요업

업종개요

요업

용융분야(유리제품생산)의 대표 제품군으로는 판유리, 유리섬유, 디스플레이용 기판유리, 병유리 제품으로 분류할 수 있다. 이 중 판유리 및 병유리 등 전통요업 분야의 생산량은 현재 정체되어 있는 상황인 반면, LCD 및 PDP 기판유리 제조업체 등 첨단요업 분야의 경우, 시장 규모가 2007년부터 2010년까지 매년 약 100% 성장세로 급속하게 증가하였다.
소성분야(요업제품생산)의 주요 제품군은 도자기, 내화요업제품, 비내화요업제품으로 분류할 수 있다. 이 중 내화물 및 타일 제조분야는 전통요업 분야와 마찬가지로 성장이 정체되어 있는 상황이지만, 내화물 제조업체 중 철강업체에 원료를 공급하는 포스코켐텍의 경우에는 철강 산업의 영향을 지배적으로 받고 있어 2007년부터 매년 5~20%의 성장세를 유지하고 있다.

산업동향

요업(Ceramic)은 점토나 비금속 무기재료를 제조공정에서 고온 처리하여 제품을 생산하는 산업이다.

요업업종에 해당하는 산업은 한국표준산업분류코드(KSIC)를 기준으로 비금속 광물제품 제조업(23)내의 유리 및 유리제품 제조업(231)과 도자기 및 기타 요업제품 제조업(232)이 있다. 온실가스 배출 측면에서 유리생산과 요업제품생산 공정은 탄산염 성분의 원료를 사용함에 따라 생산공정 중 열처리 과정에서 온실가스가 발생한다는 점은 동일하지만, 생산공정 및 주요 배출원에서 차이를 보이므로, 하나의 표준화된 공정을 적용하기에 어려움이 있다. 따라서 공정배출이 발생하는 주요공정 및 주요 배출원을 기준으로 용융로를 사용하는 용융분야(유리제품생산)과 소성로를 사용하는 소성분야(요업제품생산)으로 구분하고 있다.

요업은 특성상 용융분야에서는 용융로를, 소성분야에서는 소성로를 365일 24시간 가동하고, 그에 따라 에너지를 연속적으로 사용한다. 또한, 사업장에서 제품의 생산량은 조절이 가능하지만 용융로와 소성로를 항상 일정온도(1,500~1,600℃)로 유지해야하므로 연료 사용량을 현저하게 줄일 수 없어 타 업종에 비해 생산량과 온실가스 배출량 간의 상관도가 작다. 특히, 용융분야의 경우 한 번 용융로 가동을 시작하면 용융로의 수명이 다하는 최소 7~15년 동안은 가동을 중단하기 어렵다.

국내 요업의 시장규모는 2013년 58조원에서 2025년에는 173조원으로 연평균 9.8% 성장할 것으로 전망되며, 전기/전자, 정보통신 산업을 비롯한 IT분야는 제품 중 약 70%(부품 개수 기준)정도가 세라믹으로 첨단요업의 발전을 견인할 것으로 보인다.1) 수출 또한 첨단요업이 2005년 31억 달러에서 2015년 123억 달러로 연평균 증가율 14.9%의 높은 증가세를 보이는 반면, 전통요업은 3.8%로 차이가 크게 벌어지고 있다.2)

출처 1) 세라믹산업 경쟁력강화 방안 연구, 한국세라믹기술원 2) 한국 세라믹산업의 현황 및 경쟁력 분석, 산업연구원 2016

(단위 : 억 원, %)

[ 그림 ] 용융분야 사업매출 현황

용융분야 사업매출 현황표
분류 생산액(억원) 증감률
2014년 2015년
소계 36,445 33,425 -8.3
세라믹섬유 2,437 2,611 7.1
유리 31,494 28,229 -10.4
도자기 95 88 -7.7
생체소재 및 제품 347 289 -16.8
내화재료 1,843 1,969 6.8
세라믹 코팅제 229 239 4.6

