Non-CO₂ 온실가스 저감기술개발사업단(단장 문승현, 이하 사업단)이 지난 1일부터 3일까지 온라인 기술설명회를 개최했다.
사업단은 지난 2013년 출범해 지자체 환경기초시설에서 발생하는 CH₄(메탄), N₂O(아산화질소)와 전자·전기·화학 등 산업분야에서 발생하는 N₂O, PFCs(과불화탄소), SF₆(육불화황), HFCs(수소불화탄소) 등을 저감시키는 기술개발을 추진하고 있다.
이번 기술설명회는 올해 연말로 사업단의 연구종료시점이 도래함에 따라 그간의 성과에 대한 결실을 공유하고 사업단의 연구·기술개발분야에 관심이 있는 사업자들을 통해 현장에 온실가스 저감기술을 도입시키기 위해 기획됐다.
기술설명회에서는 메탄활용기술 세션에서 △바이오가스 및 매립가스엔진 발전기술(하나티이씨) △가축분뇨 유래 온실가스 배출억제기술(인하대 산학협력단) △바이오메탄분해 수소생산기술(에스코넥) △소형LNG 증발가스 재역화시스템(엔케이) 등이 발표됐으며 아산화질소 저감기술 세션에서 △무동력 온실가스저감 파이오필터시스템(대가파우더시스템) △N₂O 저감 무환원제 스크러버(퓨어스피어) 등이 발표됐다.
불화가스 저감기술 세션에서는 △자연냉매 활용 냉방시스템(삼공사) △LNG 냉열을 활용한 CO₂ 냉매 냉방·냉동탑차 △플라즈마 고온 열원과 시멘트 킬른을 이용한 F-gas 분해 및 고정화처리기술(성신양회) △반도체 공정에서 발생하는 PFCs가스 대용량 촉매분해 통합처리시스템(명성CMI) △압출발포폴리스틸렌(XPS) 폐쇄형 기포발포제프레온가스 대체기술을 적용한 온실가스감축기술(GPS코리아) 등이 발표됐다.
콜드체인·단열재산업 F-gas 저감기술 공유
이번 기술설명회에서는 건물·수송부문에서 온실가스 저감과 탄소중립을 실현하기 위한 아이템들이 공개됐다.
정영록 삼공사 연구총괄책임은 ‘자연냉매 활용 산업용 소형냉방시스템 개발’ 발표에서 “몬트리올의정서에서 197개국이 HFC 감축방안에 합의했으며 우리나라는 2045년까지 HFC 80%를 감축해야 한다”라며 “지구온난화, 기후변화 영향으로 온실가스 저감기술개발이 필요하게 됨에 따라 공조분야에 사용되는 냉매로 자연냉매인 이소부탄(R600a)과 프로판(R290)을 사용하는 산업용 냉방시스템을 개발하게 됐다”고 밝혔다.
자연냉매를 사용한 냉방시스템은 히트펌프 타입의 에어컨디셔닝 시스템으로 적용냉매는 R600a, R290이며 표준모델의 경우 냉방용량은 5.8kW, 난방용량은 6.5kW급 공랭식이다. 냉난방이 동시에 가능하고 오존층파괴지수(ODP)는 0, 지구온난화지수(GWP)는 4, 성적계수(COP)는 3.6이다.
이번 개발제품은 운항 중인 선박에 실용화할 수 있음을 이론적으로 확인했으며 이에 따라 선박용 EHP타입을 개발, 신조선박인 ‘에코누리호’에 적용해 운영하고 있다.
경제성분석 결과 기존냉방시스템 대비 소비전력이 1.65kW에서 1.43kW로 약 14% 저감됐으며 압축기효율은 약 15% 향상됐다. 또한 HFO 냉매대비 자연냉매인 R600a를 사용할 경우 냉매충진비용 45.5%를 절감할 수 있다.
R600a(GWP 4) 활용 냉방장치를 적용하면 1.5RT급 에어컨 1회 주입량 3kg, 배출빈도 3년에 1회로 가정할 경우 1만대 기준으로 R404A(GWP 3,260)대비 연간 3만2,560tCO₂의 온실가스를 저감할 수 있다.
민호기 삼진야드 전무는 “전 세계적으로 HFC, HCFC 규제 로드맵에 따라 대부분의 사용량을 단계적으로 감축해야 해 대체솔루션이 필요하게 됐다”라며 “CO₂ 등을 활용한 시스템을 냉장·냉동탑차에 적용했으며 5톤 냉동탑차의 경우 기존 경유엔진을 LNG연료로 사용하도록 교체하고 CO₂ 냉매 적용하기 위해 보조엔진, 발전기, 유니트쿨러 등 냉동사이클 주요 기기를 설치했다”고 밝혔다.
5톤 냉동탑차는 LNG 연료를 사용할 수 있도록 기존 경유엔진을 천연가스 엔진으로 교체했고 탑 하단에 위치한 가스쿨러는 LNG냉열을 활용하기 위해 LNG 용기에서 가스쿨러쪽으로 LNG 공급라인을 추가해 초저온의 LNG와 냉매의 열교환이 이뤄져 COP를 약 20% 향상시켰다.
