부강테크, 기후테크 기업으로 도약
26년의 도전과 혁신이 만든 하수처리장의 미래

코-플로우 캠퍼스, 미래형 탄소중립 하수처리장 모델로 환경 보호 및 운영 이익 창출

유기성 폐자원 통합 바이오가스화 공정, 시설·유지관리 비용 저감 및 기후변화 대응 탁월

캡처6 등 글로벌 기후테크 기업과 협업으로 기후기술 공동개발…기후테크 기업으로 가속화

“하수처리장은 지난 100년간 인류 수명 증진에 가장 큰 공을 세웠습니다. 하지만 이제 위생(Sanitation)과 수질 환경 보호라는 전통적인 하수처리장의 목표는 보다 미래 지향적으로 바뀌어야 합니다. 인류와 지구의 지속 가능성은 가속화되는 기후변화, 4차 산업혁명, 코로나19와 같은 팬데믹 앞에서 새로운 도전에 직면해 있습니다.” 지난 6월 1일, 창립 26주년을 맞이한 부강테크 김동우 대표(Founder & CEO)의 말이다. 하수처리장의 새로운 지평을 열고자 하는 부강테크의 비전을 엿볼 수 있는 대목이다.

부강테크, 미래 하수처리장의 새로운 비전 제시

글로벌 수처리 기업 부강테크(대표 김동우, www.bkt21.co.kr)가 수처리 시장에서 축적한 26년간의 경험과 노하우를 바탕으로 창의적이고 독보적인 미래형 탄소중립 하수처리장 모델을 제시해 화제다.

부강테크가 제시한 미래 하수처리장은 ‘Co-Flow Campus(CFC)’로, 단순히 물만 흐르는 하수처리장이 아닌 에너지와 데이터, 경제적 이익이 함께 흘러가는 공간이라는 의미를 담고 있다.

코-플로우 캠퍼스는 △하수 내 유기물을 에너지화하는 바이오가스 플랜트 △영양염류(질소, 인)를 비료로 활용하는 스마트 팜 △오염물이 제거된 하수를 냉각에 활용하는 데이터센터 등을 한 부지에 건설하고, 최종 방류수를 재이용해 도시의 가치를 높임으로써 환경도 살리고 운영 이익까지 거둘 수 있는 일거양득(一擧兩得)의 효과를 지닌 신사업 모델이다.

즉시 구현 가능한 현실화된 비전

지난 26년간, 부강테크는 폐수와 폐기물에서 세상에 없던 유용한 가치를 개발하고 전달하여 하수처리장의 비용 흐름(Cost stream)을 수익 흐름(Profit stream)으로 전환하는 데 앞장서 왔다. 하수를 더 많이 처리할수록 경제적 혜택이 더 생기는 구조를 만들어, 자연스럽게 하수도 보급에 뒤처진 개발도상국과 인류의 문제를 해결하는 것이 부강테크의 존재이유다. 이를 위해, 부강테크는 개별 요소기술(점)-프로세스(선)-전체 처리장(면)을 통합한 점, 선, 면 전략을 통해 필요한 기술과 솔루션을 개발하고 상용화하여, 지속가능한 미래 비 전을 실현하고 리더십을 발휘하는 혁신을 달성해 왔다.

먼저, 하수처리장 전체를 구현하는 코-플로우 캠퍼스를 계획하고 수처리 프로세스인 투모로우 워터 프로세스(tomorrow water process, twp™)와 슬러지 처리 프로세스인 인티그레이티드 업스트림 프로세스(Integrated Upstream Process, IUP)를 구축했다. 그리고 프로테우스(Proteus), 드라코(Draco), AAD, 아나목스(AMX), 코-플로우(Co-Flow), vMIXER, FMX, WAI 등의 요소기술을 하향식(Top-down)으로 배치하고 요소기술에서 프로세스, 그리고 전체 처리장으로 이어지는 상향식(Bottom-up) 접근법을 통해 상용화를 추진했다. 현재 대부분의 요소기술과 프로세스는 상용화돼 검증이 완료된 상태다. 이로써 코-플로우 캠퍼스는 이상(理想)이 아닌 오늘 바로 구현이 가능한 현실화된 비전이 됐다.

