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AI부터 그린수소까지···기술 기반으로 환경사업 '밸류 업' 나선 SK에코플랜트

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환경∙신재생에너지 기업으로 변신에 성공한 SK에코플랜트가 환경사업의 가치를 업그레이드하기 위한 적극적인 행보를 보이고 있다. 그 중심에 혁신기술 도입과 다양한 연구개발이 있다. 환경사업을 통해 단순히 경제적 가치를 창출하는 것 뿐만 아니라 기술을 기반으로 환경사업을 고도화 해 나가겠다는 비전이 담겼다.

인공지능(AI) 솔루션을 소각시설에 도입한 사례가 대표적이다. SK에코플랜트는 글로벌 클라우드 선도기업 아마존웹서비스(AWS)와 손잡고 국내 최초로 소각로 AI 운전 최적화 솔루션을 개발했다. 오염물질 관리를 위해 데이터를 모으는 소각장은 있지만 이 데이터를 저장, 활용하는 곳은 SK에코플랜트가 처음이다. SK에코플랜트는 소각시설에 설치된 200여개의 센서를 통해 수집한 데이터 중 60여가지 변수를 추려내 알고리즘을 만들고, 이를 AI가 학습하게 했다. 9개월여의 학습기간을 거쳐 개발한 소각로 AI 운전 최적화 솔루션을 적용한 결과 폐기물 성상이나 작업자의 운전방식에 따라 들쑥날쑥하게 변하던 소각로 온도가 일정하게 유지됐다.

SK에코플랜트 자사 소각시설에 적용한 결과 일산화탄소는 66%, 질소산화물은 33% 감소했다. 기존에도 엄격하게 지켜지던 환경부 대기오염물질 배출허용기준보다도 더 깨끗한 소각이 가능해졌다. 소각 폐열을 활용한 스팀 생산량 증대, 소모성 자재 연한의 증대 등 효과도 확인됐다.

SK에코플랜트는 이 같은 솔루션을 자사 소각시설 뿐만 아니라 국내 다른 소각시설에도 적용할 수 있도록 서비스형 소프트웨어(SaaS, Software as a Service) 형태로 구축하는 방안도 계획 중이다. 국내 300여개 소각시설에 AI 솔루션이 적용될 경우 연평균 일산화탄소는 1307톤, 질소산화물 저감량은 1952톤으로 예상된다. 이산화탄소 또한 연평균 11만7812톤 감소할 것으로 추산된다.

SK에코플랜트는 소각시설에서 폐기물을 태운 후 남겨지는 소각재를 재활용하는 '폐기물의 자원화' 에도 공을 들이고 있다. 소각 폐열을 활용해 전기나 스팀을 생산하는 것은 물론 소각 후 남는 재까지 재활용함으로써 단순히 폐기물을 태우는 역할에 집중하던 소각장을 순환경제의 모델로 만들어가겠다는 계획이다.

SK에코플랜트는 ㈜씨엠디기술단과 공동연구개발을 통해 소각재를 보도블록이나 대형옹벽블록 등으로 재활용하는 사업에 착수한다. 앞서 여러 발열성 화학반응재료를 활용해 혼합과 양생 실험을 지속한 결과 오염물질과 악취를 제거하고 건설재료의 압축강도를 높이는 효과를 확인했다. 실제 소각재로 파일럿 테스트(Pilot Test)를 한 결과 골재 품질에 영향을 주지 않고 소각재를 혼입할 수 있는 비중은 기존 20% 수준에서 최대 60%까지 늘었다. 대형 옹벽블록, 보도블록 등 생산에 필요한 시멘트나 천연골재를 소각재로 대체하면서 원가경쟁력 확보와 온실가스 감축 효과도 기대된다. 소각 후 남겨진 소각재를 건설재료로 재활용하면 소각재 매립량을 최소화해 매립장 포화 문제를 해결하는데도 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 2020년 기준 바닥에 남는 소각재 발생량 약 215만9000톤 중 50%만 재활용해도 100만톤 이상의 소각재가 매립되는 것을 줄일 수 있다.

수처리 분야에서도 기술혁신 노력이 한창이다. 최근 SK에코플랜트는 하∙폐수 처리에 필요한 분리막(Membrane) 전문 환경기업 ㈜퓨어엔비텍과 분리막을 활용한 수처리 기술인 MABR(Membrane Aerated Biofilm Reactor)의 공동개발에 나서기로 했다.

