KITECH 생산기술 전문지

본 글은 제29차 유엔기후변화협약 당사국총회(COP29)에서의 파리협정 제6.2조 협력적 접근법 논의 결과를 분석하고, 정부 및 국내 기업이 협력적 접근법 참여를 결정함에 있어서 고려해야 하는 부분들을 식별하였다. COP29에서는 첫 번째 이전의 적용, 승인, 불일치성 식별 및 처리 절차 등을 포함하여 다양한 세부 의제에 대하여 합의가 이루어졌다. 먼저, NDC와 기타 국제감축 목적으로 함께 승인된 경우에서의 첫 번째 이전이 정의가 되었으며, 승인에서는 절차, 내용, 양식, 변경, 투명성에 관하여 당사국들의 의견이 반영된 결정이 이루어졌다. 또한, 불일치성 식별 및 처리 절차에 관하여 일관성 검사 표시 방법과 권고 사항들이 마련되었다. 이번 회의 결과를 바탕으로 환경적 건전성이 확보 된 탄소시장이 활성화 될 수 있을 것으로 기대된다.

파리협정, 제6.2조 협력적 접근법, 유엔기후변화협약, COP29, 기후변화

본 글은 제29차 유엔기후변화협약 당사국총회(COP29)에서의 파리협정 제6.4조 메커니즘(PACM) 세부 의제 중 등록부 연결 및 기능, 제6.4조 감축 실적(A6.4ER)의 승인에 대한 배경을 설명하고, 논의 결과를 분석하는 것에 초점을 두었다. 파리협정 제6조에 관여하는 메커니즘 등록부, 국제 등록부, 국가 등록부에 관하여 새롭게 개정된 연결 수준과 추가 기능을 소개하였다. A6.4ER의 승인 부분에서는 승인 진술서, 시점, 미승인유닛의 사후 승인, 가이드라인, 진술서 양식 등에 대하여 합의가 이루어진 내용들을 언급하고, 발생할 수 있는 문제점에 대한 고찰이 이루어졌다. 결론 부분에서는 합의 결과를 바탕으로 우리나라가 PACM에 참여함에 있어서 노력이 필요한 부분들을 제시하였다.

파리협정, 제6.4조 메커니즘, PACM, 유엔기후변화협약, COP29, 기후변화

폐플라스틱 대상 열화학적 전환을 통한 재활용 기술은 제한적으로 시행되고 있지만 중유 및 수소 생산 등의 연료화를 통해 원재료를 대체할 수 있는 기술 분야가 주목받고 있다. 바이오촤(Biochar)는 다양한 바이오매스를 대상으로 저속 열분해 통해 생산되는 탄소 함량이 높은 다공성 물질로써 토양에 매립할 경우 안정적으로 탄소를 저장할 수 있다. 본 기술에서 바이오촤는 수소 생산 촉매로써 활용한 후 토양에 매립하는 목적을 가지고 있으며 수소 생산과 동시에 탄소까지 고정/제거 되어 환경적 효율성이 더욱 높이게 된다. 본 연구에서는 2단 열분해 반응기를 통해 HDPE의 열분해 반응과 다양한 온도에서 열적 분해, 바이오촤 촉매 반응을 기반으로 수소 생산 특성에 대해 분석하였다. 폐플라스틱 기반 수소 생산 특성 평가를 위해 고정층 다단 열분해 설비를 사용하였다. 열분해 실험은 500-700oC 온도 범위에서 연료를 투입하여 열분해 특성 분석을 수행하였다. 2단의 반응기 온도 범위는 700-900oC로 설정하였다. 열분해 온도가 증가함에 따라 타르의 열적 분해가 진행되어 타르의 수율은 감소하고 가스의 수율은 증가하였다. 2단 반응기에 활성화된 촤를 사용한 500-700(Char)의 조건에서는 타르의 수율이 약 2 wt.%로 낮게 나타났으며 800oC 이상의 온도에서 1 wt.% 미만으로 고분자 화합물인 타르가 대부분 분해되었다. 500-900(Char)의 조건에서 수소의 함량은 94%, 메탄의 함량은 약 6%로 측정되었다. 활성화된 촤를 기반으로 수소 생산을 목적으로 단독 시스템을 구현한다면 800oC 이상의 온도로 설계하는 것이 투입에너지 관점에서 적정하다 판단된다.

