알마텍, 슬러리 재처리 산업의 선구자로 자리매김

저가의 운영비용으로 고품질 제품생산 실현

세르지오 아빌라(Sergio Avila)

필자는 미국 일리노이 오크브룩 테라스에 위치한 펌프 솔루션즈 그룹(PSG)의 알마텍 제품 전문가다.

슬러리는 절단 과정에서 생기는 다른 부산물, 실리콘 입자들, 그리고 철에 의해 오염되고 이런 오염으로 사용이 불가능해지게 된다. 슬러리는 태양광 웨이퍼 제조 공정에서 사용되는 고가의 제품 중 하나로 많은 태양 웨이퍼 제조사들은 사용 후에 슬러리를 폐기하기보다는 현장에서 재처리해 사용할 수 있는 시스템에 대한 투자를 아끼지 않고 있다.

슬러리 재처리 산업의 선구자로서 CRS 리프로세싱 서비스는 이런 상황을 그 누구보다 잘 이해하고 있다. 미국 켄터키 주 루이빌에 본사를 두고 있는 CRS 리프로세싱 서비스(Reprocessing Services)는 세계 최대의 실리콘 카바이드 슬러리 재처리 공급업체 중 하나이며, 연간 15만MT 이상의 슬러리를 재활용하고 있다.

독일, 프랑스, 스페인, 한국, 일본, 중국, 북미 지역에 고객을 확보하고 있는 CRS는 세계 3대 태양광 웨이퍼 제조사들을 비롯해 PV 및 반도체 산업에서 활동하는 업체들에게 사용된 슬러리 재처리 서비스를 제공하고 있다.

CRS 공정

슬러리 재처리 방식 도입 초기부터 CRS가 사용한 슬러리 재처리 공정은 전매특허의 방법이었다. 이 방법은 희석액과 화학약품이 없는 기계적인 공정을 결합하는 방식으로, 이 공정의 일부로서 CRS는 최적화된 재처리 공정 관리(ORM)를 제공한다. 이는 저가의 운영비용으로 고품질 제품을 생산할 수 있도록 고객의 시설에 재처리 설비를 설계, 건축, 설치, 운영, 관리하는 것이다.

슬러리 재처리가 효율적으로 진행되도록 하기 위해 CRS는 맞춤형 설비를 설치하고 고객 설비 내에 운영 기술자와 엔지니어를 지원한다. 맞춤형 설비를 설치할 때 CRS는 슬러리 애플리케이션에 이상적인 것으로 검증된 혁신적인 기술만을 선택한다. 이를 통해 CRS는 가장 효율적인 방식으로 고객의 웨이퍼 작업을 최적화하며 특히 슬러리 품질 관리와 비용 절감에 역점을 둔다.

이러한 효율성 측정의 중요성은 슬러리 재처리 문제에 있어 가장 중요한 부분이라고 할 수 있다. 슬러리는 원재료인 실리콘 다음으로 고가의 제품이기 때문에 여기서의 비용 절감은 총비용에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 슬러리 재처리의 최적화는 웨이퍼 제품 비용과 전체 품질에 지속적이면서도 지대한 영향을 미친다. 때문에 CRS가 고객을 위해 작업을 개선하고 정지시간을 최소화할 수 있는 재처리 시스템에서 부품을 사용하는 것이다.

“우리의 사업 모델은 고객을 위해 현장에서 슬러리 재처리를 제공하는 것이고, 우리는 일주일 7일, 하루 24시간 내내 서비스를 제공한다. 또한 우리가 고객의 시설에 시스템을 설계할 때는 부품 가동시간을 고려해야 하고 잠재적 취약점을 파악해야 한다”며, “우리는 고객이 필요한 만큼의 슬러리를 확보할 수 있도록 보장해줄 수 있어야 하며, 설비 고장이나 정전이 일어났을 때 고객의 손해를 최소화해야 한다. 만약 고객에게 예기치 못한 막대한 비용이 초래된다면 결국 그 비용을 우리도 책임져야 하기 때문이다”라고 스코트 라데커 CRS 업무 부사장은 말한다.

