기고-이슈 보고서(3)

소다석회규산염(soda lime silicate) 유리산업:탄소배출 감축 전략 

이 원고는 산업통상자원부에서 시행하는 2025년 유리·요업업종 온실가스 감축연구회 지원사업을 통하여 한국유리산업협 동조합이 대한상공회의소와 협약을 체결하여 진행한 이슈페이퍼 사업 결과보고서입니다. 정부가 추진하고 있는 세라믹산 업의 탄소감축 정책 목표 달성에 참고자료료 활용되길 기대하며 한국유리산업협동조합(이사장 윤국현)으로부터 제공받아 2026년 1월호부터 연재로 게재합니다. <편집자 주>

목 차

1. 서론

2. 탄소 감축을 위한 선

2.1 연소 시스템

2.1.1 Air-Fuel, Oxy-Fuel

2.1.2 Oxy-Hydrogen

2.1.3 용해로 연소 공간의 H2O 분압 및 유리 중의 H2O 농도

2.1.4 제조공정 및 품질에 미치는 H2O 농도의 영향

2.1.4.1 Oxy-Gas 연소 시스템

2.1.4.2 Oxy-Hydrogen 연소 시스템

2.1.4.3 유리중의 H2O 농도(COH) 결정

2.2 Hybrid 시스템

2.2.1 전기 용융

2.2.2 Hybrid 용융

2.2.2.1 용기유리

2.2.2.2 판유리

2.3 연소시스템 및 Hybrid 용융에 대한 고찰

2.4 파유리

2.4.1 자체 파유리

2.4.2 조성이 다른 외부 파유리

2.5 대체 원료

2.5.1 비탄산염 원료

2.5.2 기타 대체 원료

2.6 폐열 재회수

2.7 그 밖의 미래 최신 기술

3. 요약 및 결론

참고문헌 및 보도자료

맺음말

기후변화와 탄소중립

2025년 여름, 올해 우리나라 기상청의 통계 '최근 폭염·열대야 현황'에 따르면 이번 여름(6월 1일부터 8월 31일까지) 전국 평균기온은 25.7℃로 작년 여름(25.6℃)을 제치고 1973년 이후 여름 평균기온 중 1위에 올랐다고 한다. 지금부터 10년 전, 2015년 파리 기후협약이 공포되었을 때, 기후 전문가를 제외한 지구상의 보통 사람들은 지구 온난화 또는 기후변화란 생소한 단어를 체감하지 못하였지만 몇 년 전 부터 서서히 비정상적인 더위와 추위, 폭우와 가뭄 같은 기후변화를 느끼고 있다. 주된 원인은 온실가스, 그중에서 특히 탄소라 불리는 CO2의 배출이며 파리 기후협약에 따르면, “지구 온난화를 막기 위해 지구 평균 기온 상승을 산업화 이전 대비 1.5°C 또는 2°C 이하로 제한하기로 전 세계 국가들이 합의하였으며, 2016년 11월에 발효되어 2020년부터 적용되고 있다. 이 협약은 5년마다 각국이 제출한 온실가스 감축 목표를 점검하고 강화하는 등, 전 세계 모든 국가가 참여하는 최초의 기후 합의이다.” 대한민국 정부도 탄소중립을 위하여 국가차원에서 무탄소 재생에너지와 원전에너지 운영계획을 세우고 있으며, 아울러 산업 전반에 걸쳐서 탄소배출 감축을 위한 산업별 대책을 독려하고 있다. 

유리의 생산은 ①주로 화석 연료의 연소에 의해 ②탄산염 원료를 함유한 뱃지를 용융하며 ③전반적인 공정의 제어는 전기에너지에 의존하기 때문에 전형적인 탄소배출 산업이다. 본 보고서에서는 soda lime silicate 유리산업을 대상으로 탄소배출 감축과 관련하여, Oxy-Gas, Oxy-Hydrogen 및 Hybrid Melting 시스템, 수분농도의 영향, 파유리 및 대체원료, 용해로 폐열 재회수를 주제로 유럽 및 미국 등의 최신 기술동향 및 탄소감축 효과를 고찰하고 국내 유리산업의 발전 방향을 모색하였다.           

