영하 100℃까지 공기로 냉각? 지구온난화 걱정 없는 혁신적 냉매 기술 개발!

기후 변화와 환경 문제가 전 세계적으로 심각한 화두로 떠오르면서, 지구온난화의 주요 원인 중 하나로 지목된 기존의 냉매 물질들에 대한 규제가 점차 강화되고 있습니다. 프레온 가스와 수소불화탄소(HFC) 같은 냉매는 오랫동안 다양한 냉각 시스템에서 사용되었지만, 이들 물질은 강력한 온실가스로서 지구온난화를 촉진시키는 주범으로 지적받아 왔습니다. 이러한 상황 속에서 한국에너지기술연구원(KIER)의 연구팀이 공기를 냉매로 활용한 새로운 냉각 기술을 개발하며 주목받고 있습니다. 이번 글에서는 지구온난화 문제를 해결할 수 있는 이 혁신적인 기술에 대해 자세히 살펴보겠습니다.

 

기존 냉매의 문제점과 새로운 대안의 필요성

냉각 기술은 우리 일상에서 없어서는 안 될 중요한 기술입니다. 특히 에어컨, 냉장고, 자동차 공조 시스템, 반도체 공정 등 다양한 산업과 생활 분야에서 필수적인 역할을 하고 있습니다. 그러나 현재 사용되는 대부분의 냉각 시스템은 불화온실가스(F-gas)를 냉매로 사용합니다. 이들 가스는 온실 효과를 일으켜 지구온난화를 가속화시킨다는 심각한 문제가 있습니다.

 

유럽연합(EU)은 이러한 문제를 해결하기 위해 2025년부터 불화온실가스를 포함한 제품의 판매를 단계적으로 중단하는 규제 개정안을 발표했습니다. 이는 한국을 비롯한 전 세계의 많은 국가들이 따라야 할 방향성을 제시하며, 새로운 대체 기술의 개발을 요구하고 있습니다. 특히 한국은 주요 수출품인 반도체와 자동차 공정에서 불화온실가스를 사용하고 있어, 이를 대체할 친환경 기술이 절실한 상황입니다.

공기 냉매를 활용한 '역-브레이튼 사이클' 냉각 기술

이러한 상황에서 한국에너지기술연구원의 연구팀이 개발한 공기 냉매를 활용한 냉각 기술은 획기적인 대안으로 떠오르고 있습니다. 연구팀은 공기를 냉매로 사용하는 '역-브레이튼 사이클'을 통해 영하 100℃까지 냉각이 가능한 시스템을 개발하는 데 성공했습니다. 이 기술은 기존의 액체 냉매를 사용하는 증기 압축식 사이클과 달리, 공기를 고온·고압으로 압축한 후 열교환기와 팽창기를 거쳐 저온·저압 상태로 변환하여 차가운 공기를 냉각에 활용하는 원리입니다.

 

이 과정에서 액체 냉매가 필요 없기 때문에, 온실가스 배출이 전혀 없다는 점이 가장 큰 장점으로 꼽힙니다. 그러나 이 시스템을 구현하기 위해서는 초고속 회전하는 설비를 정밀하게 설계해야 하며, 압축기와 팽창기 사이의 간격과 축의 변위를 0.1mm 이내로 맞추는 등 매우 높은 기술적 난이도가 요구됩니다. 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 컴팬더(컴프레서+익스팬더) 시스템을 고안해냈습니다. 이 시스템은 압축기, 모터, 팽창기가 하나의 축으로 연결되어 5만 RPM에 달하는 고속 회전 중에도 안정적으로 작동할 수 있도록 설계되었습니다.

 

실용화 가능성과 산업적 응용

연구팀이 개발한 공기 냉각 시스템은 이미 실험을 통해 뛰어난 성능을 입증받았습니다. 개발된 시스템은 1시간 만에 공기를 영하 60℃ 이하로 냉각할 수 있었으며, 영하 50℃ 이하에서 냉각할 때는 기존 증기 압축 방식보다 효율이 더 높았습니다. 연구팀은 이론적으로 영하 100℃까지 냉각할 수 있으며, 이때 냉각 효율은 기존 방식보다 50% 이상 향상될 것이라고 예측하고 있습니다.

 

이 기술이 상용화되면 반도체 공정, 바이오, 의약품 저장 등 초저온이 필요한 다양한 산업 분야에서 널리 활용될 것으로 기대됩니다. 특히, 환경 규제가 강화됨에 따라 친환경 냉매 사용이 필수적인 상황에서 이 기술은 큰 경쟁력을 가질 것으로 보입니다. 이범준 책임연구원은 "현재 성능 개선을 진행하고 있으며, 곧 초저온이 필요한 여러 산업 분야에 적용할 수 있을 것으로 기대된다"고 밝혔습니다.

 

한국에너지기술연구원이 개발한 공기 냉매 활용 냉각 기술은 지구온난화 문제를 해결할 수 있는 혁신적인 대안으로 주목받고 있습니다. 이 기술은 기존의 불화온실가스를 대체할 뿐만 아니라, 냉각 효율을 크게 향상시킬 수 있어 다양한 산업 분야에 큰 변화를 가져올 것으로 기대됩니다. 기후 변화와 환경 문제가 전 세계적으로 중요시되고 있는 지금, 이러한 기술 개발은 지속 가능한 미래를 위한 필수적인 과정임을 다시 한번 강조하고자 합니다.

당신을 위한 3줄 요약

1. 한국 연구팀이 공기를 냉매로 활용해 영하 100℃까지 냉각 가능한 기술을 개발했습니다.
2. 이 기술은 지구온난화의 주범인 불화온실가스를 대체할 수 있으며, 다양한 산업에 적용될 예정입니다.
3. 친환경 냉매 기술의 상용화는 지속 가능한 미래를 위한 중요한 단계입니다.

3 line summary for you

1. A Korean research team has developed a technology that cools air to -100°C using air as a refrigerant.
2. This technology can replace harmful greenhouse gases and is expected to be applied in various industries.
3. The commercialization of eco-friendly refrigerant technology is a crucial step toward a sustainable future.

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