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 업계에서 알아야 할 10가지 트렌드

Anke Geipel-Kern / Dominik Stephan,

Process World Online

글로벌화 같은 대형 트렌드에 대해 요즘 많은 이야기들이 오가고 있다. 트렌드에 대한 우리의 견해는 이미 많이 다루어진 헤드라인 문제에 중점을 두지 않을 것이다. 올해의 ACHEMA에서 프로세스 업계에 대해 기억해야 할 것들이 무엇일까?

메가 플랜트 : 플랜트 엔지니어링과 건설의 세계는 현재 양 극단 사이에서 흔들리고 있다. 중국과 인도, 그리고 아라비아 반도에서는 국제 규모의 플랜트가 전국적으로 생겨나고 있으며, 유럽의 프로세스 엔지니어들은 화학물질의 컨테이너와 모듈식 플랜트 개념에 대한 아이디어를 실행하려고 하고 있다.
비료와 같은 벌크형 화학물질(bulk chemicals)이나 기본 필름 물질인 폴리에틸렌과 폴리프로필렌을 포함한 일차 플라스틱의 제조사는 중동과 같은 원자재가 생산되는 지역에 관심을 갖는다. 중동지역에서는 현재 거대한 화학물질 복합단지가 건설되고 있는 중이다. 사우디아라비아의 Jubail이 그렇다. 200억 달러의 Saudi-Aramco와의 합작 투자로, Dow는 2016년부터 연간 300만 톤의 화학제품을 생산하고자 삭막한 사막의 모래로 공장을 건설하고 있다.

모듈식 플랜트 건설 : 더 크게, 더 높게, 더 멀리는 주요 플랜트 엔지니어링 및 건설의 모토로, 이 분야는 신흥 시장으로 그 기반을 이동시키는 경향이 점점 더 커지고 있다.
반면, 더 빠르고 더 저렴하며 더욱 유연하게 라는 것은 대상이 미세하고 특수한 화학물질인 경우의 모토이다. 모듈식 플랜트 건설 및 화학물질의 컨테이너가 실제로 모든 문제에 대한 해결책이라면, 그 모든 것은 수면 위로 드러날 것이다. 현재 이 부문에서 명성 있는 모든 이들은 독일과 유럽의 화학 물질 업계가 다시 최고의 상태로 돌아가도록 하는 아이디어를 고심하고 있다. 이러한 모든 아이디어는 ‘50 Percent Idea’라는 표어 하에서 운용되고 있으며, Evonik에 의한 F3 Copiride나 Evotrainer와 같은 프로젝트를 연결한다.

디지털 플랜트 : 50 Percent Idea의 또 다른 면은 디지털 플랜트라고 할 수 있다. Bayer Technology Services의 Plant Layout 및 Piping에서 책임자를 맡고 있는 Jurgen S. Kussi는 이것이 아이디어에서 완성된 플랜트로, 프로젝트의 발전 시간을 절반 정도의 수준으로 줄일 수 있는 터빈을 작동시킬 것이라 믿고 있는 사람 중 하나이다. 이 분야의 트렌드 세터는 화학물질의 거대기업인 BASF로, 2010년, 스스로 Digital Plant @ BASF2020라 명명한 야심 찬 프로젝트에 착수했다. 이것의 숨은 목적은 모든 실제적인 플랜트를 위한 디지털 플랜트가 존재하도록 하는 것이다. 필요한 것은 기준과 목표 중심의 통합 CAE 시스템으로, 이는 도구 간(inter-tool)·학제간(inter-disciplinary) 레벨에서 2D와 3D 플래닝(planning)을 연결한다. 또한 플래닝 데이터를 기반으로 시운전과 플랜트 유지 관리를 가능하게 하는 소프트웨어 역시 필요하다.    

프로세스 분석기술 : PAT classic INR은 이제 화학물질 분야에서 기준이 되었다. 증류 플랜트의 컬럼 섬프(column sump) 내에 존재하는 NIR 프로브를 그 예로 들 수 있다.
하지만 이제 PAT는 앞서가는 지식 기반의 생산 하에서 성공을 거두고 있으며 리액터(reactor)의 사건 규명뿐만 아니라, 프로세스 기술 및 경제성과 관련하여 최적화된 상태로 플랜트가 운영될 수 있도록 돕는다.  

프로세스 강화 : 전문가들은 프로세스의 강화(process intensification)가 새로운 것인지, 아니면 단지 새로운 외형을 지닌 전통적인 것인지 여부를 두고 논쟁을 벌일 수 있다. 결론이 어떻든 부정할 수 없는 사실은 최근 몇 년간 똑똑한 기기가 혼합과 분리와 같은 기본적인 프로세스 운영을 통합하기 위해 개발되어왔다는 점이다. 가장 잘 알려진 것은 반응증류(reactive distillation)로, 이는 일반적으로 프로세스 통합 하에서 분류된다.  
그러나 프로세스 강화는 단순히 하이브리드 기계(hybrid machine) 이상을 의미한다. 이는 열교환 및 물질교환을 향상시켜 새로운 프로세스의 가능성을 열고 나노 범위(nano-scale)의 특성을 개발시키는 것이다. Copiride 프로젝트의 IMM(Mainz) 디렉터이자 팀의 구성원인 Volker Hessel이 설명한 것처럼 말이다.

