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환경 보전을 위한 삼성전자 반도체의 수자원 기술

삼성전자 반도체의 엄격한 수자원 관리는 ‘물 한 방울’에서 시작된다. 사업장 바닥이나 도로에 떨어진 빗물까지도 별도의 하수처리 시설에서 정화되고 있다는 사실. 삼성전자 DS부문의 반도체 공정에 사용된 용수는 법적 기준보다 강화된 내부 규정을 적용한 정화 과정을 거친다. 특정 성분만을 선택적으로 투과시키는 막을 의미하는 멤브레인(Membrane) 기반의 기술을 통해 수자원을 정화시키는데, 정화된 물은 냉각탑이나 옥상 대기오염 물질 저감 장치에 활용되어 전체적인 재이용량을 높인다.

실제 재이용된 수자원은 2018년 4천6백만 톤, 2021년 6천3백만 톤, 2022년 8천5백만 톤으로 점진적인 증가 추세를 보이고 있다.

제품 생산에 필요한 용수를 효율적으로 사용하는 것만큼이나 중요한 것은 철저한 수질 정화, 그리고 안정적인 방류다. 재이용 후 남은 용수는 미생물을 이용한 생물학적 처리, 화학적 처리, 필터를 이용한 물리적 처리로 정화한 후 방류한다. 폐수 정화부터 방류까지 이어진 모든 처리 과정은 중앙통제실(CCR)에서 실시간으로 측정된다.

삼성전자 반도체 뉴스룸이 만난 임직원은 환경 기획, 화학물질, 자원순환 등 환경보전그룹의 전체적인 업무를 총괄하는 19년 차 전문가, 임현정 그룹장이다. 그의 말에 따르면 삼성전자 반도체의 수자원 환원에는 좀 더 특별한 비밀이 있다고 한다.

삼성전자 반도체의 수자원 순환 노력에 있어 주목할 만한 부분은 ‘다양한 이해관계자와의 연대’다. 전사적인 차원의 노력 외에도 협력사 및 국제사회와의 협력으로 수자원 보호에 힘쓰고 있다.

임현정 그룹장은 “수자원을 덜 쓰고(Reduce), 재이용하고(Reuse), 재활용(Recycle)하는 3R 활동 덕분에 2022년에는 국내 사업장 기준 8천5백만 톤을 재이용했다”고 설명했다. 이어 “2022년 11월 환경부·지자체와 하수처리수 재이용 활성화를 위한 업무협약(MOU)를 체결하여, 현재 약 1억 5,000만 톤의 하수처리수를 공공하수처리장으로부터 공급받는 것을 추진 중에 있다”고 밝혔다.

한편 ▲재이용 시스템 구축 ▲외부 재이용수 활용 ▲멤브레인 기반 재이용 기술 개발 ▲제조 용수 사용량 절감 도입 등의 노력을 바탕으로 수자원, 국제 환경 인증을 취득해왔다. 임현정 그룹장은 “삼성전자 반도체가 취득한 수많은 인증에는 수자원 기술팀과 운영팀, 그리고 환경팀 담당자분들의 노고와 전문성이 있었다”고 강조했다.

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사람과 자연이 공존하는 조화로운 미래

삼성전자 반도체는 지역사회와의 소통과 협력을 통해 하천·해양 생태계 보전 활동에도 힘을 보태고 있다. 1992년 지역 초등학교와 맺은 자매결연을 시작으로, 2007년 환경과학교실, 2013년 생태체험학습 활동을 추가 시행하며 자연과의 교감을 촉진하고 생태계 보존의 중요성을 일깨워 왔다. 또한 지역 하천 생활 쓰레기 수거, 유기미생물(EM) 흙공 투척, 토종 물고기 방류, 창포 심기 등을 통해 직접적인 환경 개선에도 앞장서 왔다.

이러한 지속적인 노력 덕분에 사업장 인근의 수생태계는 개선되었다. 삼성전자의 풍부한 방류수와 지역자치단체, 환경단체의 노력 덕분에 오산천의 수질이 개선되고, 생태계가 활성화됐다. 깨끗하게 처리된 방류수가 오산천의 유지용수와 자정작용에 중요한 역할을 했고, 수생태계 지표종(Keystone species)인 수달이 등장했다. 이와 함께 깨끗한 하천에서 서식하는 피라미, 모래무지 등의 어류 개체 수 또한 증가했다.

