“물산업, 체계적·글로벌화된 사업 추진 필요”

지금까지 해외선 해수담수화 사업·국내선 상하수도 분야 EPC 산업이 중심
해외진출 위해선 국제적인 인적 네트워크 구축·O&M 전문인력 양성 시급

20세기말부터 시작된 물산업(Water Industry)은 많은 기업에서 미래 성장 동력으로 관심을 가지고 투자·육성되고 있다. 특히 소재산업인 멤브레인, 펌프, 밸브산업과 EPC(Engineering, Procurement & Construction) 및 운영관리(O&M) 산업은 향후 세계 물산업을 주도할 전망이다. 이들 산업의 현주소 및 특징과 전망을 막여과(Membrane) 및 해수담수화 플랜트를 중심으로 2회에 걸쳐 소개한다.  [편집자 주]

펌프산업, 매년 4% 이상 성장…2020년 550억 달러 전망

■ 펌프산업 펌프란 사전적 의미로 전기적·기계적인 에너지를 받아 유체(기체, 액체)에 힘을 가해 압력, 속도 등을 높임으로써 낮은 곳에서 높은 곳으로의 이송, 관을 통한 수송, 압력용기 등에 가압하는 기계로 정의하고 있다. 수처리 Plant에서 펌프는 물을 이송하거나 가압하는 등의 목적에 사용되며 취수, 관개, 상수도, 배수 등에서 사용되는 핵심 기자재로 원심펌프(Centrifugal Pump)가 약 70% 이상을 차지하고 있다.

전세계 펌프산업은 2010년 기준으로 360억5천만 달러 정도이며 매년 4.1∼4.3% 성장하여 2020년에는 약 550억1천만 달러 정도로 예상되고 있으며, 전체 펌프산업 중 상하수도 등 물산업 비중이 약 35% 정도를 차지하고 있다. 해수담수화 플랜트의 경우 공법에 따라 펌프 적용 비율을 비교하여 보면 증발법의 경우는 2% 정도로 나타났으나 역삼투법의 경우는 95%로 높게 나타났다.

또한 펌프 형식에 따라 비교하여 보면 원심펌프가 85%로 주로 사용되고, 다음으로 용적식 펌프가 약 14% 정도를 차지하고 있는 것을 알 수 있다. 이를 토대로 펌프산업을 전망하여 보면 물산업 패러다임이 모래여과에서 막여과로 변하고, 수처리 플랜트 도입 증가와 규모의 대형화는 펌프산업에도 높은 성장의 기회를 제공될 것으로 전망된다.

밸브산업, 막여과 플랜트 도입 증가로 높은 성장 가능

■ 밸브산업 밸브(Valve)란 유체의 흐름을 차단·통과시키는 개폐기능 및 유량, 압력 등의 제어하는 기능을 가지는 장치 또는 기기를 총칭하며, 수처리 플랜트에서 효과적이고 안전한 시설을 운영하는데 있어 중요한 역할을 수행한다.

밸브는 Pipe, 피팅류 등과 함께 가장 기본적인 배관계의 구성품으로서 형태, 기능 및 제어방법 등에 따라 약 800∼1천여 종에 이르는 것으로 알려져 있으며, 유체제어의 구조 및 특성, 유체의 물리화학적 성상, 운전조작 방법에 따라 매우 다양하다. 일반적으로는 흐름을 막는 디스크(Disk), 시트(Seat) 및 이것 들을 감싸고 있는 몸체(Body)와 이를 작동시키는 핸들(구동장치; Actuator)로 나눈다.

사용 목적에 따라 분류하여 보면 유체의 흐름을 제어하는 개폐용(On-Off 제어) 밸브, 유량·압력·수위 등을 제어(Throttling)하는 제어용 밸브, 유체 흐름방향을 결정하는 역류 방지용 밸브, 압력 용기, 고압 배관 계에 적용되는 안전밸브 등이 있으며, 작동방법에 따라 수동식, 전기식, 공기압식, 유압식이 있으며 재질은 저압용에는 청동, 주철 등이 이용되고, 고압용에는 주강 등이 주로 적용된다.