열분해, 바이오촤, 촉매 분해, 수소, 고체탄소

객체 분할(Object Segmentation)은 신호처리 분야에서 입력 신호를 객체 또는 의미 있는 객체 일부 영역의 집합으로 구분하는 과정이다. 이는 영상 내 객체의 종류, 위치, 형태를 정확히 파악하며, 자율주행 및 의료 분야를 포함한 다양한 영역에서 중요한 활용성을 가진다. 객체 분할 기술의 정확도 향상을 목표로, 2024년 Meta FAIR(Fundamental AI Research)은 트랜스포머 모델을 적용한 SAM(Segment Anything Model) 2 AI 모델을 발표하였다. 본 연구에서는 모바일 디바이스로 촬영된 사진을 SAM 2 모델이 탑재된 원격 서버로 전송, 객체 분할 추론 연산을 수행하는 기능을 구현하고 그 결과를 제시함으로써 SAM 2 추론 모델의 유용성을 입증하였다. 향후 SAM 2 파운데이션 응용 모델은 산업 현장의 안전 관리, 생산성 향상, 그리고 결함 검사에 적용될 수 있으며, 특히 안전 관리 측면에서는 작업자의 접근 금지 구역 침범이나 위험 상황 발생 시 즉각적인 알림을 제공하며, 작업자 쓰러짐, 비인가 구역 침입 등 안전사고로 이어질 수 있는 비정상적인 상황을 객체 분할을 통해 신속하게 감지하는 데 활용 가능성이 높다. 또한, 생산 라인에서는 제품 영상에서 제품 자체를 배경으로부터 정확히 분할하고, 분할된 영역 내에서 긁힘, 이물질, 변형과 같은 외관상 결함을 정밀하게 탐지하는 데 효과적으로 기여할 것으로 기대한다.

Segmentation, Transformer, AI, Inference, Dart, Flutter

현재 미세먼지 및 온실가스로 인한 대기 환경오염 및 이에 따른 기후변화 문제가 크게 대두되고 있으며 유해가스(NOx, CO2)를 효과적으로 저감하기 위한 다양한 연구들이 진행되고 있다. 특히 다양한 산업 분야에서 주로 사용하고 있는 화석 연료를 대신하여 무탄소 연료로 전환하는 연구들이 활발히 이루어지고 있다. 무탄소 연료는 연료 조성 내 탄소 계열 성분의 부재로 인해 연소 반응 시 연료 함량 증가에 따라 발생하는 이산화탄소가 감소 또는 발생되지 않으며 단순이 수분만 발생하게 된다. 화석연료 및 무탄소 연료 연소 반응 이론방정식은 다음과 같다. 향후 화석 연료에 대한 의존도는 대폭 감소할 것으로 예상되나 여전히 전력 및 열원 생산을 위한 주요 에너지원으로 화석 연료가(천연가스 및 석탄) 큰 비중을 차지하고 있다. 화석 연료 연소 시 배출되는 가스 및 입자 등 유해물질로 인해 대기환경 오염이 심화됨에 따라 이에 대응하기 위해 대기환경보전법 내 배출허용 기준을 강화하고 배출 부과금 제도가 시행되고 있다. 무탄소 연료 역시 구체적 환경 규제 및 법규는 미비하나 현재 화석 연료 배출허용 기준에 준하여 기술 개발을 진행중에 있다. 하지만 화석 연료 대비 무탄소 연료 사용에 따라 이산화탄소가 감소하는 반면에 무탄소 연료, 특히 수소 연료 특성에 의해 연소 시 NOx 배출량이 증가하는 단점을 가지고 있다. 화석 연료와 수소 혼소 시 수소 혼소율 70% 이상부터 급격히 증가하며, 수소 전소 시 화석 연료 대비 약 3배 이상 증가한다. 따라서 증가하는 NOx 감축 기술 개발이 필요하며 이 외 수소 연료 연소에 따른 역화, 과열, 화염 온도 및 전파속도 등 고려해야 될 특성들이 존재한다. 본 전문지에서는 수소 연소기술 개발을 위해 필요한 과정 중 하나인 수소 연료 특성에 대해 검토하고자 한다.