“오산천뿐만 아니라 원천리천, 서정리천, 곡교천에도 직방류 혹은 공공하폐수처리장을 통해 생태하천 복원 사업에 기여를 하고 있다”며, “1사(社)1천 협약을 맺고 토종 물고기 방류, 생태계 교란 생물 제거, 하천 정화 활동 등 생물 다양성 개선을 위한 참여형 활동도 지속적으로 수행하고 있다”고 말한 임현정 그룹장. 삼성전자는 이러한 결과에 만족하지 않고 다음 스텝을 준비하고 있다.

앞으로의 수자원 관리 계획을 묻는 마지막 질문에 그는 “현재 삼성전자 반도체의 목표는 ‘2030년 용수 취수량 2021년 수준 절감’과 ‘2040년 수질오염물질 자연상태 처리 배출’이다”라며, “철저한 수자원 관리 전략과 노력, 환경 보전을 위한 지역사회와 정부 기관과의 긴밀한 협력을 통해 유의미한 환경 보전 성과들을 일굴 예정이다”라고 자신감을 내비쳤다.

‘물’은 인류가 살아가는 데 필수적인 요소인 것처럼 반도체에게도 중요한 존재다. 웨이퍼를 깎고 회로를 새기는 공정을 수백 차례 반복하는 과정에서 많은 물이 사용되기 때문이다. 책임감 있는 수자원의 관리를 통해 반도체 산업의 새로운 미래를 그리는 삼성전자에 많은 응원을 부탁드린다.

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삼성전자 반도체는 국내 5개(기흥/화성/평택/온양/천안), 미국 오스틴, 중국 3개(시안/쑤저우/천진) 등 총 9개 사업장에서 세 개 분야 모두 저감 인증을 받으며, ‘Triple Standard’ 라벨을 취득하는 쾌거를 이뤘습니다.

반도체 업계 최초 전 세계 사업장 Triple Standard 획득
카본 트러스트 인증 기준보다 높은 수준의 저감률 달성

‘Triple Standard’는 3년 간 사업장에서 사용하는 물의 양과 탄소/폐기물 배출량에 대한 저감 기준을 충족하고, 환경과 관련한 경영 체제를 종합적으로 평가한 기준을 만족한 기업에게 수여됩니다.

반도체 산업은 공정이 점차 복잡화, 미세화 되고 있으며 생산량과 생산 시설도 계속 늘어나고 있어 절대적인 용수 사용량과 탄소/폐기물 배출량이 증가하고 있습니다. 이러한 상황에서 배출량을 저감한다는 것은 쉽지 않은 과제인데요. 삼성전자 반도체는 수자원, 온실가스, 자원순환 분야에서 인프라 구축 등 여러 노력을 꾸준히 진행하며 한 번에 세 가지 인증을 모두 받았습니다.

2018년과 2019년 평균 대비 2020년에 생산량 기준 환산 시, 각각 약 130만 톤의 탄소 배출량과 1,025만 톤의 물 사용량, 그리고 총 35,752톤의 폐기물을 감축한 것인데요. 저감 항목별로 살펴보면 약 2억 그루의 소나무를 심어야 흡수할 수 있는 탄소의 양, 화성시와 용인시에 거주하는 약 200만 인구가 한 달 동안 사용하는 물의 양, 화성시/용인시 약 200만 명이 한 달 동안 배출하는 생활 폐기물의 양을 모두 줄인 것과 비슷한 수준입니다. 

특히, 삼성전자 반도체가 카본 트러스트가 제시한 저감 기준(탄소배출량 3.7%, 물 사용량 2.2%, 폐기물 배출량 2.1%)을 넘는 높은 저감률(탄소 9.6%, 용수 7.8%, 폐기물 4.1%)을 기록한 것도 주목할 점이죠.

수십년 간의 연구를 바탕으로 인프라 구축부터 실천까지.. 한 마음, 한 뜻으로 이뤄낸 값진 결과

지난 3년 간 삼성전자 반도체는 어떤 노력들을 했기에 이러한 성과를 달성할 수 있었을까요? 환경팀 구태완, 김기은, 정의진 님을 만나 ‘탄소/물/폐기물 저감’ 인증 비하인드 스토리를 들어봤습니다.