밸브산업의 전망은 최근 막여과에 의한 수처리 플랜트 도입으로 많은 변화가 전망된다. 기존의 모래여과의 경우 정적인 시설로 약 1일 1회 작동되어 15년을 사용하는 겨우 5천475번을 작동하며 설치된 밸브는 거의 여과시설과 수명을 같이하여 교체 없이 이용되어 왔다. 반면, 막여과 플랜트의 경우 자동밸브 작동 횟수가 시간당 2회 정도로 15년을 사용하면 26만2천800회가 된다.

이는 연간 밸브 작동 횟수가 1만7천520회 정도로 일반적인 밸브 작동 수명이 2만∼4만 정도인 점을 고려하면 최소 3년 주기로 교체해야 하는 결과를 산출할 수 있어 밸브산업이 성장을 전망 할 수 있다. 반면, 고장 원인이 마모에 의한 누수나 부식에 의한 고장인 점을 고려하면 안정적인 운영관리를 위해서는 내구성 개선과 함께 신뢰성 있는 밸브가 요구됨에 따라 재질 개선과 지속적인 기술개발이 요구된다.

Ⅲ. EPC(설계·조달·건설)와 O&M 산업

 EPC(설계·조달·건설)산업은 크게 플랜트 산업을 지칭하는데 물산업의 경우 해수담수화 및 정수처리 및 하·폐수처리장 시설공사 등을 지칭할 수 있으며, 공사비의 70% 이상이 외주 구매를 통해 이루어지므로 연관 기업에 미치는 역량이 크다.

특징으로는 국민의 건강과 직결되는 문제이기 때문에 안전한 품질의 물을 안정적으로 공급하는 것이 중요하여 경험(Reference)이 우선시 되며 일반적인 건설공사보다 섬세함이 요구된다. 또한 경험(Reference)에서 축적된 소프트웨어적인 노하우는 진입장벽 또는 기술력으로 작용하고 있는 실정이다.

한국, 물산업 수출 비중 해수담수화가 66.6％

우리나라의 지난 10년간 물산업 수출 동향을 살펴보자면 해수담수의 비중이 66.6％로 가장 크고, 뒤이어 상하수도 23.3％, 하·폐수처리 설비가 5.5％, 댐 4.4％를 차지하며 대부분이 EPC 분야로 나타났으며, 운영관리(O&M) 부문에서는 0.6%에 불과한 것으로 나타나고 있어 앞으로는 운영관리부문에 더욱 치중해야 할 것으로 여겨진다.

EPC 산업의 경우는 짧은 시간에 많은 돈이 거래되지만 이윤이 낮은 단점이 있으나, O&M 산업의 경우는 장기적이고 지속적으로 돈이 거래되면서 EPC보다 상대적으로 부가가치가 높은 것으로 알려지고 있다.
 
O&M 기술은 학문의 벽을 뛰어넘는 다양한 이론과 많은 현장 경험이 요구되는 분야로 최고의 전문가와 단순하게 현장에서 시설을 관리하는 Operator가 함께하는 기술로 숙련된 전문가 배출을 위해서는 최소 5∼7년 이상 소요되며 생산원가 등 운영관리의 효율화를 기하기 위해서는 숙련된 전문가가 필수적이다.

이 자료에서는 우리나라 물산업 비중이 가장 큰 해수담수화 분야를 중심으로 EPC와 O&M에 대해 다루고자 한다. 담수화란 염분을 포함하고 있는 해수 등에서 음료수나 기타 용도로 이용할 수 있도록 염분을 제거하여 담수를 얻는 것을 말하며 Cl-, Na+ 뿐만 아니라 다수의 무기 염류가 제거 된다. 담수화에는 크게 기수(Brackish Water) 담수화와 해수(Sea Water) 담수화가 있다.

기수 담수화는 낮은 염도를 가진 호소수, 염지하수 등의 담수화를 말하고, 해수담수화는 염도(Salinity)가 너무 높아 사용할 수 없는 해수를 담수화 하는 것을 말하며, 해수담수화의 경우 목적별로 분류하여 보면 상수도용 약 66%, 다음으로 상업용 약 23.5%, 발전소용 약 5.5% 순으로 나타나고 있다.