2025년 10월

군산대학교 신소재공학과 명예교수 김기동

2.2 Hybrid 시스템

2.2.1 전기 용융

전기 용융(Electric Melting: 이하 EM)은 화석연료의 연소 대신에 용융유리에 전극을 통하여 직접 전기에너지를 부여함으로써 뱃지를 용해하는 방법을 의미하며, 

∎완전 전기용융방식(Full Electric Melting: 이하 FEM)과 

∎종래의 연소방식을 보조하는 부분 전기용융방식(Partial Electric Melting: 이하 PEM)으로 구분한다. 

이미 알려진 바와 같이 Air-Fuel 또는 Oxy-Fuel 같은 화석연료의 연소에 의한 유리의 용융은 대기오염 가스(SOx, NOx) 및 탄소(CO2)를 배출하고, 용융유리 상부에서 열을 공급함으로써 발생하는 유리의 휘발 때문에 상부 내화물의 침식과 유리의 불균질화가 초래되고, 특히 열효율은 FEM의 50% 정도로 매우 낮기 때문에 FEM을 유리의 용융에 적용함으로써 이러한 단점들을 일부 개선하고자 하는 노력이 있었다. 특히 탄소발생이 전혀 없는 태양광 및 풍력에 의해 획득한 재생에너지(RE: Renewable “Energy 또는 Electricity”)는 원전에너지와 더불어 무탄소(CF: Carbon Free) 에너지로 알려져 있기 때문에, 이러한 에너지를 경유하여 획득한 전기에너지를 FEM 방식에 적용한다면 용융을 포함한 모든 과정에서 발생하는 탄소배출을 상당히 감소시킬 수 있다. 그림 5에 나타낸 예를 살펴보면, 일반 전기에 의해 가동되는 Full Electric에서 CO2간접배출량은 320kg/t·glass인 반면에 재생 및 원전에너지로부터 공급되는 전기에 의해 가동된다면 0 kg/t·glass가 됨으로 연소시스템보다 매우 우월한 용융 방법이라는 것을 알 수 있다. 그러나 이러한 다양한 FEM의 장점에도 불구하고 다음과 같은 단점이 제시되고 있다[26].

∎매우 비싼 전기비용

∎이온전도에 기인한 유리조성의 제한(유리의 전기전도에 관해서는 Box 6 참고) 

∎batch layer(원료혼합물 두께)에 의존하는 낮은 pull rate (낮은 생산속도) ∎용해로의 짧은 수명 등으로 보통 FEM방식의 용해로 용량은 20∼50 t·glass/day에 불과하며 주로 소형의 화장품 및 의약품용 용기유리 제조에 적용

따라서 현재의 대부분 대용량 SLS 용해로에서는, 그림 5에서 언급한 EB(Electric Boost: 부분 전기용융을 위한 보조 Mo-전극 시스템)를 채택하여 종래의 연소방식을 보조하는 부분 전기용융방식(PEM)을 적용하여 유리의 제조가 이루어진다. 그러나 그림 5의 각 연소시스템의 데이터을 비교해 보면, EB가 재생에너지로부터 공급받는다는 가정에서도 총 CO2 배출의 감소에 기여하는 양은 약 10%에 불과할 정도로 PEM방식의 탄소감축 효과는 매우 작다. 

