산업통상자원부 산하에 기획 및 평가를 수행하는 세 개 기관이 있다. 한국산업기술평가관리원, 한국에너지기술평가원, 한국산업기술진흥원이다. 교육사업 등 산업기반구축에 집중하는 산업기술진흥원을 제외하고 산업분야 R&D를 수행하는 두 축이 산기평과 에기평이다.
이 두 기관은 R&D 접근 방향에서 차이가 있는데 에기평은 에너지에 특화된 모든 것을, 산기평은 그 외의 일반 산업에 관한 연구를 담당한다.
산기평은 산업부의 R&D 예산 중 1조4,000억원 정도 비용을 담당하고 있다. 산기평에서 건설기계, 농기계, 냉동공조기계, 승강기분야의 R&D 기획, 평가, 관리를 담당하고 있는 김낙인 산업융합기술본부 첨단기계PD를 만나 국내 LGWP 관련 기술개발에 관한 이야기를 들어봤다.
■ 산기평의 역할은 무엇인가
에기평은 에너지를 적게쓰고 효율적으로 사용하는 기술개발에 집중한다. 산기평은 일반 산업, 제조업의 입장에서 R&D를 기획한다. 기업입장에서 보면 에너지효율도 좋지만 싸게 만들 수 있고 고객니즈에 부합하는 제품을 생산하기를 원한다. 이러한 관점에서 출발하기 때문에 산기평이 개발한 기술은 제품 상용화까지 연결하는데 효과적인 전략을 수립할 수 있다.
예를 들어 어떤 핵심부품이 있다고 치면 산기평은 국내 제조사가 낮은 비용으로 생산할 수 있는 방안에 집중한다. 생산비용이 비싸면 제품 가격도 올라가고 비싼 제품은 고객들이 구입하지 않는다. 결국 전체적인 에너지사용량은 떨어지지 않는다.
그렇기 때문에 근본적으로는 상용화가 되는 기술을 개발해야 하고 이는 냉동공조기기업체가 생산의지를 보이는 제품으로 연결된다. 실제적으로도 냉동공조제조업도 성장해야 우리나라 에너지사용도 효율화가 되는 것이다.
2년 전까지는 냉매기술이 에너지기계로 포함돼 에기평에서 담당하고 있었다. 하지만 엄밀히 표현하면 냉매는 냉난방공조기기지 에너지기기가 아니다. 우리가 사용하고 있는 모든 기계는 에너지를 사용하고 있지만 본래의 목적을 가지고 있다. 자동차는 사람이나 물건을 운송하는 수단이고 냉낭방공조기기는 사람을 따듯하고 시원하게 하거나 깨끗한 공기를 공급하는 역할을 하고 있다.
■ 냉동공조 이슈는
우리나라 냉동공조기기분야의 가장 큰 이슈는 냉매와 에너지효율 두 가지다. 에너지효율은 높을수록 좋다. 하지만 냉매는 강제적인 규제다.
키갈리나 파리협정 등 국제적인 환경규제가 강화되고 있고 친환경에 대한 단계적 로드맵이 제시되고 있다. 과거에는 오존층파괴가 이슈가 돼왔고 최근에는 지구온난화에 관한 CO₂ 총량제가 문제되고 있다.
냉매와 관련해서 최근 CO₂ 총량제가 산업계에 큰 영향을 미치고 있는데 선진국에서는 이러한 규제에 선적용을 받고 있다. 우리나라에서 냉동공조기기를 제조해 수출하더라도 사용하는 것은 해당국가이기 때문에 이러한 총량제를 이유로 제동을 걸 수 있다.
이에 따라 냉매문제는 선진국을 중심으로 접근해야 한다. 냉매는 글로벌 제조기업 몇몇 개가 제조하는 희소성 사업이기 때문에 우리가 직접 생산할 수는 없다. 우리는 냉매를 사용하는 기계를 개발해야 한다.
그런데 냉매가 바뀌면 압축성, 마찰성, 효율성이 달라지게 된다. 냉매가 가지고 있는 열을 흡수하고 뿜어내는 열 등 물질이 가지고 있는 여러 가지 특성이 달라지는데 그럼 거기에 맞게끔 관련부품들이 설계가 돼야 한다. 쿨러 크기도 달라지고 시스템 구축을 하려면 기존과 달리 설계해야 한다.
예를 들어 물은 마찰이 크고 부식성이 크다는 특성이 있다. 그러면 물을 냉매로 이용해 냉동공조기기를 만들기 위해서는 부식이 안되는 재료를 써야 한다.
