Circular economy Net-zero emissions

Recycling Society를 위한 공동혁신
(Co-innovating) 제안

  • 바이오매스 발전

이상 기온, 지속적인 대형 태풍과 허리케인, 폭우로 인한 홍수의 원인이 되는 지구의 기후 변화는 지난 몇 년 사이에 빈번하고 급속하게 진행되고 있습니다. 유엔 기후 변화에 관한 유엔 정부 간 패널이 2018년 10월 8일에 발표한 보고서에 따르면, 향후 12년 동안 지구의 평균 기온을 1.5℃ 이내로 억제하지 않으면 지구의 생태계는 치명적인 피해를 입을 수 있다고 설명하고 있습니다. 기후 변화와 관련된 위험은 현실 과제이며, 이러한 위험에 대한 인식은 매우 짧은 시간 내에 극적으로 높아졌습니다. 지금 필요한 것은 눈에 보이는 형태의 구체적인 조치입니다.

지구 환경 파괴는 왜 일어나는가?

― 생산성을 추구하는 경제 모델은 환경에 심각한 영향을 미치고 있습니다. 당장 대책을 강구하지 않으면, 돌이킬 수 없는 환경 파괴에 직면하게 됩니다.

1870년대 제2차 산업 혁명의 출현으로 대량 생산과 현대 경제 모델로의 전환을 일으킨 엄청난 기술적 혁신이 일어났습니다. 전례 없는 인구 증가와 함께 효율성과 생산성 향상으로 대량의 자원을 사용하여 제품을 제조하고 소비하고 폐기하는 사이클이 계속되었습니다. 개인 소득과 삶의 질을 크게 향상 시켰지만, 이 경제 모델은 엄청난 환경 파괴를 촉발했습니다.

'생산-소비-폐기'의 사이클은 대기 중 이산화탄소(CO2)와 메탄(CH4), 아산화질소(N2O) 등의 가스의 양을 증가시키는 원인이 됩니다. 이러한 사이클은 지구의 온난화 원인인 온실 효과의 강도를 높여서 지구 평균 기온을 높이고 일반적인 날씨 패턴을 방해하며 장기간의 폭염과 이상 강우 및 강력한 태풍이 점점 잦아지고 있는 요인이기도 합니다.

지속적인 환경 악화의 위협 속에서 환경을 보존하기 위한 사전 대책이 진행되고 있습니다. 일본에는 이와 관련하여 주목 받는 도시가 있습니다. 시모카와는 홋카이도에 위치하며 섬의 최북단에서 약 200km 떨어져 있습니다. 세계적인 스키 점퍼 노리아키 카사이(Noriaki Kasai)의 고향으로 가장 잘 알려진 시모카와의 인구는 약 3,400명이며, 고령화가 진행되어 65세 이상의 인구가 39%에 달합니다. 시모카와의 가장 큰 특징 중 하나는 도시 면적의 약 90%를 산림이 차지하고 있다는 것입니다. 이를 바탕으로 시모카와에서는 산림·임업의 진흥과 산림 바이오매스를 이용한 에너지 공급을 통한 자원 순환형 사회의 실현을 목표로 하고 있습니다.

기후 변화에 따른 위험은 매우 현실적인 문제이며, 이러한 위험에 대한 위기 의식이 전 세계적으로 높아지고 있습니다.

숲은 제대로 관리하지 않으면 자연재해의 발생에 의해 큰 피해를 받습니다. 폭우나 지진이 발생하면 대규모 산사태가 발생할 수 있습니다. 자연재해, 폭염, 가뭄이 일어나면 숲의 식물들이 CO2 흡수를 하지 못하여, 대기 중으로 더 많은 양의 CO2를 배출하게 됩니다. 대기 중의 많은 양의 CO2는 지구에서 방출되는 열이 지구 밖으로 배출하는 것을 방해하여 결국 지구 온난화의 원인이 됩니다.

시모카와는 벌채·육림·조림·이용에 이르는 산림 경영 사이클 운용 방안을 수립했습니다. 여기에서는 마을의 중요한 자원인 나무(주로 분비나무와 낙엽송)가 낭비 없이 활용되고 있습니다. 나무는 목재나 톱밥 등의 부산물을 이용한 고부가가치 에센셜 오일 가공 등에 이용되고 나머지는 모두 전용 시설에서 목질 바이오매스 보일러의 연료로 정제되어 공급되고 있습니다.

시모카와가 보유한 목질 바이오매스 보일러는 공공 온천, 보육원, 노인 요양 시설 등에 열에너지를 공급하고 있습니다. 그 자급률은 공공시설의 열 수요량 전체의 약 70%, 민간 제재소 목재 건조용을 포함하면 마을 전체에서도 약 50%까지 이르고 있습니다.

그러나 해결해야 할 과제는 여전히 남아 있습니다. 바이오매스 열 공급을 운용하는 프레임워크는 일본 국내에서 아직 확립되어 있지 않습니다. 이러한 상황에서도 시모카와가 선구자가 되어 설비 운용에 있어서의 많은 과제를 해결하고 있습니다. 한정된 자원인 나무를 연료로 사용하는 이상, 산림 바이오매스의 열 공급은 효율적인 운영이 필수적입니다.