미래형 탄소중립 하수처리장, CFC

부강테크는 시대의 요구에 적극 대응하는 솔루션을 선제적으로 개발해 지속 가능성을 확보해 왔다. ESG 관련 규제가 국가적인 규범으로 자리 잡으면서 기후변화에 대응하기 위한 미래형 탄소중립 하수처리장 모델을 개발했으며, 여기에는 다양한 기후기술이 적용됐다.

유기성 폐자원 통합 바이오가스화 공정은 부강테크의 대표적인 기후기술이다. 부강테크는 유기성 폐자원 통합 바이오가스화에 바이오가스 생산 기술(AAD), 고농도 질소 폐액 처리 기술(AMX), 바이오가스 증산 및 슬러지 감량 기술(Draco), 그리고 바이오가스 생산을 위한 부지 창출 및 유기물 최대 회수 기술(Proteus)을 하나의 패키지로 묶어 안정성과 경제성을 모두 확보한 통합 공정을 완성했다. 통합 바이오가스화에 필요한 핵심 기술을 모두 자체 보유한 기업은 부강테크가 세계에서 유일하다.

하수 슬러지(찌꺼기), 분뇨, 가축분뇨, 음식물류폐기물 등 에너지 잠재력이 큰 유기성 폐자원을 두 종류 이상 통합 소화하면, 개별 처리할 때보다 시설비용 및 유지관리 비용을 대폭 절감할 수 있다. 이와 함께, 바이오가스 생산 시 규모의 경제 효과를 얻어 하수처리장의 에너지 자립을 실현할 수 있으며 메탄(CH₄)과 같은 온실가스를 대기 중으로 방출하는 대신에 바이오가스로 변환해 기후변화에도 효과적으로 대응할 수 있다.

그러나 낮은 경제성은 이전의 통합 바이오가스화 사업에 걸림돌로 작용해 왔다. 통합 바이오가스화 사업은 바이오가스 생산량을 극대화하는 것이 중요하지만 통합 소화 후 발생하는 탈리여액 내 고농도 질소와 슬러지를 얼마나 경제적이고 안정적으로 처리하느냐가 핵심이다. 부강테크는 이러한 문제를 해결하기 위해 송풍기 전력 60%와 외부 탄소원 전액을 절감하는 에너지 절감형 질소(N) 제거 기술인 AMX와 바이오가스 증산 및 슬러지 감량 기술인 Draco를 개발했다.

바이오가스 의무생산제가 도입되는 등 유기성 폐자원을 활용한 바이오가스 생산이 탄소중립 및 순환경제 실현을 위한 현실적인 대안으로 각광받으면서, 지난해부터 시장 점유율 100%를 기록하고 있는 부강테크의 유기성 폐자원 통합 바이오가스화 공정은 온실가스 감축에 앞장서는 지자체들의 협업 제안을 받고 있다. 부강테크는 국내뿐 아니라 우즈베키스탄을 비롯한 해외 온실가스 감축사업에도 적극 참여하여 고객의 탄소중립 달성을 지원하고 있다.

IUP, 유기성 폐자원 처리뿐 아니라 부가가치 창출까지

부강테크는 유기성 폐자원 처리뿐 아니라 바이오가스를 생산하고 폐자원을 회수해 부가가치를 창출하는 슬러지 처리 프로세스, IUP(Integrated Upstream Process)를 제공한다. 이는 바이오가스 생산공정과 암모니아 회수공정으로 구분되며, 바이오가스 생산공정은 유기성 폐자원을 활용해 바이오가스를 생산한다.

부강테크는 더 나아가 생산된 바이오가스를 활용해 전기, 수소, 메탄올과 에탄올, 항공유 등 고부가가치 에너지를 생산한다. 또한, 특허기술인 기체용해장치 vMIXER, FMX, DAC 기술 등을 활용해 에너지 생산과정 중 발생하는 이산화탄소(CO₂)를 포집, 활용, 저장하는 CCUS 전환공정을 제공한다. 이를 위해 한국의 씨엔에스 아이엔티(CNS INT)를 비롯해 미국의 캡처6(Capture6), 리카본(ReCarbon), 유럽의 존 코커릴(Jon Cockerill) 등 주요 기후테크 기업들과 협업을 시작했다. 암모니아 회수공정은 회수한 암모니아를 활용해 요소수를 생산하고 스마트 팜을 위한 비료 생산 등 폐자원의 유효 자원화를 실현하여 부가가치를 창출할 수 있다.

