연구성과

POSTECH-KCC, 국내 최초 공장 폐열로 전기 만든다

2020-07-02 299

– 무기단열재 생산 김천공장에서 열에너지를 전기에너지로 만드는 열전발전 실증 실험 성공
– 창의IT융합공학과 백창기 교수 연구팀의 ‘열전모듈 기반 에너지 회수기술’ 적용
– 산업 현장의 폐열 활용한 열전발전 가능성 확인, 차세대 에너지원으로 주목

POSTECH과 KCC가 산학협력을 통해 공장에서 발생하는 폐열을 회수해 전기에너지를 만들어내는 친환경 기술 실험을 국내 최초로 성공했다.

이번 실험은 창의IT융합공학과 백창기 교수 연구팀이 개발한 ‘열전모듈 기반 에너지 회수기술’을 KCC 김천공장에 적용한 열전발전 실증 실험이다. 실제 산업 현장에서 진행한 열전발전 실증 실험은 세계적으로도 흔치 않은 사례로, KCC가 위험 부담을 감수하고 가동중인 생산라인을 실험 환경으로 적극 지원해 이루어질 수 있었다.

KCC 김천공장은 그라스울, 미네랄울, 세라크울 등 무기단열재를 생산하고 있다. 규사, 석회석과 같은 무기질 원료를 용융시켜 제품을 만들기 때문에 제조 공정상 많은 열에너지가 발생한다. KCC는 이전부터 제품 제조 공정에서 발생되는 열에너지를 회수해 활용하는 방안에 대해 고심하던 차에 백창기 교수 연구팀의 제안으로 실험에 함께 참여하게 됐다.

POSTECH과 KCC는 이번 실험을 통해 실제 산업 현장의 폐열을 회수해 전기에너지로 만드는 열전발전의 가능성을 확인했다. 특히 열전발전으로 산업용 용광로, 가열로, 소각로, 열병합발전소 등의 에너지 재활용은 물론, 자체 발전이 필요한 공장이나 지역 에너지 발전 사업에도 적용 가능해 국가 분산 전력망으로 활용하는 중요한 단초를 제공한 것으로 평가받고 있다.

열전발전은 열전재료 양단 고온부와 저온부 사이에 형성된 온도차를 이용해 열에너지를 전기에너지로 직접 변환하는 기술을 말한다. 폐열을 회수해 전기를 생산함으로써 에너지 소비효율을 높일 수 있고, 태양열, 지열, 도시배열, 해양 온도차 등 자연 에너지원으로도 전기를 얻을 수 있어 신재생 에너지원으로 주목받고 있다.

또한 열전모듈 기반 발전시스템은 2020년 제4차 에너지기술개발계획에서 혁신 핵심기술로도 지정된 바 있다. 다른 신재생에너지와 달리 24시간 발전이 가능하고 소음과 진동은 물론 탄소도 배출하지 않는 친환경 기술로, 발전량도 예측할 수 있고 유지보수가 필요 없다는 점에서 많은 활용이 기대된다.

KCC 관계자는 “KCC는 이전부터 공장에서 발생되는 폐열을 활용해 생산성을 향상시킬 수 있는 다양한 방법들을 고안해 공정개발을 지속해 왔다”면서 “이번 열전발전 실증은 실제 산업 현장에서 버려지는 폐열을 회수해 에너지 발전 가능성을 보여준 중요한 실험으로, KCC와 POSTECH 연구진 간의 긴밀한 협력을 통해 이루어낸 값진 성과”라고 전했다.

한편, 백창기 교수 연구팀은 폐열회수 발전시스템 기술개발과 동시에 효율적인 열전모듈개발에도 심혈을 기울이고 있으며, 최근 미국 물리학회 저널인 ‘어플라이드 피직스 레터스(Applied Physics letters)’에 나노선 표면 변조를 통해 재료의 물리적 한계 이상으로 실리콘의 열전도도를 감소시킨 연구 결과를 발표, 편집자 선정(Editor’s picks) 논문에 선정되기도 했다.