KITECH 생산기술 전문지

기존 석유계 플라스틱의 사용 증대에 따라 환경적 문제가 대두되고 있고, 이를 대응하기 위한 전략으로 생분해성 고분자가 주목받고 있다. 그러나 생분해성 고분자가 기존 석유계 플라스틱을 대체하기 위한 다영한 문제점들을 극복할 필요가 있다. 생분해성 플라스틱의 활용 분야 확장을 위해 필요한 요건으로 기계적 강도, 투명성, 차단성, 열적 특성, 생분해성을 고려해야 하며, 이들은 분자량, 결정화도, 반복 단위 화합물 등에 의존한다. 생분해성 플라스틱이 극복해야할 과제들에 대해 폭넓게 다뤄보았다.

바이오촤 기반의 NO, SO₂ 저감 특성 평가를 위한 실험적 연구

나노유체는 나노미터 크기의 입자가 균일하게 분산된 유체로, 높은 열전도도와 우수한 열 전달 특성으로 인해 다양한 열 관리 시스템에서 사용된다. 그러나 시간이 지남에 따라 나노입자가 응집되거나 침전되어 열전도도가 저하되는 문제가 발생하며, 이는 나노유체의 실용화를 저해하는 주요 요인이다. 기존의 물리적, 화학적 방법들은 이러한 문제를 해결하는 데 한계가 있었다. 본 연구는 나노유체의 열전도도와 분산 안정성을 향상시키기 위한 펨토초 레이저 기반 공정인 레이저 안정화 공정과 레이저 파쇄 공정을 제안한다. 레이저 안정화 공정은 나노입자의 표면 전위를 변화시켜 응집을 방지하고, 장기적으로 균일한 분산 상태를 유지함으로써 열전도도를 향상시킨다. 레이저 파쇄 공정은 나노입자의 크기를 줄여 표면적을 증가시키고, 유체 내에서의 열전도 경로를 최적화하여 열전도도와 안정성을 동시에 향상시킬 수 있다. 레이저 공정을 적용한 나노유체는 기존 방법에 비해 열전도도와 안정성이 크게 향상되었으며, 특히 전자기기 냉각 및 열교환기와 같은 고열 응용 분야에서 큰 효과를 발휘할 것으로 기대된다. 본 연구는 나노유체의 장기적인 성능을 유지하기 위한 실용적인 솔루션을 제공하며, 향후 다양한 산업 분야에서 레이저 기반 기술의 적용 가능성을 확대하는 데 기여할 것으로 기대된다.

본 논문에서는 상변화 물질을 이용한 열에너지 저장 시스템의 기본 열설계에 필요한 축방열량 계산, 열매체와 상변화 물질 간의 열교환 계산 등을 설명하고, 이를 쉽게 사용할 수 있도록 제작한 자체 프로그램을 소개하고자 한다. 산업공정에 열에너지 저장 시스템을 적용할 때, 공정 사용 온도에 맞는 상변화 물질, 잠열량 및 상변화 재현성 등을 고려하여 물질을 선정해야 한다. 선정된 상변화 물질을 이용하여 온도에 따른 잠열과 현열량 계산하는 방법을 제시하였으며, 축방열량 및 축방열 비율을 나타내는 프로그램에 관해 설명하였다. 그리고 상변화 물질의 열전달 경우, 공정 운영 조건에 부합되는 방열시간이 중요하기 때문에, 이를 위한 응고거리 및 응고시간 계산 방법을 살펴보았다. 끝으로 상변화 물질의 열물성 정보를 통해 원통형 구조의 열에너지 저장 시스템의 열전달률 계산 프로그램을 소개하였다. 이를 통해 원하는 공정에 열에너지 저장 기술이 적용 가능한지 미리 살펴볼 수 있으며, 공정 에너지의 효율 향상 계획에 필요한 기초 데이터로 사용할 수 있다.

flue gas concentration/temperature measurement and visualization using CT-TDLAS technique