MABR은 분리막 표면에 생물막(Biofilm)을 붙여 미생물을 성장시키고, 분리막 내부에는 공기를 주입해 미생물이 하∙폐수를 정화할 때 필요한 산소를 직접 전달하는 기술이다. 미생물이 하∙폐수의 오염물질(유기물)을 먹고 분해하는 과정에서 물이 정화되는데, 이때 미생물이 활발히 활동하려면 산소가 적절히 공급되어야 한다. 그동안에는 수조 아래에 송풍기를 설치, 공기방울을 만들어 산소를 전달했다. 하지만 기존 방식은 산소와 미생물의 접촉시간이 짧아 전달효율이 떨어지는 문제가 있었다. 송풍기 가동에 필요한 전력 소비도 많았다.

MABR 기술을 활용하면 분리막을 통해 산소를 미생물에게 직접 공급해주기 때문에 기존 방식보다 산소 전달률이 3배 이상 높다. 송풍기 가동에 들어가는 전력 소비도 그만큼 줄일 수 있다.

현재 국내 하수처리시설은 처리용량 기준 65% 이상이 운영 연한 25년이 경과된 상황이다. 시설 노후화는 물론 처리 수량 증가, 처리 수질 강화 등으로 인해 증설 및 개보수가 필수적이다. 이 과정에서 MABR을 적용하면 수처리 효율을 크게 높일 수 있다. 2019년 수처리 용량 기준 우리나라 전체 공공하수처리시설에 MABR을 20%만 적용해도 절감되는 전력 소비량은 연간 약 264GWh에 달한다. 약 7만 1600가구(전국 4인 가구 월 평균 전기사용량 307kWh 기준)가 1년동안 사용하는 전기의 양과 맞먹는 수준이다.

SK에코플랜트는 하∙폐수를 정화한 뒤 남는 찌꺼기(슬러지)의 새로운 활용도 모색하고 있다. SK에코플랜트 에코랩센터와 한국생산기술연구원, 연세대학교는 산학연 합동으로 유기성폐자원에서 직접 수소를 생산하는 기술개발에 착수했다. 유기성 폐자원은 동식물에서 유래한 유기물의 함량이 40% 이상인 폐기물이다. 하수 찌꺼기를 비롯해 가축분뇨, 음식물류 폐기물, 산림폐기물, 해조류 등이 대표적이다. 이번 연구개발은 한국연구재단에서 공고한 '미래수소원천기술개발사업'의 일환이다. 빛이 없는 조건에서 미생물 반응을 통해 유기성 폐기물을 수소로 전환하는 기술이 핵심이다. 기존에도 유기성폐자원을 활용해 수소를 생산하는 기술은 있었다. 다만 유기성폐자원을 바이오가스(메탄)로 전환하고, 이를 다시 수소로 개질하는 과정을 거쳐야 했다.

SK에코플랜트 공동연구팀이 개발중인 기술은 메탄 생산과 바이오가스 고질화 과정을 거치지 않아 생산단계가 대폭 축소된다. 수소 생산에 필요한 시간을 20배 이상 단축할 수 있다는 장점이 있다. 또한 1000도 이상의 고온이 요구되는 개질 과정도 생략돼 고온 환경을 만들기 위한 화석연료 사용 역시 줄일 수 있다. 관건은 수소 생산 수율을 지금보다 높이는데 있다. 현재 연구단계에서 약 63%인 수율을 75%까지 끌어올려 경제성을 확보하고 기술 사업화 궤도에 올려놓는 것이 연구의 목표다.

이 같은 노력을 통해 SK에코플랜트는 그동안 처리, 관리에 초점이 맞춰졌던 기존 환경사업의 패러다임을 벗어나, 생산-유통-소비-재활용 전과정에서 폐기물 제로(Waste Zero)와 탄소 제로(Net Zero)가 현실화된 순환경제 모델인 제로시티(The Zero City)를 구현하겠다는 방침이다.

박경일 SK에코플랜트 사장은 "환경사업은 폐기물 관리, 처분업이 아닌, 새로운 순환경제에서의 한 축"이라며 "국내 1위 환경기업으로서 기술을 기반으로 산업을 고도화하는 기술 리더십을 공고히 해 나가겠다"고 밝혔다.

김성배 기자 ksb@

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