Box 6. 유리의 전기전도도와 전극(Mo)에 의한 전기에너지/열에너지 변환

2.2.2 Hybrid 용융

2.2.2.1 용기유리

◉최초의 Hybrid Melting (이하 HM) 용해로

전기에너지의 공급원으로 재생 또는 원전에너지를 사용함에도 불구하고 위에서 언급한 FEM의 단점 그리고 연소기반 PEM에서 EB가 차지하는 10%에 불과한 탄소감축에 대한 낮은 기여도는, 자연스럽게 에너지의 50%이상을 EM이 기여하는 Hybrid Melting(HM)에 대한 개념이 제시되었고, FEM과 비교하여 용해로 수명, 파유리 비율, 생산속도 등이 HM에 의해 증가될 수 있다는 의견들이 제시되었다[26]. 드디어, 수십 년간의 풍부한 전기 용해로 제작 경험을 소유한 독일 Nikolaus-SORG사는 2020년에 “20%Oxy-Gas+80%EM”을 적용하여 400 t·glass/day까지의 pull rate가 가능한 최초의 상업적인 HM 용해로 개발을 보도한 바 있으며, HM의 핵심기술은 유리의 흐름과 균질화에 영향을 미치는 전극의 위치, 배열과 같은 Electro Boosting기술이며 필수적으로 수학적인 modelling에 의해 사전 검토하는 것으로 알려져 있다[27]. 

그림 16. Nikolaus-SORG사의 최초 Hybrid Clean Melter 용해로 묘사[28]

한편, 2024년에 프랑스의 five groups는 Prium®Eco-Flex의 이름아래, 연소와 E-Boosting을 혼합한 HM과 폐열재회수 시스템을 프랑스의 O-I Veauche 사업장의 용기유리 생산에 적용하여 상당한 탄소배출 감소를 획득하였다고 보도하고 있으나 구체적인 내용은 알려진 바 없다[33].       

◉유럽 용기유리협회(FEVE)의 Hybrid Furnace (HF)” Project 

2020년도에 스위스 AGP Europe (Ardagh Glass Packaging- Europe)을 포함한 19개 기업으로 구성된 유럽 용기유리협회(FEVE)의 “Hybrid Furnace(HF)” Project 발표에 따르면[28], (Box 7 참고)

∎총 생산에 필요한 에너지 중에서 20%는 Oxy-Gas(이하 OG)가 감당하고 80%는 탄소배출이 전혀 없는 재생에너지로부터 유래한 전기에너지(RE), 즉 20%OG+80%EM (OG/EM=0.25) 조합을 적용하여,

∎궁극적으로 현재의 탄소배출을 50% 감축하는 것을 목표로 한 HF개발 계획을 수립하였으며, 

∎향후 가동 후에 파유리 함량을 높임으로써 탄소발생 Zero의 사업장을 추구하고 있다. 

비록 2022년 EU 혁신자금 조달에 실패하였지만, 2023년 독일 정부의 자금을 받아서 AGP사 주도아래 앞서 언급한 Nikolaus-SORG사의 기술을 도입하여 독일 Obernkirchen지역에 “NextGen” 이름의 차세대 HM 용해로 Project를 착수하였고 2025년 말에 상업용 Amber 용기유리 생산을 목표로 하였다.

Box 7. 유럽 용기유리협회(FEVE) “Hybrid Furnace” Project 

최초의 상업적인 “OG/EM=0.25을 갖춘 HM 용해로”가 2020년도에 독일 Nikolaus-SORG사에 의해서 개발된 사실에 비추어 보면, 독일 정부의 자금에 의해 수행되고 있는 유럽용기유리협회의 HF Project에 Nikolaus- SORG사의 기술이 적용된다는 것은 자명하다. 최근 보도자료에 의거하면[28], 

∎Obernkirchen 지역에 건설 중인 NextGen HM Project는 2025년 11월 초에 완성되며,

∎초기에는 80%OG+20%EM(OG/EM=4)으로 출발하고, 

∎OG/EM의 비를 서서히 감소시켜 최종적으로는 20%OG+80%EM (OG/EM= 0.25)에 도달하는 것을 목표로 한다.   

HF Project는 CO2 배출 양 감소에 미치는 재생 전기에너지 80%적용 HM의 영향을 보여주고 있으며, 25년 11월 용해로 가동을 위해서 80% 재생에너지를 공급해줄 수 있는 인프라가 이미 구축된 상태로 보인다.