“부강테크, “기존의 수처리 사업을 뛰어넘어
심화되는 기후위기에 적극 대응하는 기후테크 기업으로 성장””

글로벌 기후테크 기업과 협력…탄소중립 가속화

부강테크는 기존의 수처리 사업을 기반으로 심화되는 기후위기에 적극 대응하는 기후테크 기업으로 성장해 가고 있다. 이를 위해 글로벌 기후테크 기업들과 전략적 파트너십을 구축하고 자체 보유 기술과의 시너지 창출 및 기후기술 공동 개발을 위해 노력하고 있다.

캡처6는 대기 중 이산화탄소를 포집해 기후변화에 대응하고 이를 처리하는 과정에서 더 많은 담수와 염산, 탄산칼슘과 같은 녹색 화학물질, 리튬 등 광물자원을 회수해 경제성을 높이는 DAC(Direct Air Capture) 기술을 보유하고 있다. 미국 실리콘밸리에 기반을 둔 캡처6는 미국의 3대 기후테크 엑셀러레이터 인증을 최초로 획득할 정도로 실력을 인정받고 있다. 리카본은 플라즈마 기술을 기반으로 바이오가스 내 메탄뿐 아니라 이산화탄소까지 활용해 저탄소 메탄올과 에탄올, 항공유, 수소 등 고부가가치 제품을 경제성 있게 생산하는 세계 최고 수준의 바이오가스 전환기술을 보유하고 있다. 부강테크와 리카본의 파트너십 체결은 세계 최고의 바이오가스 생산기술과 바이오가스 전환기술의 만남으로 화제가 됐다.

부강테크는 올해 초 부강테크 자회사가 있는 미국 캘리포니아주 애너하임에서 한국수자원공사(K-water), 캡처6와 함께 대산산업단지 내 해수담수화 시설에서 세계 최초로 탄소 포집과 통합된 물관리를 동시에 추진하는 테스트베드 구축을 위한 업무협약을 체결했다. 이 협약의 주요 목표는 탄소 포집, 담수 회수, 염수 배출 최소화, 녹색 화학물질 추출이다. 테스트베드는 연간 약 1천 톤의 탄소를 포집할 수 있으며, 향후 상업시설로 확장 시 아시아 최대 규모인 연간 약 50만 톤의 탄소를 포집할 것으로 기대된다.

세 기업의 협력은 해수담수화와 탄소 포집을 결합한 새로운 기술을 개발해 물과 에너지의 지속 가능한 이용을 촉진하고 아시아를 넘어 전 세계 탄소중립 달성과 물부족 해결에 기여할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.

기후변화에 대응하는 K-테스트베드 구축을 위한 부강테크, K-water, 캡처6의 업무협약 체결식

twp™, 부지·시설비 혁신적 절감, 탄소배출권 획득도 가능

수처리 프로세스인 투모로우 워터 프로세스(tomorrow water process, twp™)는 Proteus+와 ‘Main-stream AMX’를 결합한 공정이다. Proteus+와 Main-stream AMX를 다운스트림(Down-stream)에 적용할 경우 일반적으로 6〜12시간이 소요되던 하수처리 시간을 3시간 내외로 줄여 부지와 시설비를 혁신적으로 절감할 수 있다. 뿐만 아니라 에너지 사용을 최소화한 기술 도입으로 슬러지 처리 프로세스인 IUP와 더불어 하수처리장의 배출권 확보 및 기후변화 대응까지 가능하다.

하수처리 과정에서는 이산화탄소뿐 아니라 이산화탄소 대비 21배 더 강한 온실효과를 지닌 메탄과 310배 더 강한 온실효과를 지닌 아산화질소(N20)가 대량으로 배출된다. twp™는 기존 일반 BNR 프로세스 대비 온실가스 배출량을 32〜61%까지 줄이고 바이오가스 생산량은 70% 이상 늘릴 수 있다는 전문기관의 모델링 결과를 확보했다. 부강테크는 이 보고서 결과를 토대로 세계 최초로 하수처리 과정에서 배출되는 탄소감축량의 배출권 등록을 추진하고 있다.

