일과 열 그리고 에너지 절감

엄주선포스코 인재창조원 교수·컨설턴트

기온이 올라가거나 몸을 움직여 운동이나 일을 하게 되면 인체에서 열이 발생해 땀으로 배출되듯이 기계나 물체도 작동을 하게 되면 열이 필수적으로 수반된다. 지금은 우리가 열(熱)은 입자들의 평균운동에너지로 무수히 많은 작은 입자들의 운동이 우리에게 열로 감지되고 온도로 측정된다는 것을 쉽게 이해하고 있다.

아인슈타인의 원자론을 1908년 장 바티스트 페랭이 증명하기 전까지 많은 과학자들은 열을 물질이라고 생각했다. 프랑스 자연철학자 라부아지에는 열은 “칼로릭(Caloric)이라는 원소가 흐르는 것”이라 했고, 사디 카르노는 칼로릭의 흐름이 모든 열기관의 동력이라고 생각했다.

영국의 물리학자이자 군인이었던 벤저민 톰슨은 대포의 포신을 물에 담그고 포신의 내부에 세게 마찰을 가하면 물이 계속 뜨거워 진다는 사실로 열은 마찰이라는 운동 또는 일에 의해 상승한다는 것을 알았다.

이로써 에너지는 ‘일을 할 수 있는 능력’으로 정의되고 일은 물체에 힘을 가했을 때 힘과 같은 방향으로 움직인 거리, 즉 힘과 거리의 곱으로 표현된다. 이러한 힘은 자연계의 중력, 전자기력, 양력, 강력을 이용하여 만들 수 있으며, 기업은 이 자연계의 힘을 이용하여 생산에 필요한 에너지를 만들고 저장하여 자원으로 활용한다. 기업 입장에서 에너지는 도입과 운용에 많은 비용이 들어가므로 낭비없이 효율적으로 사용하는 것이 매우 중요하다. 기업의 에너지절감 여덟가지(8R) 착안사항을 살펴보면 다음과 같다.

사용중인 에너지를 회수하여 타 설비 에너지원으로 재이용(Reuse), 에너지 사용조건을 최적화하여 적정필요량으로 감소(Reduce), 설비 개선을 통해 버려지는 에너지를 재활용(Recycle), 설계 제작시 원류관리를 통해 성에너지원으로 변경하거나 설비개량으로 사용 억제(Refrain), 고효율 설비로 재설계(Redesign), 적정 위치로 재배열 및 재배치(Relayout), 운전 조건이나 방법의 재변화(Rechange), 제품 부품 원료 설비의 재구성(Reformulation) 등이다.

필자가 지도한 회사 중 전기로를 이용하여 용강을 생산하는 공장의 재설계, 재변화를 통한 에너지절감 사례를 소개하면 공장 전체 700여대의 Motor류에 대하여 공정과 용량 별 사용현황을 전수 조사하여 필요량을 재설정하거나 고효율 Motor로 교체하고, 상시와 일시로 가동 방법을 변경하여 연간 5억원의 비용을 절감한 예가 있다.

설비 뿐만 아니라 우리 몸 또한 외부로부터 음식을 섭취하여 체내 기관에서 분해, 소화하는 과정을 거쳐 최종은 포도당이라는 에너지를 생산하여 세포에 공급하고 소비하는 것을 반복하기 때문에 가능한 몸속에 비축된 에너지를 아끼려고 본능적으로 작용한다.

기업의 개선활동을 함에 있어서도 이러한 에너지생성과 사용 원리를 이해하고 사람은 생산에 필요한 도구나 물건을 에너지를 적게 쓰면서 편하게 사용하고 되돌릴 수 있도록 재배치하고 설비는 에너지를 낭비없이 사용하도록 개선한다면 직원과 회사 모두 만족할 수 있을 것이다.