액체식 제습 기술이 적용된 제습 시스템은 수분 친화력이 있는 액체 제습제를 이용하여 고온 다습한 공기에서 수분을 선별적으로 제거할 수 있다. 제습을 목적으로 했을 때 기존 증기 압축식이 적용된 냉각 제습에 비하여 에너지소비가 적고, 액체 제습제를 작동유체로 사용하기 때문에 기존에 제습 시스템에 비하여 지구온난화 및 탄소중립 등과 같은 환경문제에도 적극적인 대응이 가능하다. 또한, 본 시스템은 습공기의 잠열 부하를 효과적이고 독립적으로 제어할 수 있으며, 재생 열원으로 태양열이나 폐열 등 신재생에너지를 사용할 수 있는 장점이 있다. 최근에는 액체식 제습 시스템의 비산방지, 효율 개선(히트펌프 적용)에 관한 연구 및 개발이 활발하게 진행되고 있는 것으로 판단된다. 현재 일부 산업 분야에 적용되어 운영되고 있는 기술이기 때문에 어느 정도는 완성 단계로 볼 수 있는 기술로 판단된다. 따라서 논 논문에서는 현재 액체 제습 기술의 장단점 및 해결 과제와 향후 적용할 수 있는 시장 군에 대해서 논하고자 한다.

우리나라는 2015년 화학물질등록평가법(이하 ‘화평법’)의 시행을 통해 사전에 화학물질의 유해성 정보를 확인하고 유해·위해성을 평가하는 체계를 마련하였고, 2018년 해당 법률을 개정하면서 등록 대상을 신규화학물질 및 모든 기존화학물질로 확대하여 EU와 유사한 수준의 화학물질관리제도를 완성하였다. 등록의 기준에는 연간 제조·수입량이 적용되는데 기존화학물질은 1톤 이상, 신규화학물질은 연간 0.1톤 이상(연간 0.1톤 미만은 신고)으로 구분하여 등록제도를 운영하고 있는 상황이다. 신규화학물질의 등록기준은 종전의 유해화학물질관리법(이하 ‘유해법’)을 그대로 유지하고 있는 것으로, 타국 대비 신규화학물질에 대한 엄격한 등록기준 적용은 화평법 제정 초기부터 산업계를 통해 지속적으로 거론되어 왔던 개선 요청사항에 해당한다. 이에 우리나라 정부는 2023년 ‘킬러규제 TOP 15’에 화평법을 포함시키면서, 2024년 초 이러한 사회적·정책적 요구를 반영한 개정 화평법이 공포되었다. 이번 법률 개정에 따라 확정된 개편 내용(그림1)은 향후 시행령, 시행규칙 등 세부 이행사항 마련을 통해 구체화될 예정이므로, 변화하는 등록·신고 제도의 내용을 정리·분석하여 현 시점의 기업 대응방안을 제안하고자 한다.

대기환경과 기후변화 변화가 최악의 문제를 초래하는 사실이 밝혀져 산업현상에서 배출되는 오염물질 저감을 위하여 우리나라뿐만 아니라, 세계 각국에서 강화된 미세먼지와 온실가스 등에 대한 정책을 시행함으로써 오염원별 배출 환경 규제 준수를 위한 기술의 수요가 증가하고 있는 추세이다. 대기오염물질은 질소산화물(NOX), 황산화물(SOX), 일산화탄소(CO), 입자상물질(PM) 등이 있으며, 특히 NOx 는 그 자체로도 인체에 유해하고, 오존층파괴, 스모그 형성 등의 환경적인 문제를 야기하지만, 세계보건기구인 WHO가 지정한 1급발암물질인 미세먼지의 주범으로 알려져있음에 따라 그 저감의 필요성이 더욱 중요하게 여겨지고 있다. NOX 를 제거하기 위한 기술은 다양한 방법이 존재하지만, 경제, 효율적 측면에서 가장 대표적인 기술인 선택적촉매환원(SCR)이 상용화되어 활용되고 있다. SCR 기술은 환원제인 암모니아 또는 우레아를 활용하여 NOx 를 질소와 수증기로 환원하는 방법으로, VW(Mo)/Ti 기반 촉매가 다양한 배출오염원에서 활용되고 있다. 하지만, 상용적으로 활용되는 VW(Mo)/Ti 촉매는 높은 활성, 강한 내구성 등을 가지지만, 한정적인 활용온도 등의 한계를 가지고 있어 다양한 오염원의 확대 적용이 어려운 문제점이 존재한다. 결과적으로 환경 문제에 대한 즉각적인 대응이 어렵고, 에너지 운용 비용의 증가로 인한 경제적 손실을 초래하여 배출 오염원의 환경에 즉각적으로 대응이 가능한 맞춤형 탈질 촉매 기술이 필요한 현황이다.