부강테크의 Proteus+와 AMX 기술은 각각 세계적인 물 산업 조사분석기관 GWI(Global Water Intelligence)가 뽑은 ‘1차처리 및 초기우수 처리 분야 세계 10대 기술’과 ‘세계 10대 아나목스 기술’에 선정되며 기후변화에 대응이 가능한 기후기술로 인정받았다. 특히 Proteus+는 미국 물위원회 주관 ‘2021 파일럿 콘테스트’에서 기후변화에 따른 초기우수 문제를 해결할 최고의 기술로도 선정됐다. Proteus+는 현재 미국 내 두 번째 현장검증을 성공적으로 완료하고 미국 최초 공공분야 적용을 앞두고 있다.

누구나 차별 없이 깨끗한 물을 누릴 권리를 위한 TWP 이니셔티브

부강테크는 미래형 탄소중립 하수처리장인 코-플로우 캠퍼스에, 적도 주변 국가들에 특화된 하수처리 공정인 twp™를 결합하여 개도국의 물복지를 확대하기 위한 투모로우 워터 프로젝트(Tomorrow Water Project, TWP)를 추진하고 있다. 2016년에는 유엔 지속가능개발목표(UN SDGs) 플랫폼 이니셔티브(SDG Action #40493)에 TWP가 공식 등재되었고, 이를 실현하기 위한 기술 및 솔루션 개발과 글로벌 리더십 확보를 위한 활동을 꾸준히 전개해 오고 있다.

TWP는 ‘누구도 소외되지 않게 하기(Leave no one behind)’라는 UN SDGs의 슬로건처럼 ‘누구나 차별 없이 깨끗한 물을 누릴 수 있는 권리를 보장받아야 한다’는 부강테크의 믿음에서 출발했다. 개도국의 하수도 보급률은 20%가 채 되지 않는다. 부강테크는 TWP 이니셔티브를 통해 UN SDGs의 6개 목표인 깨끗한 물과 위생(#SDG 6), 신재생에너지(#SDG 7), IT 인프라(#SDG 9), 지속 가능한 도시 조성(#SDG 11), 지속 가능한 소비와 생산(#SDG 12), 기후변화 대응(#SDG 13)을 동시에 달성하기를 기대하고 있다.

TWP 추진 성과로 부강테크는 환경기업 중 유일하게 UN SDGs 협회로부터 5년 연속 ‘지속가능개발목표경영지수(SDGBI) 글로벌 지수’ 최우수그룹에 선정됐다. 또한, 최근 환경부가 선정한 세계 물시장을 선도해 나갈 ‘제5기 혁신형 물기업’ 명단에도 포함됐다. 김동우 대표는 5년 연속 ‘전 세계에서 가장 지속 가능한 글로벌 리더 100인’ 중 ‘가장 지속 가능한 혁신 기업 리더’ 부문에 선정돼 글로벌 리더로 인정받았다.

개도국을 위한 혁신 하수처리공정

부강테크가 개도국의 물 문제를 해결하기 위해 가장 주력하고 있는 것은 AMX 기술의 활용이다. Proteus+와 Mainstream AMX를 결합한 twp™는 하수처리 소요시간을 3시간 이내로 줄여 세계에서 가장 콤팩트한 하수처리장을 건설할 수 있게 해준다. 처리장 규모가 획기적으로 줄어들면서 AMX 기술의 본래 강점인 운영비 절감뿐 아니라 하수처리장 건설에 들어가는 토목비용도 최소화해 개도국의 하수처리장 보급에 크게 기여할 수 있다.

미생물을 이용해 고농도 질소 폐수를 처리하는 AMX 기술은 2020년 특허청으로부터 특허기술 대상인 ‘세종대왕상’을 받은 부강테크의 특허기술이다. 부강테크는 지난해 부산 녹산하수처리장에서 바이오가스 생산 후 폐기되는 혐기소화 폐액에 AMX 기술을 적용해 국내 최초 Side-stream AMX 상용화에 성공했다. (혐기소화 폐액은 하수처리장에서 흔히 Side-stream으로 불리므로 이를 Side-stream AMX로 부른다.)

