발전소 폐열 사들이는 삼성그룹, 산업용 열 탄소중립 전략 가속화

삼성바이오로직스가 인천의 발전소와 소각장에서 버려지던 폐열을 매입해 제약 공정에 활용하고 있다. 30도 정도의 미지근한 온수지만, 열교환기를 통해 60도까지 높여 보조 열원으로 재활용하는 방식이다. 1년여 전 집단에너지사업자 인천종합에너지의 열배관망을 송도 공장까지 연결하는 공사를 완료한 삼성바이오는 지난해 전체 열 사용량의 11%를 폐열로 충당해 상당한 탄소 배출 감축 성과를 달성했다. 이러한 움직임은 단순한 비용 절감을 넘어 산업 전반의 에너지 전환 추세를 보여주는 사례로 주목받고 있다.

국제에너지기구(IEA)의 최신 분석에 따르면 전 세계 최종에너지 소비 중 열에너지가 약 50%로 압도적 비중을 차지한다. 이는 수송용 연료 약 30%, 전기 약 20%보다 훨씬 크다. IEA는 이 열에너지를 얼마나 깨끗하게 만드느냐가 전기화 기술의 '마지막 미개척지'라고 평가했다. 문제는 온도의 차이다. 건물 냉난방용 열은 낮은 온도여서 현재의 전기히트펌프 기술로도 충분히 대체할 수 있다. 그러나 공장 운영에 필요한 산업용 열은 150도 이상의 초고온 스팀이어서 화석연료 보일러 없이 전기만으로 24시간 연속 생산하기가 매우 어렵다는 점이 핵심 과제다.

현재 산업용 히트펌프, 전극보일러, 열배터리 같은 열저장(TES) 제품들이 연구개발 중이지만 현장 적용에는 아직 기술적 한계와 경제성 문제가 남아있다. 이들은 남는 무탄소 전기를 열로 바꾼 뒤 저장하는 'P2H(Power to Heat)' 기술의 핵심으로 꼽히지만, 실용화까지는 시간이 필요하다. 숙명여대 임용훈 교수는 "산업 현장의 150~250도 고온 스팀을 전기로 단번에 만들기는 어렵다"며 "발전소·공장 등에서 나오는 낮은 온도의 폐열을 모은 뒤 히트펌프나 압축기 등을 이용해 단계적으로 온도를 끌어올려 활용하는 방식이 가장 합리적인 중간 해법"이라고 설명했다. 실제로 삼성전자도 반도체 공정에서 나오는 30도 폐열을 산업용 히트펌프로 최대 100도까지 높여 공기 조절이나 가습용 온수로 재활용하고 있다.

이처럼 버려지는 열을 알뜰하게 업사이클링하는 것이 산업용 열 청정화의 첫걸음이 되면서, 업계에서는 '열시장 활성화'가 시급하다는 지적이 나온다. 열시장은 발전소나 소각장이 폐열을 공급사에 넘기는 도매 시장과, 이를 사들여 공장에 공급하는 소매 시장으로 나뉜다. 기업 간 열 도매 거래는 2024년 기준 20건으로 파악되며 꾸준한 증가세를 보이고 있다. 최근에는 산업단지 내 기업끼리 열을 직접 주고받는 '직거래 모델'도 등장했다. GS칼텍스는 여수 국가산단에서 발생한 유황을 남해화학에 주고, 남해화학은 황산 제조 과정에서 나온 폐열 스팀을 다시 GS칼텍스에 돌려주는 방식을 추진 중이다. 그러나 발전소 폐열이나 소각열 등 쉽게 연결 가능한 열원은 이미 포화 상태인 상황이다.

열시장 확대의 가장 큰 장벽은 물리적·제도적 진입장벽이다. 집단에너지 사업은 지하에 거대한 열배관을 깔아야 하는 '장치 산업'으로, 중복 투자를 막기 위해 구역마다 사업자를 한 곳씩만 지정하는 자연 독점 구조가 형성돼 있다. 특히 이미 지하 매설물이 꽉 찬 구도심이나 노후 산단은 신규 배관을 깔 공간조차 없는 경우가 많다. 저온 폐열은 20km 이상 장거리 수송 시 효율이 급격히 낮아지므로, 신규 열사업의 성패는 단순한 '열 발굴'이 아닌 거리와 온도 등 배관 경제성에 의해 결정된다. 업계는 남의 배관을 빌려 쓸 때의 비용 산정과 사고 책임 소재를 정하는 기준이 명확하지 않다며 정부의 가이드라인과 규제 완화를 요구하고 있다.

정부도 이러한 시장의 경직성을 풀기 위해 적극 나서고 있다. 열에너지 데이터를 표준화하는 '열거래 플랫폼' 구축과 일정 비율 이상의 청정열 사용을 강제하는 '청정열 공급의무화(RHO)' 제도 도입을 검토 중이다. 그러나 어떤 열원을 '청정열'로 인정할 것인지를 놓고 논쟁이 일고 있다. 일각에서는 재생열이나 소각열, 산업 폐열만 인정하고 가스발전소 폐열은 제외해야 한다는 주장을 제기하고 있다. 하지만 집단에너지 업계는 "현실적으로 가장 큰 공급원인 발전소 폐열을 빼면 시장 자체가 고사할 것"이라며 우려한다. 유럽은 이미 2023년 개정된 재생에너지지침(RED III)을 통해 공장과 데이터센터 등에서 나오는 폐열뿐만 아니라 발전소 폐열도 활용할 수 있도록 폭넓게 장려하고 있다. 서울과학기술대 유승훈 교수는 "규제가 너무 엄격하면 산업용 스팀 가격이 올라 수요 기업에 부담이 될 수 있다"며 "정부 보조금 지원이나 '청정열공급인증서(RHC)' 발급을 통해 사업자가 투자 비용을 회수할 수 있게 해야 한다"고 제언했다.