HF project가 실현된다면, “그림 5와 동일한 조건(50% 파유리, 300 t/day)의 Oxy-Gas 적용”에서 탄소 감축 양을 대략 계산해보면, 

∎CO2 배출 양은 100(탄산염계 뱃지)+40(200x0.2, 연소)=140 kg/ton임으로 ∎애초 Oxy-Gas의 총 CO2 배출 양(300 kg/ton)이 대략 50% 정도 감소한다. 

◉미국 용기유리제조산업 연합체(GMIC)의 Hybrid Melting Project

미국의 경우, 2024년 Gallo Glass, Libbey Glass, O-I Glass 등 33개 용기유리 제조 기업이 탄소감축을 목적으로 미국 에너지부(Department of Energy: DOE)의 Industrial Demonstrations Program에 의거하여 60억 $(약 8조원)의 정부 지원 자금을 유치하였으나 2025년도에 일부 삭감되었다[29]. 

Box 8. 미국의 대표 용기유리 제조기업의 탄소배출 감소를 위한 Hybrid Melting Furnace Project

미국 용기유리 제조기업들은 동 과제 수행을 통해서 상업적인 규모의 탈탄소 첨단 산업기술의 촉진을 기대하고 있다. 미국의 대표적인 용기유리 제조기업 Gallo, Libbey, O-I의 과제 추진내용을 Box 8에 나타내었다. 

Box 8에 언급한 과제추진 내용에 있어서 구체적인 것은 부족하지만 문맥상으로 보면, 위에서 언급한 유럽 용기유리협회 Project, 20%Oxy-Gas+80%EM에 의해 가동되는 HM과 개념이 동일하다. 예를 들어서 Gallo Glass Co.의 1단계 Project 제목은 다음과 같다: “Demonstrating Hybrid Glass Furnace Technology to Support the Decarbonization of the United States Glass Industry Project– Phase 1”. 향후 단계가 증가할수록 구체적인 추진 내용과 결과 등이 공개될 것이다. 

한편 미국 용기유리 제조기업의 연합체인 Glass Manufacturing Industry Council (GMIC)에서도 2025년도에 “Revolutionizing Glass Melting with 80% Renewable Energy”에 대한 도전을 선언하고 있으며, 과제수행은 CelSian Glass USA와 TECO(modelling) 등의 협업에 의해서 진행할 것임을 보도하고 있다[30]. 미국 용기유리 제조기업 역시 앞서 언급한 바와 같이 OG/EM=0.25의 HM을 지향하고 있는 것으로 추정한다.

2.2.2.2 판유리

◉무늬판유리

2022년 AGC Europe과 Saint-Gobain은 Volta Project(그림 17 일정 참고) 이름으로 서로 공동협력을 약속하고[31, 32], 

∎2023년 EU의 Innovation Fund 지원을 받아서 2024년부터 AGC의 체코 Barevka 무늬판유리(patterned glass) 생산 공장의 모든 에너지시스템과 생산시설을 개조하여,

∎2025년 2월 무늬판유리 생산(600∼800 t·glass/day)을 다시 시작하였다.

∎향후 파유리 첨가량을 증가시킴으로써 탄소배출을 더욱 감소시킬 계획이다.   

∎요약하자면, Volta Project에 의해서 최초로 판유리(무늬판유리)를 대상으로 새로운 에너지시스템 50%OG+50%EM(OG/EM=1), 즉 50%의 Oxy-Gas 연소시스템과 50%의 전기용융에 의해 가동하는 세계 최초의 HM 용해로를 적용하여 무늬판유리를 생산하고 있다 (그림 18). 