출처 : e-나라지표

용융분야(유리제품생산) 특성

1. 용융로 사용시 다량의 온실가스 배출

고체 상태의 조합된 원료를 1500℃ 이상의 고온에서 녹여 액체 상태의 유리물로 만드는 용융로(Melter)는 유리 및 유리제품 생산공정의 가장 대표적인 설비이면서 가장 에너지를 많이 사용하는 설비이다. 실제로, 용융분야 사업장 총배출량 중 용융로의 연료연소에 의한 배출량이 차지하는 비중은 평균적으로 약 50% 이상인 것으로 조사되었다. 사업장에서 생산하는 제품 종류에 따라 사용하는 용융로의 용량에 차이가 있으며 용융로 용량이 클수록 사업장의 생산규모가 크고, 사업장 총배출량 중 용융로 배출량이 차지하는 비중이 증가하는 것으로 나타났다. 용융로에서는 로 내부를 고온으로 유지시키기 위해 많은 양의 화석연료를 사용하며 주로 B-C유 또는 LNG를 사용한다. 현재 대부분의 사업장에서는 화석연료를 사용하는 용용로를 사용 중이지만, 사업장 특성 및 생산 제품에 따라 전기로를 사용하는 경우도 있다. 또한, 업종 전체적으로 공장 신설 시 전기로를 도입하는 등 화석연료를 사용하는 용융로에서 전력을 사용하는 전기로로 전환하고 있는 추세이다. 한 번 가동된 용융로는 제조 및 공정 특성상 10~15년 동안 수명이 다 할 때까지 수요에 관계없이 24시간 가동을 계속해야하는 특성이 있다. 용융로 보수를 위해 가동을 중단하기도 하지만, 가동 중단을 위해 약 1,500℃의 용융로를 실온으로 식히고, 재가동을 위해 로를 적정 온도로 다시 가열해야 하므로 용융로 가동을 한 번 멈췄다 다시 정상 가동시키려면 5~6개월 정도의 긴 시간이 소요된다. 또한, 일부 특정 용융로의 경우 한 번 가동을 중단하면 재가동이 불가능하여 용융로 설비 일체를 교체해야하는 경우도 있다.

2. 컬릿 사용

소성분야와 다른 용융분야의 특징 중의 하나는 투입원료 중 컬릿(cullet)을 사용한다는 점이다. 컬릿(cullet)이란, 유리원료로서 재이용되는 파쇄유리(또는 파유리, crushed glass)를 총칭하는 용어다. 현재 재이용되고 있는 컬릿(cullet)은 타 공장에서 사용 후 폐기되어 분별 회수 후 판매되는 회수 파유리와 자체 공장에서 제품 생산공정 중 발생되고 이를 회수하여 처리 후 재사용하는 자체 파유리가 있다. 생산하는 유리제품의 종류 및 특성, 사용용도에 따라 컬릿(cullet) 사용 비율이 달라지나 보통 총 원료 사용량의 20~50%를 컬릿(cullet)으로 사용하며, 제품 특성에 따라 컬릿(cullet)을 전혀 사용하지 않거나 최대 90%까지 사용하는 경우도 있다. 제품 특성 상 유리의 투명도가 중요한 요소로 작용하는 판유리의 경우 총 원료 중 컬릿(cullet) 사용비율이 20~40%인 반면, 상대적으로 유색유리를 많이 생산하는 병유리 제조업체의 경우 컬릿(cullet) 사용비율은 평균 57%로 타 제품에 비해 높은 것으로 조사되었다.

융분야에서의 컬릿 사용 목적
- 용융로의 수명 연장
- 천연원료에 비해 용융점이 낮아 연료 사용량을 줄임
- 사용비율 증가시 천연원료 사용량 감소

온실가스 배출 저감 측면에서 컬릿(cullet)은 원료가 최초로 용융로에 투입되었을 때, 이미 한 번 탈탄소화(이산화탄소가 빠져나옴)가 일어난 물질이므로 컬릿(cullet)에는 탄산염 성분이 없고, 이로 인한 공정배출도 발생하지 않는다. 따라서 컬릿(cullet) 비율이 증가하면 탄산염 사용량이 감소하므로 공정배출량이 감소하고, 사업장의 온실가스 배출량 저감에도 기여할 수 있다.