해수담수화 공법에는 물의 증발현상을 이용하는 증류법, 막(Membrane)의 차별성과 선택적 통과능력 이용하는 역삼투법(RO; Reverse Osmosis), 전기투석법(ED; Electrodialysis) 등이 상용화 되어 있으며, 최근 에너지에 대한 관심이 커지면서 에너지 소비가 낮은 정삼투법(FO; Forward Osmosis) 방식에 많은 관심을 가지고 있으나 상용화에는 시기상조로 여겨진다.

해수담수화는 대량의 물을 얻을 수 있는 가장 쉬운 대체수자원 확보 방법으로 전세계의 점증하는 수자원 고갈 해결을 위한 한 수단이며 앞으로도 그럴 것으로 전망되며, 일부 전문가들은 해수담수화가 물 공급의 만병통치약은 아니지만 전 세계 해안도시의 물 공급의 1/4 정도가 해수담수화에 의해 공급되는 시대가 도래 할 것으로 전망하기도 한다. 

해수담수화에 대한 공법은 에너지에 대한 관심이 고조되면서 20세기 후반부터 역삼투법에 관심이 커지고 있다. 역삼투법은 RO 멤브레인을 이용하여 해수중의 무기물을 제거하는 공법으로 소형시설에서부터 대용량에 적용이 가능할 뿐만 아니라 공사 기간이 짧아 원하는 곳에 신속하게 설치할 수 있는 특징이 있다.

세계적 기업들과 경쟁하기 위해선 신기술 개발 필요

해수담수화 플랜트의 EPC 비용을 비교하여 보면 증발법 중 MSF 방식은 ㎥당 하루 1천750달러인 반면, MED은 ㎥당 하루 1천230달러, 역삼투(RO)방식은 ㎥당 하루 1천207달러로, MED 방식과 RO 방식은 거의 비슷한 것으로 보고되고 있으나 특수소재(원자재) 상승 시에는 MED 건설비용이 상당부분 증가할 것으로 전망된다.(GWI, 2010년)

국제적인 EPC 비용과 국내에서 건설되거나 검토되었던 역삼투 해수담수화 플랜트의 EPC 비용을 비교하여 보면 다소 차이가 있는 것을 알 수 있는데, 이는 시설용량이 소규모라는 점과 담수화 시설 외로 토목공사 등이 추가되면서 비용이 증가하는 것으로 추정된다. 또한 EPC 비용의 차이는 국가별 또는 지역별로 다르게 적용되는 공사 한계에 기인한 것으로 여겨지며, 세계적인 기업들과 경쟁하기 위해서는 경제적인 EPC 비용이 될 수 있도록 신기술 개발이 필요할 것으로 여겨진다.
 

다음은 세계적으로 통용되고 있는 운영관리비와 국내 도서지역의 담수화 시설의 운영관리비를 비교한 것으로, 국제시설의 경우 공법별로 비교하여 보면, MSF는 ㎥당 하루 1.07달러, MED는 ㎥당 하루 0.83달러, 역삼투법은 ㎥당 하루 0.76달러 정도로 알려져 있다. MSF & MED의 경우는 Thermal Energy 비용이 전체 비용의 약 40% 정도 차지하고 있으며, 역삼투(RO) 방식의 경우는 에너지 비용이 42% 다음으로 약품비 9%, 수선교체비 및 막 교체비용이 각각 7% 정도 순으로 나타나고 있다.

[표 9]는 국내의 경우 도서지역에서 지난 10년간 운영된 담수화시설의 운영관리비를 분석한 결과이다. 표준해수(TDS 3만5천mg/L) 담수화와 염지하수(TDS 1만8천mg/L) 담수화시설에서 동력비와 순선 교체비를 비교해 보면 표준해수의 경우는 잦은 고장으로 수선교체 및 막 등 소모품 교체비용이 증가했다. 반면, 염지하수의 경우 고장률이 낮고 시설 이용률이 높아 상대적으로 동력비 비율이 61.1%로 매우 높게 나타난 것을 알 수 있었다. 결과적으로 보면 원가 절감을 위해서는 시설 규모는 작게 하면서 시설 이용률을 높게 하는 것이 경제적이 것을 알 수 있었다.

