제 가격은 지역에 따라 달라질 수 있음.