Side-stream이 아닌 하수 본류인 Main-stream에서 질소 제거를 위해 AMX를 적용한 성공 사례는 아직 보고되지 않았다. 세계 최고 수준의 수처리 혁신 기업들이 Main-stream AMX 개발에 매진하고 있지만 기술적 장벽이 매우 커 기술 개발에 어려움을 겪고 있다. 일반적으로 미생물 활성에 필요한 온도와 AMX 기술 구현에 최대 장애가 되는 미생물인 NOB의 억제(Suppress)가 걸림돌로 작용하는 것으로 알려져 있다.

부강테크는 오랜 기간 동안 LA 카운티의 JWPCP와 LA시 하이페리온(Hyperion) 하수처리장에서 Main-stream AMX 공정 개발에 매진해 왔다. 특히, 2021년부터 세계적인 엔지니어링사인 블랙 앤 비치(Black & Veatch)와 LA시와 함께 실증 테스트를 수행한 결과, 만족할 만한 결과를 얻었다. 이번 연구 성과를 알리고 기술을 검증받기 위해 지난해부터 각종 유명 컨퍼런스에 연구결과를 제출했으며, 3월 ‘TAG’ 포럼을 시작으로 4월 ‘CWEA’, 5월 ‘WEF’, 6월 ‘SIWW’, 10월 ‘WEFTEC’까지 매달 발표 일정이 잡혀 있다. 제출한 모든 컨퍼런스에서 100% 채택된 것을 보아 이 분야에 대한 큰 관심과 부강테크의 기술 성과에 대해 확인할 수 있다.

AMX 기술은 아직은 연중 20℃ 이상의 수온에서만 잘 작용한다는 한계를 갖고 있다. 하지만 개도국 대부분이 적도 근처에 몰려 있고 주력 진출시장으로 고려 중인 사우디아라비아 역시 연중 수온이 높아 기술 적용이 가능할 것으로 보고 있다. 특히, 2029년 동계올림픽, 2030년 엑스포, 2032년 월드컵 및 아시안게임을 유치한 사우디가 미래형 하수처리장 건설에 관심이 높다는 점은 twp™의 시장진출을 유리하게 할 것으로 기대된다.

하수처리장의 밸류 체인 혁신

물산업과 4차산업 기술을 접목한 인공지능(AI) 기반의 하수처리장 자동 설계, 시공, 운영관리 프로그램인 Water AI(WAI) 플랫폼은 부강테크의 또 다른 비밀병기다.

부강테크가 구축하고 있는 설계 제안 자동화 프로그램은 수처리 플랜트의 특성을 고려해 최적의 프로세스를 도출하고 실행 검토를 통한 초기투자비용, 유지관리비용, 설계도면까지 단 하루 만에 도출할 수 있다. 데이터만 입력하면 바로 결과가 출력되기 때문에 반복적인 설계 작업 시 시간과 비용을 절감할 수 있고 손쉬운 시뮬레이션과 직관적인 유지관리 방안 제시로 고객사의 부담을 낮출 수 있다. WAI는 하수처리장 건설 전 과정에 걸친 시간과 경제적 부담을 획기적으로 줄일 수 있어 개도국의 물 복지 향상에 기여할 것으로 기대된다.

대규모 사업수주와 부가가치 창출이 가능한 혁신모델

하수처리장과 바이오가스 플랜트, 스마트 팜, 데이터센터 등이 한 부지에 조성되는 코-플로우 캠퍼스는 해외수출 측면에서도 대규모 사업 수주와 매출, 부가가치 창출이 가능한 혁신 모델이다.

부강테크는 코-플로우 캠퍼스를 통해 ‘도시의 가치를 높이는 물’을 주제로 기존 하수처리장의 제약변수를 극복하는 시설개선 사업을 추진해 좋은 반응을 얻고 있다.