그래서 냉매가 바뀌면 부품이나 시스템을 최적화해 새로 만들어야 한다. 그래야 기계가 고장도 안나고 최적의 효율이 나온다.
결국은 이러한 새로운 냉매를 사용할 수 있는 냉동공조기기를 개발하는 것이 현재 커다란 이슈다.
■ LGWP 관련 연구과제를 소개한다면
산기평이 수행해 온 LGWP 관련과제는 △환경친화적 자연냉매인 CO₂를 적용한 고효율 냉난방시스템 개발 △자연냉매(CO₂)를 적용한 고효율 지열 냉난방 및 급탕시스템 개발 △천연냉매 이용 압축-흡수식 하이브리드 히트펌프 원천기술개발 △자연냉매를 이용한 다용도 통합 냉장고 개발 △Low GWP(≤100) 냉매 대응 냉동시스템 원천기술 개발 △Low GWP 냉매 대응 500RT급 고효율 터보냉동기 개발 △Low GWP 냉매 대응 냉동시스템 핵심요소기술 개발 등이 있다.
올해는 새로운 연구과제로 ‘350kW급 자연냉매 적용 압축식 냉각기술’이 추진된다. 물을 냉매로 하는 냉동공조기술을 기획할 계획이다. 기화온도가 100℃인 물을 냉매로 사용하기 위해서는 저압과 고속 원심회전기술이 필요하다. 여기서 몇 가지 문제가 발생하는데 시스템 전체를 진공상태로 만들어야 하고 베어링과 부식, 친화력 등을 해결해야 한다. 그것도 낮은 코스트로 말이다.
물을 냉매로 사용하면 주변 오염에 대한 걱정이 없다. 특정한 깨끗한 환경이라든지 사람이 먹을 수 있는 분야에 적용할 수 있다. 건물에 냉수공급장치가 있다고 치면 거기 일반냉매를 쓰면 오염의 가능성이 있지만 물은 전혀 그럴 가능성 없고 다른 추가적인 확장 가능성이 있다.
또한 기계만 개발하면 비싼 냉매를 따로 구입해야 할 필요가 없고 고부가가치 시장을 개척할 수 있다.
자연냉매 외에는 기업이 알아서 개발할 부분이다. 정부연구는 기업의 연구목표와는 차이가 있다. 자연냉매는 혁신적인 변화다. 그건 어떤 리스크가 있을지도 모르고 기술적으로 극복해야 할 부분이 많기 때문에 지원하고 있다.
■ LGWP 기술을 개발하는 이유는
우리나라 기계제조업이 살아남으려면 고부가가치산업밖에 없다. 냉동공조의 고부가가치산업은 는 선진국에서도 개발하고 있는 LGWP와 고효율이다. 소위말해 기술이 들어가는 부분이다.
LGWP가 아닌 HGWP들은 선진국에 수출할 수 없고 개발도상국이나 후진국에 팔아야 하는데 저가시장밖에 될 수 없다. 비용싸움에서 이걸로 중국과 싸워서 이길 수 없다.
우리나라의 저부가가치산업은 중국과 붙으면 상대가 되지 않는다. 미래를 보면 저부가가치 산업은 중국에 밀릴 것이고 결국 우리가 기술을 가지고 하는 고부가가치산업을 키워야 한다.
냉매뿐만 아니라 모든 산업에 적용될 수 있는 부분이다. 고부가가치 아니면 중국한테 살아남을 수가 없다.
핵심 기술/제품 성능지표 | 단위 | 달성목표 | 세계최고수준 (보유국, 기업/기관명) |
1 | 냉각용량 | KW | ≥350 | 350 (일본, Kawasaki Heavy Industries) |
2 | 냉각 COP(냉수 12℃→7℃, 냉각수 30℃→35℃ 조건 | - | ≥5.1 | 5.1 (일본, Kawasaki Heavy Industries) |
3 | 용량 가변 범위(냉각수 25℃ 이하) | % | 10~100 | 10~100 (일본, Kawasaki Heavy Industries) |
4 | 압축기 단열압축 효율 | % | ≥72 | 70 (독일, ILK) |
5 | 열교환기 총괄연전달 계수 | W/m²K | ≥3,000(증발) ≥4,000(응축) | 3,000(증발), 4,000(응축) (일본, Kawasaki Heavy Industries) |
<350kW급 자연냉매 적용 압축식 냉각기술>
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