그림 17. AGC와 Saint-Gobain의 Volta project 일정

그림 18. Volta project에 의해 가동 중인 체코 Barevka 사업장 HM 용해로 및 무늬판유리 성형 

결국 HM은 Oxy-Gas와 EM기술의 조합인데, Oxy-Gas는 2.1.1에서 언급 하였듯이 전 세계적으로 성숙한 기술인 반면에 EM은 주로 10%정도의 역할을 담당한 PEM(부분 전기용융방식)에 적용하였기 때문에 EM의 역할을 증가시키기 위해서는 전극으로 구성된 “Electro-boosting” 기술이 매우 중요하다.

◉Float 판유리

품질의 측면에서 무늬판유리보다 매우 엄격한 Float 판유리를 대상으로 OG/EM≦1의 범위에서 HM Project의 수행과 관련해서는 아직까지 알려진 바는 없다. 

■탄소감축의 측면에서, 최근 최대의 폐열 재회수(HR)를 목표로 프랑스의 Five-Groups사가 Float 용해로를 대상으로 최초로 시공한 Low Energy Melter(LEM) 시스템이 2023년말 이래로 Guardian사의 Luxemburg 사업장에서 가동 중인데, 보도자료에 따르면 Guardian의 Oxy-Gas LEM은 종래의 Air-Fuel 용해로와 비교하여 Regenerator의 설치 등과 같은 몇몇 혁신적인 방법에 의해서 Gas 소모는 25%, CO2 방출은 20% 각각 감소시킨다[33]. 그러나 LEM에 대한 구체적인 기술내용은 아직 알려진 바 없으며, 연소시스템은 Oxy-Gas를 HR로 보강한, 즉 Oxy-HR에 기반한 부분 전기용융(PEM) 방식, 즉 OG/EM>1을 채택하는 것으로 추정하고 있다. 

■AGC Europe 역시 이미 “높은 가스/전기 비 조건, 즉 OG/EM>1, 엄격히 말해서 PEM 방식”에서 유럽의 여러 Float 유리 용해로에 아래와 같이 Electro-boosting 시스템을 설치한 경험이 있으며, 이러한 경험을 토대로 앞서 언급한 무늬판유리 생산을 위한 Volta Project를 완성하였다. 

AGC Europe Float 유리 사업장 Electro-boosting 설치: 

∎2022년 Moustier in Belgium, Seingbouse in France, 

∎2023년 Osterweddingen in Germany) 

특히 AGC Europe은 2022년 9월 Carbon Foot의 감소에 기여하는 새로운 Float 유리 생산 정책을 발표했는데, Belgium의 Moustier 사업장을 중심으로 탄소중립을 목적으로 “용해로 연소시스템 뿐만 아니라 Box 9에 기술된 Float유리 생산 전후 물류와 관련된 다양한 탄소감축 요인”을 제시하고 실행함으로써, 향후 Carbon Foot를 4mm 두께 판유리 기준 7kg CO2/m2 으로 감소시키고 아울러 Float유리의 생산과정에서 발생하는 탄소방출은 궁극적으로 40%이상 감소시키는 계획을 제시하였으나 구체적인 방법론은 제시된 바 없다[34].   

Box 9. Float 유리 생산에 관여하는 Carbon Foot 감소를 위한 실행방안들

■2024년 독일 Duesseldorf Glastec 전시 내용 중에서 Float 유리 용해로를 대상으로 한 탄소배출 감축관련 보도자료에 따르면[35], 유럽에서 가동되는 cross-fired regenerative float 용해로의 수명은 (최대 온도 약 1650℃에서) 15∼20년에 이르는데, 현재의 OG 연소 시스템으로는 더 이상의 탄소배출 감축이 가능하지 않으므로 Saint-Gobain과 NSG-Pilkington은 각각 다음과 같이 Oxy-Hydrogen(이하 OHy) 연소시스템 도입 전략을 채택하고 있다.