구태완님

“사업장에서 사용되는 물의 양을 줄이기 위해 공정과 재이용 측면에서 전반적인 관리가 필요했습니다. 공정의 경우, 사용되는 물의 양을 최적화하기 위해, 세정 공정에서 기존 물의 분사 시간을 점차 줄이는 테스트를 진행했죠. 예를 들어, 기존에는 10초 동안 분사해야 했던 것을 9초, 8초로 줄여 제품 퀄리티에 문제가 없는지 확인했습니다. 이렇게 공정 단에서 줄일 수 있는 용수를 줄이는 과제를 2020년에만 180건 가량 진행했는데요. 제조팀과 함께 고민하고 실행에 옮긴 결과 물 사용량을 많이 저감할 수 있었습니다.”

이와 함께 공정에 사용된 폐수를 재이용해 외부에서 가져오는 물을 대체하기 위한 기술적인 노력도 병행됐습니다. 물을 정화하는 데 쓰이는 ‘멤브레인 기술’을 용수 종류별로 최적화한 것이 대표적이죠.

* 멤브레인: 특정 성분을 선택적으로 통과시킴으로써 혼합물을 분리할 수 있는 막

“멤브레인 기술은 지난 2013년부터 폐수 정화에 적용했습니다. ‘어떤 성상을 가진 폐수인가’에 따라, 정화에 가장 적합한 멤브레인의 종류가 다 다른데요. 반도체 사업장에서 나오는 폐수 특성을 고려해 수많은 멤브레인 중 각 폐수에 가장 알맞은 것을 찾기 위해 FT팀과 환경안전연구소의 담당자들이 오랜 시간 동안 연구해야 했습니다.”

이 밖에도 초순수로 사용된 물을 반도체 설비 유지에 필요한 옥상 세정 시설이나 냉각탑 등에 재사용 하고 있는데요. 2020년에는 국내외 반도체 전 사업장(9곳)에서 총 약 7천만 톤의 물이 재이용 됐습니다. 그만큼 물을 외부로부터 덜 끌어와도 되니, 어마어마한 양의 수자원을 절약했다는 것을 알 수 있겠죠?

또한, 상수와 하수의 중간 정도 수질의 물을 ‘중수’라고 하는데요. 삼성전자 반도체 사업장에서는 일부 중수도 설비를 통합하여 설비의 운전 효율을 높이는 방법으로도 물 사용량을 줄였습니다.

한편, 온실가스 배출을 줄이기 위한 노력도 오랜 기간 이어졌습니다. 반도체 제조 공정 중 에칭, 증착 등에 사용되는 공정가스 사용량 감축 및 배출 처리를 위한 인프라를 구축했고, 온실가스 분해 장치의 처리 효율을 높이기 위한 노력이 꾸준히 계속됐습니다.

김기은님

“삼성전자 반도체는 2007년 반도체 업계 최초로 협력 업체와 함께 온실 가스 분해 설비를 만들었습니다. 해당 설비를 통해 공정에서 발생되는 온실가스들을 대부분 처리해 배출하죠.

그리고 FT팀 및 환경안전연구소에서는 이 설비에 투입되는 촉매에 대한 연구도 멈추지 않았습니다. 촉매 성분을 바꾸어 분해 효율을 높이고, 교체 주기도 늘리는 것입니다. 현재는 2세대 촉매를 사용하고 있는데요. 더 진일보한 3세대 촉매 개발을 위한 연구도 병행하고 있습니다.”

한편, 삼성전자 반도체 사업장 내 온실가스 배출량 중 약 62% 이상은 ‘전력’ 소모에 기인하고 있습니다. 하지만 반도체 팹(Fab)은 안정적인 생산을 위해 24시간 일정한 전력 공급이 필수적입니다. 따라서 고효율 설비를 도입해 팹 내부 전력 사용량을 감축하고 주차장, 사무실만이라도 태양광 발전을 하는 등 재생에너지를 사용하는 노력도 멈추지 않고 있습니다.

