한국생산기술연구원

에너지 공정, 컴퓨터 시뮬레이션으로 최적화한다

- 생기원, 울산시와 함께 매년 중소·중견기업 6개사 공정 최적화 추진
- 화학기업 ㈜네오, 시뮬레이션 결과 적용해 매출 2.5배 증가 성과

□ 중소기업 ㈜네오는 버려지는 폐유를 증류해 화학제품에 들어가는 중간원료*를 생산하는 화학 업체다.

* 1,4-부탄디올. 폴리우레탄을 비롯한 각종 화학제품의 원료로 사용됨.

ㅇ 그런데 업체의 기존 증류 설비로 높은 순도의 원료를 얻기 위해서는 폐유를 가열하고 냉각하는 작업을 여러 번 반복해야했다.

ㅇ 이 과정에서 열에너지가 과다 소모되어 제조비용이 지나치게 높아지는 문제가 있었다.

□ 한국생산기술연구원(원장 이성일, 이하 생기원) 울산지역본부가 컴퓨터 시뮬레이션 모델 기법을 기반으로 에너지 공정을 최적화하고 사업장 내 시설 개선을 지원해 문제를 해결했다.

ㅇ 사용된 기법은 생산현장 데이터를 컴퓨터에 입력해 실제 에너지 공정과 동일한 시뮬레이션 모델을 구현하고 개선안을 도출하는 방식이다.

ㅇ 도출된 최적 개선안을 바탕으로 실제 현장에 필요한 설비가 도입됐고, 생기원이 해당 설비의 구매와 설치, 운영까지 지원했다.

□ 실무를 총괄한 친환경재료공정그룹 김정환 선임연구원은 최적화의 성패가 시뮬레이션 모델의 정확도에 달려있다고 보고, 모델 검증에 주력했다.

ㅇ 부족한 현장 데이터는 작업자의 경험과 수학적 가정으로 보완했고, 구현된 모델의 예측 값은 기업의 실제 공정 데이터와 비교해 검증했다.

ㅇ 모델의 신뢰도가 검증되면, 전산유체역학 소프트웨어*를 활용해 설비 설계를 최적화하고 그 경제성을 평가해 최종 개선안을 도출해냈다.

* 유체의 동적인 움직임을 컴퓨터를 이용해 해석하고 계산해내는 소프트웨어

□ 기존 설비의 효율성이 문제됐던 ㈜네오는 시뮬레이션 모델의 최적화 방안에 따라 13단의 증류탑을 신규 설치해 공정을 개선했다.

ㅇ 그 결과, 수율이 60%에서 83%로 크게 향상됐고 공정시간도 43.3시간에서 33시간으로 감소하는 성과를 올렸다.

ㅇ 매출은 설비 설치 1년 만에 전보다 2.5배 이상 증가해 기업 설립 이후 최초로 50억 원을 넘어섰다.

□ 이 같은 성과는 생기원이 울산광역시의 지원을 받아 에너지 과소비 기업들을 대상으로 추진된 ‘기업체 에너지공정 최적화 지원 사업’의 대표 성공사례이다.

ㅇ 지난 2017년 시작된 이 사업은 매년 공모를 통해 울산 지역 중소·중견기업 6개사를 선정해 지원하며, 2021년까지 5년간 추진된다.

ㅇ 재원은 매년 울산시 5억 원, 생기원 3.42억 원, 참여기업 전체 3.3억 원을 모아 공동 마련한다.

ㅇ 기업별 최적화 노하우와 설치된 설비 자산은 참여기업으로 이관된다.

ㅇ 사업 시작 후 2년간의 전체 성과를 분석한 결과, 총 1210.7 TOE*와 19.66억 원의 비용을 절감한 것으로 나타났다.

* 각종 에너지의 크기를 비교하기 위해 석유의 발열량으로 환산한 가상 단위로, 1 TOE는 1,000만 kcal에 해당한다.

** 2017년에는 489.4 TOE와 5.78억 원 절감, 2018년에는 721.3 TOE와 13.88억 절감

□ 김정환 선임연구원은 “생기원의 기술력을 바탕으로 지자체의 지원과 기업의 참여를 주도적으로 이끌어내 기업 체질개선에 성공한 우수사례”라고 밝히며, “빅데이터와 AI를 기반으로 시뮬레이션 모델이 에너지 최적화 값을 실시간 자동 도출하여 공정운전에 반영하는 지능화시스템 개발에 매진할 것”이라고 말했다.