Wood Chip for Biomas Boiler

지속 가능성을 실현하기 위해

― YOKOGAWA는 측정, 제어 및 IoT(Internet of Things) 기술로 축적된 노하우를 살려, 세계에서 가장 절박한 문제의 해결에 앞장서고 있습니다.

세계를 리드하는 일본의 제조 산업에 종사해 온 YOKOGAWA는 에너지 절약에 있어서도 기술과 경험이 축적되어 있습니다. 재생 가능 에너지는 탄생한 지 얼마 안 된 기술이지만, YOKOGAWA가 보유한 측정, 제어 및 IoT 기술을 통합하는 능력을 활용함으로써 다양한 과제의 해결에 기여할 수 있습니다.

시모카와 산림 바이오매스 사업에서 YOKOGAWA는 열 공급 시스템의 프레임워크 개발을 지원함으로써 소규모 공동 사업인 바이오매스 열 공급 시스템의 운전 효율을 향상시켜 안정된 열에너지를 공급하고 있습니다. 현재 총 11개의 바이오매스 열 공급 보일러가 시모카와에서 운전되고 있으며, 여기서 확보한 노하우를 전국의 유사 시설에 적용해 나갈 예정입니다.

시모카와 마을에 있는 '이치 노하시 바이오 빌리지'는 급속하게 고령화가 진행된 인구 100여 명의 작은 마을입니다. 주민의 삶의 질을 향상시키기 위하여 공공 사업에 대한 서비스의 제공이 시작되었습니다. 이 지역에 설립된 바이오매스 열 공급 시스템을 관리·분석하기 위해, 시스템의 모든 부분에서 정보를 수집·처리하는 YOKOGAWA의 엣지 컨트롤러 e-RT3을 도입하였고 감시 제어 및 데이터 수집에 높은 확장성을 가진 소프트웨어 FAST/TOOLS와 연계시켜 실시간 고급 원격 모니터링을 제공하고 있습니다.

시모카와는 연간 기온 차이가 심해 최고 기온은 30℃, 최저 기온은 -30℃입니다. 또한 일부 지역에서는 열 공급 설비와 주거가 떨어져 있기 때문에 이를 해결하기 위하여 열원 공급이 과잉되는 경향이 있었습니다. 과거의 수요 데이터와 기상 정보 분석을 통해서 미래 수요를 예측할 수 있으므로 YOKOGAWA 제어 기술을 결합하여 보다 효율적인 운전이 가능합니다.

바이오매스 연료는 무한하지 않기 때문에 수요와 공급의 균형을 유지하는 것이 필수적입니다. e-RT3와 FAST/TOOLS를 통합한 YOKOGAWA 지역에너지관리시스템(CEMS)은 조만간 이치 노하시 바이오 빌리지의 그날 날씨와 열 수요를 예측하여 운전 계획을 수립함으로써 향후 정확한 운전에도 기여할 수 있습니다.

Smart Meter Screen

“YOKOGAWA는 산업 및 사회 인프라 등의 분야에서 프로세스의 고속화, 작업 비용의 절감, 에너지 절약 활동을 추진하여 플랜트의 안정성, 효율성, 안전성을 개선하는 솔루션을 제공하고 있습니다.”
니시지마 타케시
요꼬가와전기 대표 이사 회장

운용에서 얻은 데이터를 모델링 할 수 있는 기능은 기존의 피드백 제어를 보완함으로써 최적의 예측을 위한 알고리즘 분석에 기여할 수 있습니다. 이로 인하여 에너지 수급 균형을 적절하게 관리하는 데 매우 유용하게 활용할 수 있습니다.

시모카와에서 도입된 CEMS 수행 기능은 연간 데이터 수집 및 시각화에 한정되어 있지만, 지금까지의 테스트를 통해 귀중한 데이터가 축적되어 있습니다. 운전 데이터를 관리하고 보수가 필요한 영역을 식별하는 데 활용함으로써 시스템의 설비 관리가 쉬워집니다. 수집된 데이터는 새로운 설비 투자를 결정하는 데에도 도움이 될 것입니다.

홋카이도 시모카와 공식 홈페이지(외부 사이트로 이동합니다)

2017년 8월 YOKOGAWA는 2050년을 향한 장기적인 지속 가능성 목표를 제시했습니다. 목표로 제시한 내용은 Net-zero Emissions(기후 변화 대응), Circular Economy(자원 순환과 효율성), Well-being(모든 사람의 풍요로운 삶)의 3가지입니다. YOKOGAWA의 대표이사 회장인 니시지마 타케시는 이러한 목표를 발표했을 때 다음과 같은 메시지를 전달하였습니다. "YOKOGAWA는 산업 및 사회 인프라 등의 분야에서 프로세스의 고속화 작업, 비용의 절감, 에너지 절약 활동을 추진하여 플랜트의 안정성, 효율성, 안전성을 개선하는 솔루션을 제공하겠습니다."

앞으로도 YOKOGAWA는 지구 환경 보존을 위한 지속적인 사업 모델 개발을 추진하겠습니다. 고객과 함께 공동혁신 활동을 통해 지속 가능한 가치 창출과 장기적인 지속 가능성을 실현해 나갈 것입니다.