전 세계 대부분의 도시는 도심이나 인근에 하수처리장을 보유하고 있다. 노후화됐지만 접근성이 좋은 기존 하수처리장을 집약해 지하화하면 지상에 공원을 조성하거나 바이오가스 플랜트, 데이터센터, 스마트 팜, 물 재이용 시설 등 도시 특성에 맞는 다양한 시설을 건설해 활용도 및 경제성을 높일 수 있다.

특히, 도심 인근의 노후화된 하수처리장은 데이터센터 건설 부지 확보에 어려움을 겪고 있는 개발기업과 하수처리장 현대 화를 계획하고 있는 지자체 모두에 새로운 대안으로 떠오르고 있다. 데이터센터 개발기업은 접근성이 좋은 최적의 입지에 에너지 절감형 데이터센터를 구축할 수 있고 지자체는 토지 장기임대 수익 등으로 주민의 복지 향상에 기여할 수 있다.

부강테크는 아카디스(Arcadis), 삼성물산 등과 파트너십을 체결하고 하수처리장과 데이터센터를 접목하는 코-플로우 (Co-Flow) 사업을 추진하고 있다. 데이터센터 냉각에 하수 처리수를 이용하는 코-플로우 기술은 데이터센터뿐 아니라 하수처리장의 에너지 절감 효과를 가져오는 동시에 기후변화 대응에도 효과적이다. 코-플로우 기술의 혁신성에 가장 먼저 주목한 세계적 컨설팅·엔지니어링 기업인 아카디스는 최근 하수를 이용한 데이터센터 냉각에서 Proteus의 우수성을 분석한 논문을 발표해 코-플로우 사업을 본격화하고 있다. 현재 코-플로우 기술을 적용한 1호 친환경 데이터센터 탄생에 관심이 쏠리는 상황이다.

스타트-업을 넘어 스케일-업 원년으로

부강테크는 코-플로우 캠퍼스 구현을 위한 핵심 기술과 솔루션 제공뿐 아니라 엔지니어링(Engineering), 시스템 통합 (System Integration), 그리고 운영 및 유지보수(Operation & Maintenance)를 통합한 턴키 서비스 역량과 프로젝트 파이낸싱(Project Financing) 역량을 꾸준히 키워 왔다. 턴키 서비스 제공을 주력사업으로 삼는 부강테크의 미국 자회사인 투모로우 워터(Tomorrow Water)가 2023년을 기점으로 매출과 이익에서 핵심 기술 및 솔루션을 제공하는 부강테크 본사를 앞서게 된 것은 시사하는 바가 크다.

부강테크는 25년 만에 스타트-업(Start-up) 단계를 마치고, 글로벌 수처리 시장의 선도기업으로 성장하기 위한 스케일-업(Scale-up) 단계를 밟고 있다. 이를 위해 올해를 스케일-업의 원년으로 선언하고 기후변화에 대응하는 혁신 기술과 솔루션, 턴키 서비스 역량에 프로젝트 파이낸싱 역량을 가미해 자체 보유기술과 자금으로 다양한 환경시설을 구축하고 운영하는 토탈 솔루션 제공자(Total Solution Provider)가 되기 위해 노력하고 있다.

환경산업에서 휴머니즘에 기반한 사업방식은 이제 선택이 아닌 필수 요건으로 자리잡고 있다. 김동우 대표의 말처럼, “앞으로 환경분야 미래 선도기업은 매출액이나 종업원 수와 같은 규모가 아니라 그 회사가 만들어 내는 영향력(Impact)으로 결정될 것이다. 그리고 이러한 영향력은 지속 가능성을 위한 새로운 비전 제시, 인류를 위한 리더십 확보, 그리고 이를 현실화하는 혁신을 만들어 세상에 전달하는 과정을 통해 만들어질 것”이다.

‘영향력 메이커(Impact Makers)’로서, 지난 26년간 원 팀(One Team)이 되어 도전과 혁신을 이어 온 부강테크가 글로벌 수처리 시장에서 선도기업으로 나아가기 위한 새로운 여정을 역동적으로 시작하고 있다.

One of them으로 남길 거부하며...

[세계 환경의 날 특집] Ⅰ. [주목받는 환경기업] 부강테크, 기후테크 기업으로 도약

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