“굴뚝으로 배출되는 CO2와 생석회(CaO)를 갖고 탄산칼슘(CaCO3)을 만들고 있습니다. 이렇게 만든 탄산칼슘은 폐기물인가요? 그렇다면 어떤 폐기물로 분류가 되나요?" 상기 질문은 과거 이산화탄소 포집 및 활용 기술을 연구하는 한 기업의 연구원이 환경부의 자원재활용과에 질의하였던 질문이다. 이산화탄소 포집, 활용, 저장 기술, 다시 말해 CCUS (carbon dioxide cature, utilization, storage) 기술은 탄소중립 달성을 위한 핵심기술로서, 국제에너지기구(IEA)에 따르면 이산화탄소 감축량의 10 내지 20%의 기여도를 가질 것으로 전망되는 기술이다. 이중 이산화탄소 포집 및 활용 (CCU) 기술은 크게 화학적전환, 생물학적전환, 그리고 광물탄산화 기술로 분류된다. 이중 일부 광물탄산화 기술은 CO2를 포집하지 않고 배기가스 등 CO2를 포함한 가스와 금속양이온(ex. Ca2+. Mg2+, Na+)을 직접 반응시켜 제품을 얻는 무포집 CCU 기술이며, 따라서 높은 경제성과 기술의 실현가능성으로 상용화에 근접해 있다. 본고에서는 한국생산기술연구원이 총괄주관기관으로서 수행한 중소벤처기업부 및 울산광역시 지원의 이산화탄소 자원화 규제자유특구 사업을 통하여, 서두에 언급한 연구자의 질문이 어떻게 해소되어 나갔는지를, 광물탄산화 실증사업 결과와 이를 통한 폐기물관리법 법령개정 내용을 통하여 설명하고자 한다.

전 세계적으로 기후변화 위기에 대한 경각심이 높아지면서, 자원의 효율적인 관리와 활용의 중요성이 커지고 있다. 산업화, 도시화, 인구 증가 등으로 인해 천연자원 채굴량은 1970년 이후 약 400% 급증했으며, 이로인해 지구온난화(60% 이상)와 대기오염(40% 이상)에 큰 영향을 미치고 있다. 현재 추세가 지속된다면, 2060년까지 원자재 수요로 인해 채굴량이 60% 증가할 것으로 분석되고 있는데, 예로 전기자동차 제조에는 내연기관 자동차보다 원자재가 거의 10배 이상 더 필요하며, 2050년까지 운송 부문의 탄소중립 목표를 달성하기 위해 주요 광물 채굴량이 6배 이상 요구된다. 이는 실질적인 탄소중립을 앞당기기 위해 저탄소 전환 정책, 기술개발, 원자재 사용 최소화, 그리고 순환자원 활용의 극대화가 균형 있게 추진되어야 함을 보여줌과 동시에 과거 석유나 가스 같은 화석에너지 자원처럼 순환자원의 확보와 효율적인 관리가 앞으로 국가 경쟁력의 중요한 요소가 될 수 있다는 점을 시사한다. 자원생산성은 경제활동에 직접 투입(DMC) 또는 소비(DMI)된 자원의 양과 그 자원으로부터 창출된 부가가치를 비교하여 측정하는 지표로, 천연자원 사용량과 경제성장 간의 디커플링(탈동조화) 정도를 파악하는 데 활용될 수 있다. 산정하고자 하는 분야에 따라 해당 범주의 자원생산성을 산정할 수 있으며, 본 기고에서는 우리나라의 국가 자원생산성의 추세 및 세계 주요국과의 비교를 통해 자원생산성 관리 수준을 진단하고, 지표의 한계점과 개선 방안을 제시하고자 한다.

