친환경 냉매 전환이 글로벌 규제로 자리잡히며 대안으로 떠오른 자연냉매를 활용한 초저온 냉열설비기술 개발된다.
한국에너기기술평가원은 최근 2024년도 에너지기술개발사업 신규 연구개발과제로 ‘자연냉매 적용 –100℃급 고효율 초저온 냉열설비기술 개발’ 과제를 공고했다.
미래 전략산업군에 해당하는 반도체·제약·수소충전소 등에서 이용되는 초저온 냉동설비는 산업계의 영업비용(에너지비용 포함) 부담이 높아 고효율 기술에 대한 수요가 빠르게 증가하고 있다. Fortune business insights 조사자료에 따르면 초저온 장비(Equipment)의 경우 2020년 172억4,000만달러에서 2028년 328억6,000만달러로 연평균 8.9% 성장할 것으로 전망된다.
또한 친환경적이며 효율·신뢰성·비용 경제성을 동시에 향상시킬 수 있는 공기냉매 기반 초저온기술 개발도 필요하다. 초저온 냉열설비기술은 난이도 높은 기술이므로 기업 독자 개발에 한계가 커 정부R&D 지원 필요하다.
현재 Mitsubishi중공업, Mayekawa, Mirai Intex 등 글로벌 선진 3개사만이 보유하고 있는 차세대 냉열공급기술이다. 국내의 경우 일본보다 이른 2002년부터 공기냉매 냉동시스템의 원리를 초저온 냉열공급기기로 구현하기 위해 기술개발을 추진했으나 당시 전반적인 기술성숙도(베어링 기술, 고속 모터 등)가 문제로 어려움을 겪었다.
특히 기존 냉동산업의 HCFC냉매는 2030년 전폐가 예정돼 있으며 HFC 냉매도 GWP가 1,500~3,800에 달해 중장기적으로 사용이 불가하다. 이에 따라 Low GWP 자연냉매 기반 냉동기술로 선제적인 정책적, 기술적 대안 마련이 시급한 상황이다.
이번 과제는 1차년도 정부지원연구개발비 40억원 내외를 포함해 총 지원개발비는 180억원이며 산업공정 활용을 위한 자연냉매 적용 –100℃급 냉동시스템 개발 및 성능시험 평가가 최종 목표다.
이를 위해 산업공정용 2kW급 냉열공급 용량의 메인 냉동시스템 개발을 위해 △역브레이튼 냉동사이클 적용 △터보형 압축기, 팽창기, 열교환기 개발 △공정 연계 2차 냉각시스템 개발 △적용 공정을 모사한 성능시험 및 실스케일 시험평가 △실증을 위한 신뢰성 확보 방안 제시 등이 진행된다
또한 △초고속 터보 컴팬더 및 열교환 시스템 통합 설계, 최적 냉동 운전 기술 △초저온 구현을 위한 복합 사이클시스템 기술 △초저온 냉동시스템 운영 기술(온도유지, 터보기기 안전성·신뢰성, 적용 공정 연계 등의 통합 기술) △냉동시스템 패키징 기술, 초고속 운전기기 신뢰성 확보 기술 △메인 냉동기와 2차 냉각시스템 통합시스템 개발 △무오일 베어링 적용 Oil-less 기기 구현 등이 진행되며 적용하고자 하는 산업공정 요구에 대응하는 기기 성능시험평가(실스케일 운전시간 100시간 이상)을 구현해야 한다.
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