에너지 효율적인 프로세스 : 클로랄칼리 전기분해(chloralkali electrolysis)의 운영에는 작은 마을의 운영만큼 많은 에너지가 소비되며, 일부 기본 화학물질의 생산에서 비용 면에서의 에너지 공유는 60% 정도이다. 이러한 수치만으로도 에너지 효율적인 프로세스의 중요성에 대해 강조할 수 있다. 그러나 많은 프로세스가 이미 한계에 맞춰 조절되었으므로 소소한 부분을 조정할 필요는 거의 없다. BASF 회장인 Harald Schwager는 최근 PROCESS와의 인터뷰에서 이러한 점에 대해 확인시켜 주었다. “솔직히 말씀 드리면, 기술적으로 신뢰할 수 있는 많은 부분이 BASF 플랜트에서 이미 실행되었습니다.”
에너지 효율성은 따라서 톱매니지먼트(top management) 및 주요 전략적 고려 사항의 문제가 되었다. 예를 들어, 동일한 현장에 위치한 생산 플랜트 간의 시너지 효과는 더욱 중요해졌으며, 중앙 집중적인 기반구조를 지닌 케미컬 파크(chemical park)는 훨씬 더 의미 있다. 그 사이 Namur는 에너지 효율성을 전 부문을 아우르는 주제(trans-sector topic)로 선언하였고, VDMA(German Engineering Federation)은 Blue Competence 계획과 함께 효율성이 중요한 이유를 계속 강조하고 있다. 

CO2가 미치는 영향(CO2 Footprint) : 프로세스 산업에서 플랜트의 건설자 역시 입찰서류에 온실 가스 방출의 가능성에 대해 평가해야 할 의무가 있는지에 대해서는 아직 확실하지 않다. 그러나 탄소의 영향은 이미 이 부문의 관리에 있어 부담을 주는 요소로 작용하고 있다. Bayer에서 진행된 프로젝트사례에서 그 점을 명확히 알 수 있다. 이 기업은 Climate Check와 함께 전 세계 100 개의 플랜트를 조사하고 있다. 특별한 점은 최초로 전문가들이 생산 전 제품(pre-product) 및 에너지를 포함한 전체 생산 프로세스를 평가한다는 점이다. 
Climate Check는 두 가지의 요소를 통합한다. 기후가 미치는 영향(climate footprint)이 그 중 하나로, 이는 제품 생산이 기후와 관련하여 받는 영향을 나타낸다. 다른 하나는 에너지 효율성 확인으로, 이는 환원의 가능성에 대해 산출한다. Veolia의 ACHEMA에서 워터 플랜트(water plants)의 플랜트 건설자는 물 처리 플랜트의 탄소 흔적을 결정하는 방식을 보여줄 것이다. 

자원의 효율성 : “독일은 자원 효율성의 영역에서 높은 가치를 지닌 기술을 개발하는 선두주자입니다”라고 Invite의 CEO인 Thomas Bieringer는 최근 한 인터뷰에서 밝혔다. 하지만 자원의 효율성이 실제적으로 어떻게 프로세스 산업에 대한 정보를 제공할 수 있을까? 에너지 턴어라운드(turn-around) 이래로 가장 많이 논의되고 있는 자원은 당연히 에너지로, 이는 화학 부문에서 특히 중요하다. 그러나 이는 재생산이 가능한 물질인지 화석인지와 관계없이 원자재를 보존하는 데에도 중요한 역할을 한다.  
자원의 효율성을 자동화 요소의 생산과 관련된 세부사항에 적용할 수 있는 방법은 Wago 또는 Gemu의 예에서 알 수 있다. 이들은 지속성의 원칙을 회사의 철학에 통합시켰다.

OPEX : 변화만큼 영원한 것은 없다. - 이는 화학 및 제약 산업의 Operational Excellence 계획의 핵심 진술이다. 원자재와 에너지 비용의 폭발적 증가, 더욱 긴밀한 협력관계의 경쟁자들이 존재하는 국제무대, 그리고 아시아의 번영 - 이러한 종류의 활동을 위한 기반은 잘 알려져 있다.
Evonik, Clariant, Merck 또는 Roche와 같은 이 부문의 거의 모든 주요 기업은 따라서 운영상의 탁월함을 얻기 위해 노력하며, 이를 통해 상위를 유지하거나 상위에 오르고자 한다. 시작 지점은 다수 존재한다. 에너지 효율성과 성능 병목현상(bottle neck)은 반복되는 주제로, 플랜트의 높은 이용성에 대한 기대나 프로세스의 각 단계 간의 병합 아이디어 및 이에 따른 프로세스의 강화 또한 자주 거론된다.

원자재 이동 : 미네랄 오일, 석탄, 천연가스 또는 바이오매스(bio-mass) - 미래를 위한 원자재의 혼합에 대한 논의는 이제 막 시작되었다. “중기적으로 볼 때, 미네랄 오일에서 천연가스로 그 기반이 확대될 것입니다”라고 BASF의 Science Relations and Innovation Management를 책임지고 있는 Michael Roper 교수는 말한다. 하지만 바이오매스 역시 그 중요성이 증대되고 있으며, 특히 플랜트 건설자로부터 트렌드는 수익을 창출하고 있다.
화학적인 원자재로서 사용될 수 있는지에 대한 문제에서, 합성가스는 현재까지 가장 중요한 예이다. 플랜트 건설사인 Uhde Inventa-Fischer는 석신산(succinic acid)과 부탄디올(butanediol)을 연속적으로 중축합(poly-condensation)하여 생산한 바이오폴리머(biopolymer)인 폴리부틸렌 석시네이트(PBS) 제조 프로세스를 최근 선보였다. 시험 프로젝트는 Leuna/독일에서 곧 착수될 예정이다.