1. 기술로드맵

□ (총론) 폐열 회수 및 에너지 재활용을 통한 온실가스 배출 저감과 산업 경쟁력 강화를 위한 중소기업 전략기술로드맵 구축

○ (중소기업 기술개발전략 1) 열전발전기 시스템 최적 설계를 통해 저온 폐열을 전기적 형태로 효율적으로 전환하는 기술 개발

○ (중소기업 기술개발전략 2) 연료전지에서 발생하는 중온수 폐열을 고효율 열교환기를 통해 회수하고, 이를 활용한 에너지 재활용 기술 개발

○ (중소기업 기술개발전략 3) 히트펌프를 활용하여 폐열 회수 및 에너지 효율을 극대화하는 기술 개발

○ (중소기업 기술개발전략 4) 초저온 냉열을 회수하고 저장하는 PCM 물질 및 저장 공정을 개발하여 에너지 자원 활용을 극대화

[ 「공장 폐열에너지 재활용 시스템」 기술개발 로드맵 ]

2. 개요

가. 정의 및 필요성

(1) 정의

□ 공장 폐열에너지 재활용 시스템은 다양한 산업 공정에서 발생하는 저온 및 고온의 폐열을 회수하여 기계적, 전기적 형태로 전환하거나 재활용하는 시스템으로, 에너지 효율을 극대화하고 산업 분야의 탄소 배출을 감소시키는 데 기여

○ 공장 폐열은 주로 배출가스, 냉각수, 증기 등 다양한 형태로 방출되며, 이를 열교환기, 열저장 시스템 등으로 회수해 활용 가능

○ 주요 구성 요소로는 폐열 회수 장치, 열전기 발전 모듈, 저장 탱크, 폐열 재활용 공정 등이 포함됨

(2) 기술개발 필요성

□ 공장 및 산업 공정에서 발생하는 폐열의 대부분이 저온으로 방출되어 활용되지 못하는 문제점 존재

○ 에너지 사용량 감소와 탄소배출 감축을 위해 폐열 회수 및 재활용 기술이 필수적임

○ 기존 폐열 이용 기술은 고온 폐열에 한정되며, 저온 폐열의 회수 효율성과 적용 범위를 확대하는 기술이 부족한 상황

○ 탄소중립 목표 달성을 위해 국가 산업계에서 폐열 회수 기술 개발이 필수적이며, 해당 시스템 도입으로 에너지 효율 개선과 화석연료 의존도를 줄이는 경제적 효과 기대

3. 환경 분석

가. 시장 현황 및 전망

□ 산업 공정 에너지 효율화의 가속화

○ 산업 공정에서 발생하는 폐열을 회수하여 재활용하려는 수요가 전 세계적으로 증가하고 있음

○ 탄소중립 목표 달성을 위한 정부 정책과 보조금 확대에 따라 폐열 회수 및 활용 기술이 빠르게 발전하고 있음

○ 선진국에서는 폐열 재활용 시스템이 제조업과 대형 공공시설에 필수 요소로 자리 잡고 있으며, 국내에서도 주요 제조업체가 폐열 회수 장치 도입을 가속화하고 있음

□ 폐열 활용 기술의 다변화

○ 폐열 회수를 전기로 전환하는 열-전기 변환 기술, 열 저장 및 배분 기술 등이 상업화 단계로 접어들고 있음

○ 열교환기, 폐열 보일러, 흡수식 냉각기 등의 기술 수요가 증가하며, 에너지 효율 개선을 위한 통합 솔루션 제공이 주요 트렌드로 부상하고 있음

나. 기술개발 동향

□ 스마트 열교환기는 IoT 및 AI 기술을 활용하여 실시간으로 폐열 회수 과정을 최적화하고 공정 효율성을 극대화하고 있음

○ 특히, 데이터 기반 예측 기술을 통해 열교환 과정에서 발생할 수 있는 손실을 줄이고, 산업 공정의 에너지 효율을 높이고 있음

□ AI 기반 시스템은 공정 데이터를 분석하여 최적의 열교환 조건을 자동으로 제공하며, 공장 운영비 절감 효과

○ 또한, 자가 진단 및 유지보수 예측 기술이 열교환기에 적용되면서, 장비 수명을 연장하고 예기치 못한 가동 중단을 최소화하는 방향으로 상용화가 확대되고 있음

□ 폐열을 장기간 보관하고 필요 시 사용할 수 있는 고밀도 축열재(PCM)가 개발되어, 다양한 산업 공정에서 축열 시스템의 도입이 증가하고 있음

○ 이 기술은 계절적 에너지 수요를 해결하기 위한 대규모 저장 시스템으로 발전하고 있으며, 지역난방 시스템 및 분산형 에너지 네트워크에도 적용되고 있음

○ 특히, 지열을 활용한 대형 축열 시스템은 폐열의 분산 활용 가능성을 높여, 지역사회와 산업단지 간 에너지 교류를 지원

4. 특허 분석

□ 전략품목에 대한 특허동향 분석, 기술동향 분석, 주요 출원인 분석 결과는 아래와 같이 도출됨

[ 특허 분석 결과 ]