∎Saint Gobain

독일 Herzogenrath에 위치한 Float 유리 제조 사업장은 COSIMa로 명명된Project의 수행을 위하여, 2030년까지 전 사업장의 탄소중립을 목표로 2023년부터 주변의 RWTH Aachen 대학소속 관련 연구소들과 협업을 통해서 Green Hydrogen의 사용 가능성, 즉 OHy 연소시스템 도입을 모색하고 있다.

∎NSG-Pilkington

HyNet-Project라는 이름으로 2021년 이후 영국 St-Helens 사업장에서 Float 용해로(800t/day)를 대상으로 1차 시도는 용해로의 일부에서 연료(Natural Gas) 부피의 20%에 해당하는 Hydrogen 연소시험을 수행하였고, 2차 시도에서는 Gas와 Hydrogen의 혼합가스를 용해로의 모든 버너에서 OG+OHy 연소시험을 하였으나 제한된 수소공급 때문에 만족스러운 결과를 얻지는 못했다. 

상기 두 기업이 OHy 연소를 우선적으로 고려하는 이유는, 아마도 용기유리보다 엄격한 광학특성을 고려한 Float 유리의 품질유지에 기인하는 것 같다. 그러나 상기 Saint-Gobain과 NSG-Pilkington의 OHy Project에서는 2.1.4.2에 언급한 “OHy 연소에 의해 제조된 Float 유리에 함유된 높은 수분 농도와 유리품질과의 관계”가 알려진 바가 없기 때문에 아직은 이러한 내용을 전혀 고려하고 있지 않은 것 같다. 그럼에도 불구하고, 만약 OHy 연소시스템을 고수한다면 Float유리 조성에 대한 전반적인 변화가 수반되어야 할 것이다.  

물론, OHy 연소가 실패할 경우를 대비하여 20%OG(또는 OHy)+80%EM [OG(OHy)/EM=0.25]에 의한 HM방법을 적용할 가능성도 있다. Float 유리의 용해에서 HM의 구성원으로서 전극에 의존하는 EM의 적용이 어려운 이유는 다음과 같이 예측할 수 있다. 

∎용기유리와 다르게 생산량이 보통 600t/day이상의 대형이기 때문에 용해로 전체를 감당할 정도의 Electro Boosting 기술이 부족하고, 

∎Electro Boosting 기술이 가능하다고 해도 과연 용융유리의 흐름이 원활하여 품질유지를 위한 높은 균질도 확보가 가능한가? 

∎수많은 Electrode에 의해 혹시 전극 및 내화물 침식이 심화되어 유리의 품질이 저하되고 용해로의 수명이 단축될 가능성. 

그러나 이와 같은 Electro Boosting에서의 어려움을 극복한다면 용기유리와 동일한 과정, 즉 OG/EM=0.25 그리고 OHy/EM=0.25를 채택할 것이다.  

2.3 연소시스템 및 Hybrid 용융에 대한 고찰

■앞서 “2.1.2 Oxy-Hydrogen“에서 언급한 바와 같이, 세계 각 국의 여러 유리제조 대기업들이 최근 탄소배출이 거의 없는 Oxy-Hydrogen 연소 시스템의 용해로 적용시험에 대한 성공을 발표 하였다. 그러나 만약 Oxy-Hydrogen 연소시스템에 의해 SLS 유리가 생산된다면, 유리가 함유한 800~1100ppm의 높은 H2O 농도에 기인하여 화학적 내구성 및 표면 경도의 급격한 감소가 발생하여 용기 또는 판유리의 품질에 부정적인 영향을 미칠 가능성이 크다. 아울러 Oxy-Hydrogen 연소 시스템을 상용화하기 위해서는 수소 인프라 등 극복해야할 장벽이 많다. 

