제조 산업에서 지속 가능한 미래를 위한 탄소 중립을 실현하는 것은 중요한 도전 과제입니다. 이에 따라 공급 가치 사슬 전반에 걸쳐서 탄소 중립을 위한 변화를 요구하고 있으며, 스마트 공장과 디지털 전환의 가속화, 그리고 지속 가능한 제조에 대한 사회적 요구가 증가하고 있습니다. 탄소 중립은 환경적으로 필수적인 요구사항이 되고 있으며, 이런 변화에 신속하고 효과적으로 대응하지 못하는 제조기업은 점차 제조공급망에서 제외되는 생존의 문제에 도달하게 됩니다.

온실가스를 줄이기 위해 전 세계적으로 “탄소중립”, “넷제로(Net Zero)”, “RE100” 등의 여러 정책과 캠페인이 발표되고 있습니다. 탄소중립은 온실가스 배출과 흡수의 균형을 맞추는 개념이며, 넷제로는 온실가스 배출을 최소화하고 남은 배출량을 제로로 만드는 더 포괄적인 개념입니다. 그리고 RE100은 기업이 재생에너지를 100% 사용하겠다는 의지를 나타내는 개념으로, 친환경적인 에너지 사용을 증진시키는 목표를 가리킵니다.

온실가스를 줄이기 위한 정책 및 목표

제조산업에서의 탄소중립 정의와 도전과제

제조업에서의 탄소 중립은 지속 가능한 변화를 이루기 위한 핵심 개념입니다. 제조 공정에서 탄소 중립을 달성하기 위해선 친환경적인 에너지 활용, 효율적인 에너지관리, 그리고 재활용이 가능한 순환 경제로의 변화가 필요합니다. 

이에 국내에서는 2050년 탄소중립을 목표로 구체적인 실현 방안을 모색하고 있으며, 1차로 2030년까지 4대 다 배출 업종(철강, 화학, 시멘트, 반도체/디스플레이)의 탄소중립 기술개발에 박차를 가하고 있습니다. 이중 반도체/디스플레이 업종에서 탄소중립을 위한 노력으로 다음과 같은 과제를 생각해 볼 수 있으며, 현재 정부에서는 GWP(지구온난화지수)가 낮은 대체 가스나 공정 기술을 개발하는 과제의 지원에 집중하고 있습니다.

•  에너지 효율 증진과 사용 감소: 반도체 제조는 많은 에너지를 필요로 하며, 공정 단계에서 많은 전력을 소비합니다. 에너지 효율을 높이는 기술 및 장비의 개발과 적용을 통해 에너지 사용을 최소화할 수 있습니다.

•  재생에너지 도입: 재생에너지인 태양광, 풍력 등을 사용하여 공정과 시설에서 사용되는 전력을 대체할 수 있습니다. 태양광 패널을 설치하거나 풍력 발전소를 운영하여 탄소 배출을 줄이는 데 기여할 수 있습니다.

•  탄소 오프셋 및 탄소흡수 기술: 탄소 오프셋은 탄소중립을 달성하기 위해 발생한 온실가스 배출을 상쇄하기 위해 다른 곳에서 탄소를 감소시키는 프로젝트를 지원하는 것을 의미합니다. 또한, 탄소흡수 기술을 도입하여 대기 중의 이산화탄소를 포획하고 저장하는 방법도 고려할 수 있습니다.

•  물질 소비 절감 및 대체 물질 개발: 반도체 제조 프로세스에서 사용되는 물질의 양을 줄이는 것은 탄소 배출을 줄이는 중요한 전략입니다. 더 효율적인 재료 사용 및 공정 개선을 통해 탄소 배출을 최소화할 수 있습니다.

이러한 노력 중에 제조 기업이 쉽게 주도적으로 실천할 수 있는 과제로 생산 계획 최적화를 통한 에너지 사용량을 최소화하는 방안을 얘기해 보고자 합니다.

장비 스케줄 효율화를 통한 에너지 절감

반도체/디스플레이 공장에는 제품 생산을 위해 수백 대의 설비가 작업을 하고 있고, 동일한 공정을 수행하는 설비가 복수 개 존재합니다. 그리고, 각 설비는 작업물이 없을 경우 작업물을 대기하는 유휴시간(idle time)이 발생하게 됩니다.

일반적으로 동일한 기능을 하는 여러 설비가 있을 경우, 각 설비에 균등한 작업 부하가 걸리도록 설비의 작업 계획을 조정하는 것이 일반적입니다. 이런 접근 방식은 공장 내에서 작업물의 흐름을 빠르게 하고 변동성을 최소화하는 데 도움을 줍니다.