해수담수화, 에너지 저감 기술개발이 관건

에너지 소비는 역삼투(RO)방식의 경우 세계적으로는 42%, 국내 도서지역의 경우 46.6∼61.1%로 높게 나타났으며, 미국 템파베이의 경우 에너지 소비 중 85%는 역삼투압을 발생시키는 고압펌프가 원인이었으며, 취수펌프 및 RO FEED 펌프에서 각각 4% 정도, 나머지는 송수펌프 등에서 보고된바 있다.

운영관리비 저감을 위해서는 에너지 절감이 필수적이며 역삼투법의 경우 버려지는 농축수의 압력으로부터 에너지를 회수하는 에너지 회수장치가 적용되고 있다. 에너지 회수장치는 동작 형식에 따라 터빈 방식, 터보 차져 방식 및 Isobaric 방식 등이 있으며, 터빈 방식은 과거 대용량에 많이 적용되어 왔으며, 최근에는 Isobaric 방식으로 주로 적용되는 추세이다.

에너지 저감 기술은 해수담수화의 미래기술 중 하나로 다양하게 연구 개발되고 있으며, 발전소의 냉각수 담수화, 폐열 이용 등 하이브리드(Hybrid) 형태 등 에너지 저감을 꾀하고 있어 혁신적으로 향상될 전망이다. 또한 경제적인 생산원가 확보를 위해 1일 2만㎥ 이상 되는 메가 규모의 대형 프로젝트가 우위를 점할 것으로 전망된다.

Ⅳ. 맺음말 

국내 물산업은 2010년 11조 원 규모로 세계11위, 상하수도 분야가 약84% 차지하고 있으며, 국외에서는 해수담수화 사업을 중심으로, 국내에서는 상하수도 분야 EPC 산업을 중심으로 추진되어 왔다. 반면, 운영관리 분야가 중요시되면서 우리나라 기업들은 O&M 기술과 같은 소프트웨어적인 노하우 축적이 낮아 높은 EPC 기술력에도 불구하고 해외 진출을 어렵게 만드는 요인으로 작용하고 있다. 

이를 극복하기 위해서는 국제기구와 연결하여 물산업이 필요한 나라에 프로젝트를 개발 할 수 있는 국제적인 인적 네트워크 구축 및 O&M 전문인력 양성이 필요하다. 또한 독자적인 엔지니어링기술 확보뿐만 아니라 펌프, 밸브, 멤브레인 등 기자재를 세계적인 기업에서 인정받을 수 있는 ‘글로벌 BEST 제품화’가 필요하다.

경쟁력 있는 사업경험(Reference)을 위해서는 지속적인 연구개발을 바탕으로 작은 실적에서부터 점차 대형화로 키워 나가는 실적과 경험관리가 필요하다. 반면, 일부 품목에 집중되어 국내기업간 치킨게임 양상을 보이는 소모적인 과다경쟁 및 해외에서 국내기업간 지나친 경쟁으로 원가를 해치는 일은 피해야 할 것이다.

또한 물산업은 특정지역에서 생산하고 운반하여 다양한 제품의 원료가 되는 석유산업과는 다르게, 생산에서부터 수요에 이르기까지 파이프라인에 의한 네트워크산업으로 지역간 공급과잉이 이뤄질 경우 많은 경제적인 손실이 발생할 수도 있음에 따라 철저한 수요예측 및 정치적인 리스크 등을 고려하여 체계적이고 글로벌화된 사업 추진이 요구된다.  <끝>

알오플랜트(막여과&해수담수화연구센터/www.roplant.or.kr)는 물관련 정보·기술공유 및 인적 네트워크 구축을 목적으로 2002년부터 운영되고 있는 비영리 물산업 포털사이트이다. 총회원수는 뉴스레터 회원을 포함하여 1만3천200여 명에 달하며, 특히 전문가 네트워크 그룹에는 100여 명이 넘는 다양한 분야의 전문가들이 자발적으로 참여하여 온-오프라인에서 활발하게 활동하고 있으며 누구나 참여 가능한 개방형 네트워크 사이트이다.