■한편, 지난 수십 년간에 걸쳐서 유리산업에서 서서히 증가하고 있는 Oxy-Gas 연소시스템은 이미 성숙된 기술로서, NOx와 SOx의 배출양을 획기적으로 감소시켰으며, 대형 용해로를 위한 폐열 재회수(HR) 기술(예: TCR)의 상용화도 조만간 가능할 것이다. Oxy-Gas 연소시스템에서 유리의 H2O 농도가 최대 600ppm을 나타내고 있지만 유리의 품질 및 기능에 영향을 미치지 않는 것으로 알려져 있으나, 화석연료(Gas)의 사용 때문에 탄소배출 감소의 측면에서는 효과가 매우 적다. 따라서 그림 19에 나타낸 바와 같이, 유럽은 2020년도, 미국은 2024년도부터 용기유리 제조 기업들은 탄소배출 감축을 위한 현실적인 대안으로서 Energy Mix의 일종인 Oxy-Gas(OG)와 Electric Melting(EM)을 결합한 (OG+EM, 물론 EM은 원칙적으로 재생에너지에 의해 공급되는 전기/RE-Renewable Electricity) Hybrid Melting(HM) 용해로 개발을 본격적으로 시도하고 있으며, 드디어 2025년 11월에 독일 Obernkirchen 사업장에서 최초로 용기유리를 위한 Hybrid Melting(HM) 용해로가 가동될 예정이다. HM에서 핵심은, Electro Boosting 기술과 용융유리의 흐름과 균질화를 예측하는 modelling 기술이다.  

■HM에서 탄소배출 감축양은 OG/EM의 에너지 비에 의존하는데, 2025년 초에 OG/EM=1에 해당하는 무늬판유리(patterned plate glass) 용해로가 체코에서 최초로 가동되기 시작하였고, 현재 유럽과 미국에서는 용기유리 용해로를 대상으로 탄소배출이 대폭 감소한 20%OG+80%EM, 즉 OG/EM=0.25 Project가 진행 중이며, 수년이내에 기술개발이 완성되어 “OG/EM=0.25 및 파유리 50% 적용” 조건에서 용기유리에 적용한다면 연소에 의한 탄소배출양은 약 50%이상 감소할 것으로 예상한다. 이때 유리중의 H2O 농도는 “그림 10을 참고해보면” 120 ppm 부근의 값을 예상하기 때문에 유리의 물리화학적 성질은 Air-Fuel의 경우와 유사할 것이다. 이러한 개발동향을 근거로 Hybrid Melting을 정의해보면, OG/EM≦1의 범위에 있는 경우에 한해서 Hybrid Melting이라고 인정할 수 있다.  

■향후 OG/EM=0.25, 즉 20%OG+80%EM가 실현되고, 이후에 수소관련 Infra가 갖추어지고 수소가 Gas를 대체하면서 OG대신 OHy+EM에 의한 HM이 이루어진다면 “OHy/EM=0.25 및 파유리 50% 적용” 조건에서 용기유리에 적용한다면 연소에 의해 발생하는 탄소배출은 거의 Zero에 이르지만 뱃지중의 탄산염 원료 때문에 탄소배출은 약 65% 정도 감소한다. 이때 유리중의 H2O 농도는 그림 10을 참고하여 계산해보면 200 ppm 정도로 예상한다. 따라서 유리의 물리화학적 성질은 거의 영향을 받지 않을 것이다. 그러나 위와 같은 연소시스템의 개선은 소다회, 석회석 같은 탄산염계 원료의 분해반응에 의한 CO2 직접 배출과는 관련이 없기 때문에 별도의 대책이 필요하며, “2.4 파유리”와 “2.5 대체원료“에서 방법론을 기술하였다.

그림 19. 유럽 및 미국의 용기유리 및 판유리 대상 Hybrid Melting 및 Oxy-Hydrogen Project 현황

■Float 유리 용해로를 대상으로, Europe의 Saint Gobain과 NSG-Pilkington은 2030년을 목표로 우선 Oxy-Hydrogen 연소시스템을 시도하고 있다(그림 19). 성공한다면 파유리 20% 함량에서 탄소배출은 약 65% 정도 감소하겠지만 유리중의 H2O 농도는 그림 10을 참고하면 800 ppm 이상으로 예상한다. 따라서 최종 유리의 물리화학적 성질은 상당한 영향을 받을 것으로 예상하며, 아마도 현재 Float유리 조성에 대한 전반적인 개선이 동반되어야 할 것이다. 만약 100% OHy 에 의한 용해로 시도가 여의치 않다면 OHy/EM=0.25의 HM방법도 고려할 것이다. 