3. 용융로 폐열회수 및 재활용

24시간 고온으로 유지되는 용융로에서는 다량의 폐열이 발생한다. 대부분의 용융분야 사업장에서는 연료 사용량을 절약하고, 유리용융에 필요한 고온을 쉽게 얻기 위해 용융로에서 발생하는 폐열을 회수하여 재사용한다. 회수한 폐열은 용융로 자체에서 폐열회수장치를 이용하여 순환시켜 고온유지를 위해 사용하거나 열교환기를 이용하여 기타 생산공정의 온도를 유지하기 위해 사용하며 공장 난방용으로 사용하기도 한다. 폐열회수보일러를 사용하는 경우 용융로 폐열을 이용하여 스팀을 자체 생산 및 공급하고, 부족할 경우 내부 LNG 보일러를 이용하여 스팀을 공급한다.

일반적인 용융분야 사업장은 자체적으로 스팀을 생산하여 공급하기 때문에 외부 구매스팀 사용에 의한 간접배출이 없지만, 일부 사업장은 폐열 회수 능력 및 사업장내 스팀 수요에 따라 경제성이 떨어지는 경우 외부에서 스팀을 구매하기도 한다.

소송분야(요업제품생산) 특성

1. 소성로 사용시 다량의 온실가스 배출

용융분야에서는 원료를 녹이기 위해 용융로를 사용하지만, 소성분야에서는 조합된 원료 또는 성형된 제품을 고온으로 가열하여 경화 시키는 소성로(kiln)를 사용한다. 용융분야의 용융로는 원료 투입 후 성형되기 전 공정의 앞부분에 위치하지만, 소성분야의 소성로는 일반적으로 이미 성형되었거나 처리된 제품을 경화시키기 위해 제품 출하 전 공정 끝부분에 위치한다. 소성로도 용융로와 마찬가지로 로 내를 약 1600℃ 이상의 고온으로 유지하기 위해 B-C유, LNG 등의 화석연료를 다량 사용하며, 한 번 가동을 시작하면 수명이 다 할 때까지 수요에 관계없이 가동을 계속해야 하므로 24시간 화석연료를 사용한다. 이와 같은 화석연료 연소로 인해 소성로에서는 총 사업장 배출량의 50% 이상을 차지하는 다량의 온실가스가 발생한다.

소성분야 중에서도 내화 요업제품 제조 사업장의 경우 소성로는 있지만 사용하는 원료의 특성 상 탄산염 성분을 함유하고 있지 않거나 이미 반응을 마친 원료를 사용하기 때문에 내화요업제품 제조 사업장의 소성로에서는 탄산염 사용에 따른 공정배출이 발생하지 않는다.

2. 분쇄설비의 전력 다소비

용융분야에서는 조합된 원료를 용융로에 투입하여 액상유리로 만드는 반면, 소성분야에서는 조합된 원료를 분쇄설비에 투입하여 미립자로 분쇄한다. 분쇄 시 사용하는 분쇄설비에는 볼 밀(ball mill), 롤러 밀, 제트 분쇄기 등이 있고, 주에너지원으로 전력을 사용한다. 분쇄설비는 전력을 사용하는 타 설비에 비해 전력 소비량이 매우 많으므로 분쇄설비의 간접배출량은 총 사업장 배출량에서 적지 않은 비중을 차지한다.

3. 소성로 폐열회수 및 재활용

소성로 내 온도는 약 1,600℃이고 항상 일정 온도로 유지하기 위해 24시간 가동하기 때문에 원료를 소성시키고 남는 폐열이 발생한다. 용융분야와 마찬가지로 소성분야 사업장에서도 소성로의 폐열을 회수하여 공장 및 기타 부대시설에 재사용한다. 소성로 자체에 열교환기를 설치하여 소성로 온도유지를 위해 사용하거나 폐열보일러로 스팀을 생산하여 제품생산공정의 온도 유지 또는 공장 난방을 목적으로 공급한다. 이와 같이 소성분야는 용융분야와 마찬가지로 스팀을 자체 생산하여 사용하기 때문에 일반적으로 외부 구매스팀 사용에 의한 간접배출이 발생하지 않는다. 다만, 일부 사업장은 폐열 회수 능력 및 사업장 내 스팀 수요에 따라 경제성이 떨어지는 경우 외부에서 스팀을 구매하기도 한다.