수소, 연소, 전소, 질소산화물, 이산화탄소

지금까지 제조공장들은 생산성을 중요시하여 생산기술 개발과 공장 운영을 해오고 있었다. 하지만, 에너지 가격 상승과 탄소세 도입 및 탄소국경제도 등과 같은 외부 환경 변화로 인해 제조공장들은 생산성뿐만 아니라 에너지 및 환경성을 고려해야 할 시점이 왔다. 지금까지는 제조공장에서의 에너지 사용에 대한 인식은 에너지가 저렴하기 때문에 에너지 사용량에 대해 주의 깊게 신경쓰지 않았다. 하지만, 급속한 산업화과정에서 형성된 탄소 집약적 경제구조에 기반한 경제성장은 지금까지는 우리나라의 경제발전에 이바지하였지만, 더 이상 지속가능한 미래 생산기술이 될 수 없다. 따라서, 제조산업에서도 기존 생산중심 경영에서 에너지와 환경성을 고려한 지속가능한 생산기술 전환이 필요하다. 에너지와 온실가스 절감은 눈에 보여야 낭비되는 지점을 찾고 해결 방안을 도출 할 수 있다. 따라서, 공장내 생산량과 에너지 소모량을 알 수 있는 빅데이터 구축이 필수적이다. 또한, 단순 모니터링에 그치는 것이 아니라 구축된 데이터를 적극적으로 활용하는 자세가 필요하다. 본 기술에서는 실 제조공장을 대상으로 운전 데이터를 취득하여 에너지원단위, 온실가스 배출량, 생산원가에 대한 정량적인 분석을 진행하였다. 구축된 빅 데이터를 기반으로 AI 기반 다변수 최적화 기법을 통해 에너지원단위, 온실가스 배출량, 생산원가에 절감량의 사례를 보여주었다.

제조공장, 다변수 최적화 기법, 에너지원단위, 온실가스 배출량, 생산원가

암모니아 (NH3)는 초기 점화가 어려워 연료로서의 활용이 까다로운 연소원이다. 또한, 암모니아는 인체에 매우 유해한 유독성 물질로 약 1000 ppm 이상 대기에 노출될 경우, 호흡기 손상, 폐부종, 질식에 의한 사망까지 진행될 수 있는 매우 위험한 물질이다[1]. 암모니아는 N을 포함하고 있는 물질로 연소 시 대기오염의 물질인 NOx를 과량 생성시킬 수 있다. 위와 같이 암모니아를 연소원으로 사용할 경우, 많은 부정적인 영향이 발생할 수 있는 연료이다. 그러나 암모니아 (NH3)는 탄소 (C)를 포함하고 있지 않기 때문에 연소 시 지구온난화 물질인 CO2를 배출하지 않는 대표적인 친환경 연료이다. 암모니아는 수소 (H)와 질소 (N)로 구성되어 있기 때문에 이론적으로 연소 후 물 (H2O) 과 질소 (N2)만 배출이 가능하다. 그러나 실제 연소에서는 과량의 NOx를 배출하기 때문에 이를 제어할 필요가 있다. 본 내용은 위와 같은 단점에도 불구하고 연소 시 효과적으로 NOx를 제어할 수 있는 버너 개발에 관련된 내용이다. 본 연구에서 설계된 암모니아 전소 버너는 실험 결과 연소가스 내 포함된 유해물질인 NO 90 ppm, N2O 10 ppm, NO2 1 ppm 이하로 측정된 저 NOx 암모니아 버너라고 할 수 있다.