하지만 24시간 모든 설비를 가동 상태로 유지해야 되기 때문에 에너지 효율 측면에서는 큰 손해를 볼 수 있습니다. 예를 들어 동일한 공정을 수행하는 10대의 설비가 있을 경우, 특정한 날에 10대의 평균 가동율이 80%라고 하면 전체 10대 설비의 유휴시간 합은 48시간(10대 X 24시간 X 20%)이 됩니다. 즉, 극단적으로 생각해 보면 10대 중 8대로 작업을 몰고 2대를 비가동시키면, 설비 2대를 가동할 때 쓰이는 에너지를 절약할 수 있을 것입니다. 

작업물의 흐름을 예측하여 유휴시간을 최대한 한/두 설비로 집중시키고, 유휴시간 동안 설비를 비가동시킬 수 있으면 반도체/디스플레이 제조 공장에서 상당한 에너지 절약 효과를 기대할 수 있습니다.

유휴시간(idle time) 동안 에너지 소비를 최소화하는 절전모드 개발

유휴시간이 길게 발생한다고 해도, 현실적으로 설비의 전원을 끄고 비가동으로 만들기는 쉽지 않습니다. 설비를 껐다 다시 켜는 것이 생각보다 쉽지 않을 수 있기 때문인데, 다시 작업하기 위한 공정 설정을 세팅하는 데 많은 시간이 소요되거나, 제품 품질에 문제가 생기거나, 또다시 켜는데 오히려 에너지소비가 클 수도 있기 때문입니다.

그렇기 때문에 설비회사와 같이 전원을 끄지 않고, 작업 대기 상태인 절전모드로 전환하는 기능을 개발할 필요가 있습니다. 이러한 접근 방법은 반도체 제조 설비의 유휴시간을 효율적으로 활용하여 에너지 소비를 최소화하는 목표를 가지고 있으며, 특히 반도체 제조에 사용되는 설비는 복잡하며, 각 장비의 동작과 성능에 따라 이러한 전략의 적용 가능성과 효과가 달라질 수 있습니다. 

실제로 에너지를 많이 사용하는 레이저 커팅 설비를 대상으로 장기 유휴시간이 예상되면 설비를 절전모드로 전환하고, 작업물 유입이 예측되면 다시 일반모드로 전환하여 연간 수십억원의 에너지 비용을 절감한 사례가 있습니다. 그 외에도 진공 챔버 설비의 경우 유휴시간동안 진공 유지장치를 정지시켰다가 유휴시간이 끝나기 전에 진공유지장치를 다시 가동시킬 수 있으며, 고온의 온도를 유지해야 하는 설비의 경우 유휴시간 동안 설정 온도를 낮추고 히터를 끌 수 있을 것입니다.

이처럼 설비의 유휴시간을 관리하는 전략은 제조업체의 에너지 비용 절감과 환경 측면에서의 책임을 동시에 충족시킬 수 있는 중요한 수단입니다. 설비별로 다양한 전략을 고려하여 유연한 접근을 취하는 것이 중요하며, 기업의 지속 가능성과 경쟁력을 강화하는 데 도움이 될 것입니다.

결론

탄소중립을 실현하기 위해 기업들은 다양한 전략을 고려하지만, 에너지 원천을 재생에너지로 전환하거나 새로운 대체 물질 및 공정을 개발하는 것은 기업이 혼자서 간단히 해결하기 어려운 과제입니다. 그러나 생산 계획 최적화를 통한 탄소중립은 제조업체가 현실적으로 적용 가능한 실천 전략입니다. 제조 기업은 생산 과정에서 발생하는 탄소 배출량을 감소시키며 지속 가능한 운영을 추구하기 위해 생산 계획을 최적화할 수 있습니다. 이를 통해 효율적인 자원 활용과 에너지 절감을 실현하고, 탄소 중립을 달성하는 길에 큰 진전을 이룰 수 있습니다.

제조업체들이 생산 계획을 최적화하는 것은 탄소중립을 위한 목표 달성에 매우 중요한 역할을 합니다. 이를 통해 미래에 대비하고 경쟁력을 강화할 수 있는 기회를 얻을 수 있습니다. 생산 계획 최적화를 통해 생산량과 에너지 사용을 효율적으로 관리하면서 동시에 환경적 측면을 고려하는 것은 기업의 지속 가능한 성장과 사회적 책임을 함께 실현하는 첫걸음입니다.

결론적으로 생산 계획 최적화를 통한 탄소중립은 제조업체가 쉽게 적용할 수 있는 실용적인 전략입니다. 이를 통해 경제적인 이점을 얻을 뿐만 아니라 환경적, 사회적 이익을 동시에 추구할 수 있습니다. 이러한 전략은 탄소중립을 향한 길에 있어서 빠질 수 없는 중요한 도구로서, 기업의 미래 지속가능성과 경쟁력 강화에 큰 도움이 될 것입니다.

[참고자료]

https://www.korea.kr/news/policyNewsView.do?newsId=148896562

https://www.ekoreanews.co.kr/news/articleView.html?idxno=66284

https://terms.naver.com/entry.naver?docId=931985&cid=43667&categoryId=43667

https://post.naver.com/viewer/postView.naver?volumeNo=35793827&memberNo=41768149&vType=VERTICAL