우리 수출 기업에게 새로운 화두로 떠오른 탄소국경조정제도의 개념을 이해하고, 주요국의 도입과 이에 대한 국제적 대응 현황을 알아본다. 이후 우리 기업의 대응 방법을 제시하여 수출 기업이 새로운 기후통상 흐름에 적응하는데 기여하였다.

우리나라는 2015년 화학물질등록평가법(이하 ‘화평법’)의 시행을 통해 사전에 화학물질의 유해성 정보를 확인하고 유해·위해성을 평가하는 체계를 마련하였고, 2018년 해당 법률을 개정하면서 등록 대상을 신규화학물질 및 모든 기존화학물질로 확대하여 EU와 유사한 수준의 화학물질관리제도를 완성하였다. 등록의 기준에는 연간 제조·수입량이 적용되는데 기존화학물질은 1톤 이상, 신규화학물질은 연간 0.1톤 이상(연간 0.1톤 미만은 신고)으로 구분하여 등록제도를 운영하고 있는 상황이다. 신규화학물질의 등록기준은 종전의 유해화학물질관리법(이하 ‘유해법’)을 그대로 유지하고 있는 것으로, 타국 대비 신규화학물질에 대한 엄격한 등록기준 적용은 화평법 제정 초기부터 산업계를 통해 지속적으로 거론되어 왔던 개선 요청사항에 해당한다. 이에 우리나라 정부는 2023년 ‘킬러규제 TOP 15’에 화평법을 포함시키면서, 2024년 초 이러한 사회적·정책적 요구를 반영한 개정 화평법이 공포되었다. 이번 법률 개정에 따라 확정된 개편 내용(그림1)은 향후 시행령, 시행규칙 등 세부 이행사항 마련을 통해 구체화될 예정이므로, 변화하는 등록·신고 제도의 내용을 정리·분석하여 현 시점의 기업 대응방안을 제안하고자 한다.

최근 주요 선진국에서는 기존 선형경제(linear economy)의 자원고갈과 기후변화 문제의 심각성을 인식하고, 순환경제(circular economy)로의 전환을 모색하고 있다. 선형경제는 자원 채취, 제품생산, 소비, 폐기 등의 일련의 경제구조를 기반으로 자원의 소비 측면을 강조한다. 반면 순환경제는 기존의 선형경제를 대체하는 새로운 경제구조로, 최소한의 원료 투입과 소비 후 제품의 재자원화를 통해 자원의 순환성을 강조하며, 폐기 단계를 없애는 것을 목표로 한다. 유럽, 미국, 중국, 일본 등 주요 국가들은 순환경제로의 전환을 위해 재사용(reuse), 재활용(recycle), 재제조(remanufacturing) 등의 방식을 도입해 원료추출을 줄이고, 폐기물을 이차 자원으로 활용하기 위한 기술 개발과 투자를 확대하고 있다. 재제조는 일반적으로 수명 또는 사용주기가 다한 제품을 신품과 동일하거나 더 나은 품질로 복원하는 산업공정으로 정의할 수 있다. 우리나라는 2005년 「환경친화적 산업구조로의 전환촉진에 관한 법률」(이하 환친법)에서 재제조를 재사용 및 재생이 가능한 상태로 만드는 활동 중 분해ㆍ세척ㆍ검사ㆍ보수ㆍ조정ㆍ재조립 등의 공정을 거쳐 원래의 성능 또는 그 이상의 성능을 가진 상태로 만드는 산업 활동으로 정의하고 있다. 일부에서는 재제조와 수리를 혼동하기도 한다. 수리는 특정 결함을 해결하는데 중점을 둔 반면, 재제조는 신제품과 동등한 수준의 품질과 성능을 보증하며, 수리보다 훨씬 높은 기술 수준을 요구한다. 재제조는 신제품 생산과 유사한 제조 공정과 기술이 필요하며, 제품의 품질관리를 우선으로 하는 생산 과정으로, 수리와는 개념적으로나 근본적으로 다른 특성으로 가지고 있다.