펌프 슬러리가 문제가 될 수 있다

산업용 펌프는 CRS의 맞춤형 설비 부분이자 슬러리 재처리에서 중요한 부분을 차지한다. 이 펌프는 슬러리 재생 공정을 통해 실리콘 카바이드 슬러리를 운반한다. 이렇게 해서 CRS는 재사용 가능한 운반액(폴리에틸렌 글리콜이나 가벼운 미네랄 오일)과 실리콘 입자를 희석물질에서 분리한다. 희석물질은 재사용 가능한 입자와 운반액의 분리를 촉진하는데 사용된다. 이 펌프 설비는 마멸이 쉽게 일어나는 슬러리에서 야기되는 손상에 견딜 수 있도록 아주 튼튼하고 견고해야 한다.

슬러리 재처리를 전문으로 하면서 CRS는 슬러리에 적용하기 위한 무수한 유형의 펌프를 사용해봤지만 이러한 펌프 중 대부분은 슬러리 취급에 적합하지 않음을 발견했다. 예컨대, 상당수의 슬러리 공정은 물기가 있는 공정과 건조한 공정이 함께 혼합돼 있고 이 두 조건에 모두 적합한 펌프는 거의 없는 것으로 드러났다. 금속성 재질로 만든 펌프는 마멸과 부식이 쉽게 일어나고 있으며, 밀봉 오일의 윤활성은 날카로운 실리콘 입자에서 쉽게 성능이 떨어지는 것으로 확인됐다. 더불어 일부 펌프에서 발생하는 또 다른 문제는 액체 이동 과정에서의 진동이다. 이로 인해 소재의 흐름이 방해받거나 막히게 되고 결국 압력 스파이크가 일어나 누출사고와 고장이 발생하는 것이다.

이러한 상황을 누구보다 잘 이해한 사람이 바로 안드레아스 프랑케였다. 프랑케는 CRS의 글로벌 프로젝트 엔지니어링 책임자가 되기 전에 독일에 위치한 CRS의 한 시설에서 현장 기술자로 일했다. 현장에 있는 동안 그의 책무 중 하나는 펌프 설비를 관리하는 것이었고, 일을 하면서 CRS에서 사용 중인 펌프 설비가 문제의 가능성을 내포하고 있음을 일찍이 간파했다.

“내가 현장 기술자였을 때 우리의 모든 슬러리 조절 시스템은 기름 사용 슬러리 위주로 설계돼 있었다. 당시 우리는 알루미늄 다이어프램 펌프를 사용하고 있었는데, PEG 슬러리를 사용함으로써 알루미늄 펌프가 이런 종류의 슬러리를 견디지 못한다는 사실을 알게 됐다”면서, “우리는 각종 펌프 고장을 눈 앞에서 경험했고 이것의 주된 이유가 다이어프램 파손이나 볼트 점검 밸브가 너무 빨리 마모되는 것 중 하나였다. 우리는 새로운 펌프 솔루션이 필요함을 알았다. 이때가 바로 알마텍을 발견한 시점이다”라고 프랑케는 언급했다.

구원이 된 PE 펌프

2005년 여름, 독일에 본사를 둔 공기 주입 이중 다이어프램(AODD) 펌프 제조업체인 알마텍은 이 개념으로 CRS에 다가왔다. 그들은 슬러리에 적용하기에 아주 이상적인 기능과 소재를 가진 대체 펌프를 제공했다. 슬러리 생산 비용을 절감할 수 있는 펌프의 필요성을 인식하고 있던 CRS는 이 신규 프로젝트에 알마텍의 도움이 필요함에 공감했다. 

“알마텍이 우리에게 왔을 때 나는 알루미늄 다이어프램 펌프가 갖고 있던 많은 문제들을 그들과 공유했다”라며, “알마텍은 마멸이 쉬운 액체에 잘 견딜 수 있는 재질을 알아내기 위해 알루미늄과 폴리프로필렌(PP)과 폴리에틸렌(PE)을 비교하는 실험을 했다. 이를 통해 PE가 가장 적합한 재질임을 확인할 수 있었다”고 프랑케는 설명했다.