CO₂ 냉매 활용을 위해서는 기존 냉동기 구조로는 고압조건을 맞추기 어렵기 때문에 이에 맞는 시스템을 구성할 필요가 있었다. 구동을 위한 엔진, CO₂ 압축기, 발전기, 가스쿨러, 유니트쿨로로 기본 시스템이 이뤄졌다.
1톤탑차는 자동차 연료변경 없이 냉방시스템 기존냉매를 CO₂로 바꾸는 시스템으로 구성했으며 압축기, 응축기 등 주요부품을 장착했다. 스웨덴 클리마체크 성능분석시스템을 이용한 결과 성적계수(COP 3.6)을 달성했다. LNG냉열을 활용하면 열교환효율을 높일 수 있으므로 차량만이 아니라 LNG냉열을 활용할 수 있는 타 분야에도 적용이 가능하다.
이를 통해 온실가스를 약 37% 저감할 수 있으며 연료비의 약 26%를 절감할 수 있다. 자연냉매 냉방시스템 CDM사업 및 외부사업 인정방안을 통해 탄소배출권을 산정하면 10년간 약 9억원 정도의 효과가 있을 것으로 추정된다. 기존 냉매인 R404a(GWP 3,780)를 CO₂(GWP 1)로 충진량을 고려해 1,000대를 교체할 경우 10년간 약 3만5,000tCO₂의 온실가스를 감축할 것으로 기대된다.
김종열 GPS코리아 부사장은 ‘압출발포폴리스틸렌(XPS) 폐쇄형 기포발포제프레온가스 대체기술을 적용한 온실가스감축기술’ 발표에서 “향후 모든 프레온가스의 전폐로 HFC를 2045년까지 80% 감축해야 한다”라며 “GPS코리아는 산업계를 대표해 지구온난화를 유발하는 HFC 발포제를 대체할 수 있는 기술을 개발해 매우 낮은 GWP 물질이면서 환경 친화적인 XPS 생산기술을 조기에 확보하기 위해 이번 기술개발과제를 추진했다”고 밝혔다.
통상 프레온가스 사용 시 압출생산 공정에서는 HFC 134a, 152a, HCFC 142b, R22를 사용한다. 이와 같은 프레온계 발포제는 원료인 폴리스티렌과 잘 혼련·냉각될 수 있어 판상의 XPS를 쉽게 연속생산할 수 있다. 또한 발포직후 XPS 제품 내부에 기체로 남아있게 돼 열전달을 효과적으로 차단하는 특성이 있어 건물 단열요구부위에 시공해 에너지를 효과적으로 절감할 수 있다.
이번 L GWP 물질적용 발포기술에는 △CO₂ △하이드로카본(Hydro Carbon) 및 제3의 물질이 첨가된다. 친환경발포제는 폴리스티렌과 친화력이 없어 압출기 내부에서 혼련되지 않아 기존 생산설비에서는 생산이 불가능하다. 이에 따라 고분자 용융멜트, 액상 CO₂ 물질이 안정적으로 혼련할 수 있게 하기 위해 기계적 강제방식인 코로테이팅 2중구동(Co-Rotating-Melting Pump)을 적용했다. 모든 공정부분은 기존 공정대비 최대 압력을 유지시키면서 이에 따라 멜트펌핑화 하는 공정으로 개선해 혼련을 정상화함으로써 정상적인 XPS제품을 생산할 수 있게 됐다.
정영록 삼공사 연구총괄책임은 ‘자연냉매 활용 산업용 소형냉방시스템 개발’ 발표에서 “몬트리올의정서에서 197개국이 HFC 감축방안에 합의했으며 우리나라는 2045년까지 HFC 80%를 감축해야 한다”라며 “지구온난화, 기후변화 영향으로 온실가스 저감기술개발이 필요하게 됨에 따라 공조분야에 사용되는 냉매로 자연냉매인 이소부탄(R600a)과 프로판(R290)을 사용하는 산업용 냉방시스템을 개발하게 됐다”고 밝혔다.
민호기 삼진야드 전무는 “전 세계적으로 HFC, HCFC 규제 로드맵에 따라 대부분의 사용량을 단계적으로 감축해야 해 대체솔루션이 필요하게 됐다”라며 “CO₂ 등을 활용한 시스템을 냉장·냉동탑차에 적용했으며 5톤 냉동탑차의 경우 기존 경유엔진을 LNG연료로 사용하도록 교체하고 CO₂ 냉매 적용하기 위해 보조엔진, 발전기, 유니트쿨러 등 냉동사이클 주요 기기를 설치했다”고 밝혔다.
김종열 GPS코리아 부사장은 ‘압출발포폴리스틸렌(XPS) 폐쇄형 기포발포제프레온가스 대체기술을 적용한 온실가스감축기술’ 발표에서 “향후 모든 프레온가스의 전폐로 HFC를 2045년까지 80% 감축해야 한다”라며 “GPS코리아는 산업계를 대표해 지구온난화를 유발하는 HFC 발포제를 대체할 수 있는 기술을 개발해 매우 낮은 GWP 물질이면서 환경 친화적인 XPS 생산기술을 조기에 확보하기 위해 이번 기술개발과제를 추진했다”고 밝혔다.
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