■국내의 경우, Float 유리 용해로는 아직 Air-Fuel 연소시스템에 머물고 있기 때문에 탄소배출 감축 시도는 매우 미약한 편이다. 용기유리 산업에서는 몇몇 기업이 Oxy-Gas에 의하여 부분 전기용융(PEM) 방식, 즉 OG/EM≫1을 채택하고 있다. 그러나 향후 OG에 기인한 탄소배출을 더욱 감축하기 위해서는 OG/EM≦1의 관계가 되도록 용해로에 적합한 Electro-Boosting과 수학적 modelling 기술을 개발하거나 도입해야 한다. 

■아울러 향후에 HM에서, EM에 의한 유리 생산 및 사업장 관리에 필요한 전력의 일부가 태양광 및 풍력 발전과 같은 재생에너지에 의해 공급된다면, 사업장의 전기 사용에 의한 CO2 간접 배출 양은 일부 탕감 될 것이다. 원전은 국가의 에너지 체계시스템에 의해 통제되기 때문에 기업에서 고려할 대상은 아니지만 프랑스와 같이 원전의존율이 높아진다면 새로운 개념의 CF(Carbon Free)100 (원전에너지로부터 얻는 전기 포함)에 의거하여 생산에 필요한 전력의 일부는 CO2 간접배출로부터 배제될 수도 있다. (참고로 프랑스의 원전 의존율은 70.6%). 

표 8의 전력통계정보시스템에 따르면, 2025년 현재 한전에서 공급하는 에너지종류별 전력가격은 다음 표 8과 같으며, 2024년 기준 국내 전기 수요의 32.5%는 원전, 30%는 LNG, 29%는 석탄, 10.6%는 재생에너지에 의존하는 것으로 알려져 있다. 국내 에너지공급 인프라는 CF100의 차원에서는 유리하지만 RE100의 관점에서는 아직 불리하다.

표 8. 2024년 에너지종류별 전기발전비율 및 한전에서 공급하는 전력가격

RE: Renewable Electricity, CF: Carbon Free

[ 참고문헌 및 보도자료 ]

[26] Triers, W., Glasschmelzöfen: konstruktion und betriebsverhalten, Berlin Heidelberg: Springer Verlag 1984

[27] Sorg launches hybrid furnace for high tonnage glass manufacturing Hybrid Melting - SORG - Sustainable Melting SORG_Company-Brochure-A4-FINAL_Digital_MS.pdf

[28] Container Glass to reduce CO2 by 50% - FEVEFEVE-Decarbonisation-Report-2024.pdf

Nikolaus SORG have delivered the world’s first CLEAN Melter® to Ardagh Glass Packaging-Europe.

[29] US glassmakers in decarbonisation funding success Glass International Hybrid Furnaces: Revolutionizing Glass Melting with 80% Renewable Energy - Glass Manufacturing Industry Council 

[30] Hybrid Furnaces: Revolutionizing Glass Melting with 80% Renewable Energy - Glass Manufacturing Industry Council

[31] DECARBONIZATION OF FLAT GLASS MANUFACTURING | Saint- Gobain Glass

[32] Design of a hybrid mid-sized pilot furnace for flat glass (Volta project) | AGC Glass Europe

[33] Pioneering glass technology at Guardian Glass Flexible hybrid furnace and e-boosting for reduced emissions Regenerative furnaces with L.E.M® technology

[34] AGC Glass Europe announces new float glass range with reduced carbon footprint | AGC Glass Europe

[35]  Decarbonisation in the Float Glass Industry -- glasstec Trade Fair

다음호에 계속