이러한 결과를 가지고 CRS와 추가 기능을 논의한 알마텍은 PE 재질로 된 견고한 몸체의 플라스틱 공기 주입식 다이어프램 펌프를 제조하기 시작했다. 이 펌프는 폴리프로필렌에 비해서는 7배, 강철에 비해서는 1.6배의 마멸 저항을 갖추고 있었다. 견고한 제품 설계 덕분에 알마텍은 까다로운 슬러리 작업 조건에서도 충분히 사용 가능한 단단하고 견고한 펌프를 만들 수 있었다. 이 견고한 펌프 설계 덕분에 CRS에도 아주 많은 이득이 있었다. 예컨대, 혁신적인 링 고정 구조 덕분에 펌프의 안전성이 높아졌고 제품 성능이 향상됐으며, 공기 소비와 잡음 발생이 줄고 진동 억제 기능도 보완됐다.

“알마텍이 가져온 몇 개의 실험용 펌프를 독일에 있는 제처리 시스템 중 한 곳에 설치했는데, 3개월 이상 지속됐다. 당시에 3개월은 우리에겐 대단한 기간이었다”면서, “이 펌프는 견고한 PE 재질로 만들어져 이전에 사용하던 알루미늄 펌프에 비해 훨씬 더 긴 시간동안 작동했다. 펌프가 너무 잘 작동했기 때문에 우리는 알마텍에 펌프 모델 3개를 제공해달라고 요청할 정도였다”고 프랑케는 설명했다.

견고한 본체 설계뿐만 아니라 알마텍은 일반적인 스트로크 길이보다 더 짧은 길이로 더 큰 전체 지름의 다이어프램 펌프를 설계했다. 이 때문에 전선 부하가 적고 긴 다이어프램 수명이 확보됐다. 이는 결과적으로 낮은 운영비용과 펌프 고장율 감소로 이어졌다.

프랑케는 “알마텍의 펌프로 전환을 시도하기 전에 우리는 펌프 유지 관리비를 상당히 많이 지출하고 있던 상황이었고 우리 회사의 현장 기술자들은 펌프 서비스 제공에 작업 시간의 60~70%를 할애하고 있었다”라며, “알마텍 덕분에 우리는 펌프 유지관리비를 약 80%까지 절감했다. 알마텍 펌프는 긴 수명과 손쉬운 관리가 특징으로 전체 운영비용 절감에도 실질적인 도움이 되고 있다”고 언급했다.

독일 시설에서 알마텍 펌프로 성공을 거둔 이후 CRS는 KY 루이빌에 위치한 베르너-토드 펌프 회사의 영역 관리자인 브라이언 깁슨에게 연락을 취했다. 깁슨은 알마텍 제품 라인에 대한 교육을 위해 CRS 경영진과 함께 일하기 시작했고, 결국 그들과 훌륭한 작업 파트너십을 형성했다. 깁슨의 도움으로 CRS는 현재의 재처리 시스템 곳곳에 적합한 알마텍 펌프의 구매와 설치를 할 수 있었고, 깁슨은 여기에서 새로운 시스템에 알마텍 펌프가 사용되도록 지정하는 일을 돕고 있다.

라데커는 “우리가 필요한 부품을 구매하거나 구매 주문서가 있을 때 깁슨은 우리가 어떻게 해야 하는지 어디로 가야 하는지 정확하게 짚어줬으며, 각국의 지원 인력과의 연결고리가 돼줬다”면서, “알마텍은 전 세계에 배치된 우리 직원들의 말을 열심히 들었고, 펌프에 어떤 개선이 필요한지 파악했다. 우리는 대략 25~30개의 다른 업체들을 활용해 시스템 하나를 구축한다. 알마텍에 관한 한 나는 빨리 조달되지 않는 제품 납품(공급) 문제로 골치를 앓아본 기억이 없다. 우리는 필요한 때면 언제라도 부품과 펌프를 구할 수 있다. 알마텍 펌프는 소유 비용의 관점에서 보아도 충분히 그만한 비용투자의 가치가 있다. 우리는 어느 때부턴가 모든 시스템에 알마텍 펌프를 사용하게 됐다”고 강조했다.

본 기사는 공기 주입식 이중 다이어프램(AODD) 펌프를 생산하는 세계 굴지의 제조업체인 알마텍(www.almatecsolar.com)에서 제공한 태양광 펌프 솔루션 자료를 게재한 것입니다.

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