본 연구에서는 실리콘 카바이드(Silicon Carbide) 웨이퍼 제조공장에서 사용되는 초순수를 공급하는 2,400 m³/day 규모의 실증플랜트를 대상으로 에너지 사용량을 분석하였다. 초순수 실증플랜트의 전력이외에 스팀 및 질소 가스 사용량까지 SEMI S23-0813의 에너지 환산계수를 이용하여 전력량 기준으로 환산 후, 팹의 실사용량 대비 단위 생산 수량당 비에너지 소비량(SEC, kWh/m³)으로 비교하였다. 초순수 플랜트의 연간 총에너지 평균 소모량은 47.4±25.3 kWh/m³로 산정되었으며, 스팀, 전력, 질소 에너지의 비율은 각각 54%, 42%, 4%를 차지하였다. 또한 플랜트 전력 소비량 중 단위 공정 간 용수 이송 펌프전력이 전체 전력 사용량의 64%를 차지하여, 플랜트의 수직 구조와 수요처와 초순수 플랜트 간 공급⋅회수 순환계통에 상당한 이송 에너지가 요구되는 것으로 나타났다. 2023년 6월부터 2025년 11월까지의 월평균 운영자료 30개(n=30)를 이용한 pearson 상관성 분석 및 단순선형회귀 결과, 스팀 비에너지 소비량은 원수 수온과 강한 음의 상관관계를 보였으며(r=-0.968, 95% CI:-0.985∼-0.932, p<0.001), 회귀식은 Steam SEC = 82.095−3.064T로 나타났다(R²=0.936, p<0.001). 반면 전력 SEC와 질소 SEC는 원수 수온과 유의한 관계를 보이지 않았고, POU 사용량과는 각각 유의한 음의 상관관계를 나타냈다. 또한 초순수 플랜트의 평균 이산화탄소 배출량은 20.9±11.1 kg CO₂/m³로 산정되었다. 본 연구에서는 반도체용 초순수 플랜트에서 열에너지와 이송동력이 전체 에너지 사용량에 지배적임을 실증적으로 제시하였다.

This study investigated the energy consumption characteristics of a 2,400 m³/day ultrapure water (UPW) plant supplying process water to a silicon carbide (SiC) wafer fabrication facility. To enable an integrated assessment of utility demand, the consumptions of electricity, steam, and nitrogen consumption was converted into equivalent electrical-energy and analyzed on a specific consumption basis. The results indicated that the annual total specific energy consumption of the UPW plant was 47.4±25.3 kWh/m³, with steam, electricity, and nitrogen accounting for 54%, 42%, and 4%, respectively. Among the electrical loads, inter-process transfer pumps presented 64% of total electricity consumption, implying that the plant configuration and recirculation requirements impose a considerable transport energy burden. Linear regression analysis using 30 monthly average operational datasets demonstrated a strong inverse relationship between steam specific energy consumption (SEC) and raw-water temperature, as described by the equation Steam SEC = 82.095−3.064T (R²=0.936, p<0.001). This result suggests that thermal control of feed water is dominant factor governing fluctuations in overall energy demand. The associated carbon dioxide emissions were estimated at 20.9±11.1 kg CO₂/m³, which is remarkedly higher than values reported for conventional drinking water treatment systems, reflecting the energy-intensive nature of semiconductor grade UPW production. These findings provide quantitative insight into the energy structure of semiconductor UPW systems and highlight the importance of feed water temperature management and transport energy reduction as key strategies for improving operational efficiency and environmental performance.

요약문
ABSTRACT
1. 서 론
2. 연구방법
    2.1 반도체 산업용 초순수 실증플랜트
    2.2 비에너지소비량 산정
    2.3 통계 분석
3. 결과 및 고찰
    3.1 초순수 생산 전력 에너지 사용량 분석
    3.2 질소 가스 소모량 분석
    3.3 스팀 소모량 분석
    3.4 운영 인자별 에너지 상관관계 분석
    3.5 초순수 플랜트 에너지 사용량의 CO₂ 배출량 환산
    3.6 초순수 플랜트 에너지 저감 방안
4. 결 론
References

• 탁세완(한국수자원공사 산업용수처) | Se-Wyan Tac (Industrial Water Management Department, K-water)
• 권병수(한국수자원공사 산업용수처) | Byung-Su Kwon (Industrial Water Management Department, K-water)
• 김경엽(한국공학대학교 기계공학과) | Kyung-Yup Kim (Department of Mechanical Engineering, Tech University of Korea)
• 간민(명지대학교 환경시스템공학과) | Min Kan (Department of Environmental Engineering and Energy, Myongji University)
• 이경혁(명지대학교 환경시스템공학과) | Kyung-Hyuk Lee (Department of Environmental Engineering and Energy, Myongji University) Corresponding author