“반도체 설비 운영을 위해 전기 사용을 대폭 줄일 수는 없지만, 사용되는 전기 자원의 생산 방식을 친환경으로 바꿀 수는 있죠. 해외 사업장은 REC (Renewable Energy Certificate) 인증서 제도를 통해 전력 100%를 재생에너지로 전환하고 있고, 관련 제도나 재생 에너지 발전이 아직 부족한 국내 사업장은 사업장 내 태양광 발전 시설로 전력 사용을 줄이기 위해 노력하고 있습니다.”

각 부서별 현업 담당자들의 노력은 폐기물 분야에서도 빛났습니다. 2019년에는 폐기물 중 가장 큰 비중을 차지하는 폐수 슬러지를 줄이기 위해 전담 TF를 결성, 전방위적으로 해결 방안을 모색했습니다.

정의진님

“폐기물에서 가장 큰 부분을 차지하는 슬러지는, 폐수 정화에 사용되는 약품의 양, 함수율 등에 따라 그 무게가 결정됩니다. 따라서 폐수 슬러지 양을 저감하기 위해 공정 단계에서 사용하는 소재를 변경하여 정화에 쓰이는 약품을 최소화했고, 결과적으로 폐수 슬러지 양을 7만 5천톤 정도 줄일 수 있었습니다. 아마 공정 단계에서 함께 고민해주지 않으셨다면, 불가능한 일이었을 거예요.”

정의진님은 폐기물 저감에는 전 임직원들의 공감과 이해가 바탕이 되었음을 강조하기도 했습니다.

“2019년도에는 사내 식당 테이크아웃 용기를 변경하기도 했습니다. 비닐이나 플라스틱으로 된 포장재를 제거하거나 재활용이 가능한 종이로 대체한 것이죠. 이를 통해 1년에 168톤의 폐기물을 저감할 수 있었습니다. 사실 임직원들이 이에 대해 반발하거나 ‘큰 변화가 있겠어?’라고 생각했다면 실현되지 못했을 프로젝트였습니다. 이 때문에 환경 문제에 대한 임직원들의 공감과 노력도 이번 인증 취득에 기여했다고 생각합니다.”

삼성전자 반도체가 친환경으로 나아가는 길

그렇다면 지속가능한 미래를 위해 삼성전자 반도체가 추구하는 앞으로의 목표는 무엇일까요?

김기은님은 온실가스를 배출하는 모든 요소에 있어 지속적인 관리를 통해 앞으로 다가올 탄소 중립 시대를 대비하겠다는 목표를 밝혔습니다.

김기은님

 “전 세계가 탄소 중립을 선언하고, 온실가스 감축 목표를 상향하고 있습니다. 반도체 제조 과정에서 온실가스를 배출하는 공정가스, 전력, LNG 등 모든 요소에서 지속적인 감축이 이루어져야 하는 상황입니다. 이를 위해 인프라 개선뿐만 아니라 보다 큰 그림에서 관리가 실현될 수 있도록 노력할 예정입니다.”

이어 용수 관리 담당 구태완님과 폐기물 관리 담당 정의진님은 사용량 및 배출량 절감을 위해 다각도로 고민해 놓치는 부분이 없도록 노력하겠다는 말을 전했습니다.

구태완님

“폐수 정화와 재이용은 물론, 쉽게 지나칠 수 있는 부분도 활용될 수 있도록 연구하고 싶습니다. 예를 들어, 저 개인적으로는 빗물을 자원화할 수는 없을까 하는 생각도 해봤습니다. 궁극적으로는 우리 회사가 외부에서 조달해 오는 수자원의 양보다 주변 하천에 도움이 되도록 정화해 방류하는 물의 양이 더 많은 ‘넷 파지티브(Net positive) 사업장’을 구현하는 것이 저의 꿈입니다.”

정의진님

“사업장으로 들어오는 원부자재들의 포장재와 같이 이전에는 미처 살피지 못했던 부분까지도 살펴보려고 해요. 전체적으로 보았을 때는 적은 양이더라도 폐기물을 줄여나가는 데 있어 손이 닿지 않는 곳이 없도록 모든 것을 눈 여겨 볼 예정입니다. 그리고 폐기물의 재활용률도 높여 ‘자원 순환’을 실천하는 삼성전자가 될 수 있도록 노력하겠습니다.”