NH3, NO emission, N2O emission, NOx, Zero CO2

현재 전 세계적으로 탄소중립을 달성하기 위해 탄소 배출을 직접적으로 하는 기업을 대상으로 다양한 환경 규제가 강화되고 있는 추세이다. 대표적인 환경 규제로 디지털 제품 여권(Digital Product Passport, DPP)의 경우, 유럽연합에서 시행하려는 움직임이 보이는데, 이는 유럽연합 내 수출하려는 기업은 물론이고 제품의 공급망 전 과정에 대해 정보를 등록하고 공유하도록 하는 제도이다[1]. 유통되는 모든 물리적 제품에 대해 해당 규제를 적용하면 등록하는 정보 중에 제품을 생산할 때의 탄소배출량에 관한 정보도 등록해야 한다. 해당 정보로 인해 기업들은 탄소배출량의 측정 및 감축 노력을 요구받게 될 것이다. 또한, 탄소국경조정제도(Carbon Border Adjustment Mechanism, CBAM)는 기후변화 이슈를 선도하는 유럽연합에서 발의한 법안이다. 유럽연합에 속하지 않은 국가에서 생산되어 유럽연합으로 수입되는 품목의 생산과정에서 배출한 탄소량을 확인하여 해당 품목에 대해 탄소 가격을 수입자에게 부과하는 제도이다. 현재까지는 시멘트, 철강, 알루미늄, 비료, 화학물질, 수소, 전기 등의 범주에만 적용되고 있지만, 점차 다양한 품목으로 확대될 전망이다. 이에 따라 국내 기업 중에서도 해당 규제로 인해 영향받는 기업은 점차 증가할 것이며, 다양한 환경 규제 제도로 인해 모든 기업들은 매년 온실가스 배출량을 보고하여야 하는 상황이다[2]. 온실가스 배출량을 계산하기 위해서는 정확한 배출 가스에 대한 데이터가 필요하고, 이산화탄소(CO2) 외에도 메탄(CH4), 아산화질소(N2O), 과불화탄소(PFCs) 등 다양한 온실가스의 정확한 정보가 필요한 설정이다. 특히 디스플레이 제조 산업은 국가의 핵심적인 산업 분야인 동시에 국제 사회에서 경쟁이 고도화 되고 있는 산업이며, 해당 산업에 대한 환경규제도 강화될 전망이다. 디스플레이 산업에서 탄소중립 실현을 위해서는 온실가스를 사용하는 산업 내 공정을 세분화하고 공정에 지구온난화지수(Global warming potential, GWP)가 낮은 가스를 대체하여 신공정을 개발하는 것이 급선무이다. 그러나 친환경 공정용 대체 가스에 대한 성능평가 및 객관적 신뢰성 확보가 필요한 상황이고, 현재 공정이 최적화로 구축되어 최상의 제품을 생산되고 시장점유율이 많이 확보된 상황에서 공정을 바꾸기에는 경제적 손해 및 위험부담이 크다. 해당 상황에서 배출되는 온실가스를 줄이기 위해서는 높은 지구온난화지수에 해당하는 공정 가스를 과도하게 사용하고 있지 않은지, 다른 가스의 영향으로 추가적인 온실가스가 생성되고 있지 않은지 실시간으로 감시 및 진단 하는 것이 중요하다.