삼성전자 반도체는 앞으로도 생산부터 공급에 이르기까지 반도체 사업 운영의 전 단계에 걸쳐 보다 적극적인 친환경 활동들을 실천해 나갈 계획인데요. 지속가능한 미래를 위해 다양한 노력을 이어 나갈 삼성전자 반도체에 많은 관심 부탁드립니다.

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지난 11월 26일 주한 영국대사관에서 열린 ‘제품 탄소발자국/환경성적표지인증 수여식(Ceremony of PCF/EPD Certification)’에서 반도체 업계 최초로 ‘친환경 우수성’을 인증 받던 순간과 카본 트러스트(The Carbon Trust) 인증에 대한 정보, 삼성전자의 친환경 반도체 제품들을 포토뉴스를 통해 확인해보세요!

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삼성전자가 26일 주한 영국대사관에서 열린 영국 카본 트러스트(The Carbon Trust) 주관 ‘제품 탄소발자국/환경성적표지인증 수여식(Ceremony of PCF/EPD Certifcation)’에서 글로벌 반도체 업계 최초로 ‘친환경 우수성’을 인증 받았습니다.

* PCF(Product Carbon Footprint): 제품 탄소발자국
*EPD(Environmental Product Declaration): 환경성적표지 인증

반도체 제조 전과정 측정해 국제 심사기준(PAS 2050, ISO 14046) 첫 통과

‘카본 트러스트’는 영국 정부가 2001년 설립한 친환경 제품(서비스) 인증 비영리 기관으로, 제조 이전단계부터 제품 생산까지 발생하는 탄소와 물 사용량이 환경에 미치는 영향을 종합적으로 측정해 국제 심사 기준에 따라 ‘탄소 발자국’과 ‘물 발자국’ 인증을 수여합니다.

*탄소 발자국 산정 표준(PAS 2050)
*물 발자국 산정 표준(ISO 14046)

삼성전자의 ‘512GB eUFS 3.0’은 ‘탄소 발자국’과 ‘물 발자국’ 인증을 동시에 획득했습니다. 카본 트러스트가 반도체 제품의 친환경 제조 성과를 인증한 것은 이번이 처음입니다.

‘512GB eUFS 3.0’은 고성능 5세대(9x단) 512Gb V낸드 기반의 제품으로 기존 제품(4세대 64단) 256Gb V낸드 기반의 256GB) 대비 용량을 2배, 데이터 전송 속도(연속읽기)를 2.1배 높였고 동작전압도 33% 낮춰 ‘속도?절전?생산성’을 동시에 달성한 제품입니다.

삼성전자는 업계에서 유일하게 셀 적층 단수를 약 1.5배 높이면서 90단 이상의 셀을 한 번에 뚫는 단일 공정(1 Etching Step)을 ‘5세대 512Gb V낸드’에 적용하고, 기존 4세대 V낸드 대비 칩 사이즈를 25% 이상 줄임으로써 탄소 배출량과 물 사용량을 최소화했습니다.

삼성전자 DS부문 기흥/화성/평택단지 박찬훈 부사장은 “우리 반도체가 초격차 기술로 친환경적으로 제조된다는 것을 국제적으로 인정받아 매우 기쁘다”라며, “앞으로도 글로벌 소비자의 사용편의성을 더욱 향상시키기 위해 ‘초고속, 최고용량, 초절전, 초소형 반도체’를 친환경적으로 생산해 나갈 것”이라고 강조했습니다.

최신 플래그십 스마트폰에 친환경 제조 메모리 공급 적극 확대 추진

한편 삼성전자는 이날 한국 환경부로부터 ‘1TB eUFS 2.1’과 ‘5세대 512Gb V낸드’의 국내 ‘환경성적표지(EPD, Environmental Product Declaration)’ 인증도 함께 받았습니다.

삼성전자는 프리미엄 시장에서 ‘친환경 초고용량 메모리’ 수요를 본격 확대하고 글로벌 고객과의 차세대 기술 협력을 더욱 강화하여 글로벌 사업 위상을 지속 높여 나갈 계획입니다.

■ ‘512GB eUFS 3.0’ 탄소 배출량, 물 사용량 (카본 트러스트)

* 13.4 kg CO2 는 30년생 소나무 두 그루가 1년간 흡수하는 수준 [산림청 국립산림과학원, 2012]

■ 반도체 친환경 국내외 인증 이력

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