아산화질소, 파장가변형흡수분광법, 농도

본 연구는 증가하는 화학공정 사고에 대응하기 위한 Bow-Tie Model(BTM) 기반 Safety Barriers 구축 전략을 제안한다. 환경부 화학물질안전원에 따르면 화학사고는 2020년 75건에서 2024년 113건으로 증가했으며, 안전기준 미준수(44.2%)와 시설 결함(36.6%)이 주요 원인으로 나타났다. 화학사고는 발생 시 생산 중단과 설비 손상뿐 아니라 환경오염과 주민 건강에까지 영향을 미치므로 효과적인 예방 전략이 필수적이다. Bow-Tie Model은 위험 관리 도구로, 사고의 원인·결과·통제를 시각적으로 표현하여 안전 대책을 체계적으로 이해하고 활용할 수 있게 한다. 중앙의 핵심사건(Top Event)을 중심으로 좌측의 사고 발생 원인과 우측의 결과가 나비넥타이 형태로 배치된다. 이 모델은 화학공정, 항공, 해상 석유 플랫폼, 의료산업 등 다양한 분야에서 성공적으로 적용되어 왔다. 본 연구에서 제시한 BTM 기반 Safety barriers 구축 전략은 위험 식별, 위험 평가, 관리 및 통제의 세 단계로 구성된다. 위험 식별 단계에서는 다양한 방법을 통해 화학 공정의 위험인자를 도출하고, 위험 평가 단계에서는 발생 빈도 분석, 사고 강도 분석, 위험 분석을 수행한다. 관리 및 통제 단계에서는 예방, 보호·확산 통제, 회복의 세부 단계를 통해 안전성을 다층적으로 확보한다. 예방 단계에서는 화학물질 관리, 장비 무결성 관리, 정전 및 전기적 위험 방지를, 보호·확산 통제 단계에서는 화재 및 폭발 방지, 유해 화학물질 확산 방지, 비상 차단 시스템 구축을, 회복 단계에서는 비상 대응 계획, 작업자 보호, 구조 및 대응팀 준비 등을 통해 Safety Barriers를 구축한다. 이러한 BTM 기반 접근법은 화학물질 관리부터 비상 대응 계획까지 전 과정에 걸친 안전장벽을 구축함으로써 사고 예방과 피해 최소화에 효과적이다. 본 연구는 중대재해처벌법 시행에도 불구하고 증가하는 화학사고에 대응하여 산업현장 근로자의 안전 확보와 기업의 지속가능성을 높이는 데 기여할 수 있을 것이다.

Bow-Tie Model(BTM), Safety Barriers, 화학공정 안전, 위험관리, 중대재해예방

플라스틱은 현대사회에서 식품 포장, 의료기기, 전기·전자제품, 자동차, 산업용 부품 등 광범위하게 사용되고 있으며, 2020년 기준으로 전 세계의 플라스틱 생산량은 약 4억 톤으로 2060년까지 3배 규모로 증가가 예상되고 있다. 플라스틱의 낮은 비용, 범용성과 내구성으로 인한 생산량의 확대는 역설적으로 사용 후 폐기 단계에서 생태계, 인간 건강, 경제적 시스템의 지속가능성에 위기를 초래할 것이라는 우려를 가져오게 되었다. 특히 해양환경으로 유출된 플라스틱 폐기물은 해양생물에 직접적인 위협을 가하기도 하고, 미세한 크기로 분쇄된 입자상의 플라스틱은 먹이사슬을 통해 우리의 식품에까지 침투하여 인간의 건강 위험을 증대시키는 원인으로 추정되고 있다​. 이러한 문제의 심각성은 국제사회에서 플라스틱 오염을 종식하기 위한 국제법 제정을 촉구하는 분위기를 형성하였고, 2022년 제5차 유엔환경총회(UNEA-5.2)에서 결의문 5/14를 채택하여 2024년까지 플라스틱 오염 종식을 목표로 구속력 있는 국제협약 마련을 위한 합의가 이루어졌다. 최초 협약 성안을 위해 다섯 차례의 정부간협상위원회(INC, Intergovernmental Negotiating Committee)가 계획되었으나, 2024년 11월의 다섯 번째 INC에서도 당사국 간 의견이 좁혀지지 않은 상태로 협약 성안이 무산되기에 이른다. 2025년 하반기 플라스틱 협약 재논의를 위한 INC 개최가 확정됨에 따라, 그 동안의 협약 경과와 논의되었던 주요 쟁점사항과 함께 향후 산업계가 직면할 과제 및 대응 방안을 살펴보고자 한다.

UN Plastic Treaty, UN 플라스틱 협약, 플라스틱 총량 제한, 우려 화학물질 관리, 생산자책임제도 강화