불소계 온실가스(F-gas)는 CFCs, HCFCs, HFCs 냉매와 SF₆, Halons, PFCs 등 다양한 화합물로 몬트리올의정서에 의해 오존층파괴물질이자 교토의정서와 키갈리개정의정서에 따라 지구온난화물질로 지정됐다. 글로벌 환경이슈로 F-gas는 감축과 규제대상이 돼 최근 국내에서는 산업수요대비 공급불균형이 예상되며 대응기술이 절실하다.

 

이에 대응하는 글로벌 탑 환경기술로서 ‘고도 분별증류정제 재생플랜트 기술’이 주목받고 있다. 국내에서는 오운알투텍이 환경부 글로벌 탑 환경기술개발사업의 일환으로 Non-CO₂ 온실가스저감기술개발사업단 연구과제를 통해 미국 A-gas 다음으로 상용화 개발에 성공해 ‘고도 분별증류정제 재생플랜트’를 운영하고 있다.

 

오염혼합냉매, 분별증류 정제

오존층파괴와 지구온난화의 주된 원인이 되는 F-gas냉매는 산업체의 냉동공조설비, 대형 고층건축물의 냉난방, 자동차, 가전제품, 소화약제 및 에어졸 등 다양한 산업에서 폭넓게 활용되고 있다. 생태계 교란과 기후변화의 핵심원인에도 불구하고 국내에서는 아직도 많은 사용과 함께 90% 이상의 F-gas 폐냉매가 그냥 버려지고 있다.

 

그러나 F-gas는 화학적으로 안정적인 분자 결합구조를 갖고 있어 폐냉매를 제대로 회수해 고순도 분리·분별증류 정제를 하면 순도 99.5% 이상의 사용되지 않은 냉매와 동일한 품질을 가진 친환경 순환자원으로 재생할 수 있다. 이는 세계 환경산업 측면에서 높은 성장성을 지니며 국가온실가스감축목표(NDC) 달성에도 전략적 자원이 될 수 있다.

 

탄소중립과 온실가스 감축을 위해서는 사용자단계부터 누출 및 충전에 관한 정보관리 제도개선이 무엇보다 중요하다. 현재 대기환경보전법, 전기·전자제품 및 자동차의 자원순환 관련 법률, 폐기물관리법 등은 F-gas냉매의 회수 및 처리단계에 대해 엄격한 책임과 의무를 규정하고 있다.

 

그러나 현실에서는 사용자 책임규정 미흡으로 대부분 F-gas가 버려지고 있으며 회수와 재생·파괴처리를 통한 온실가스 감축에는 현재로선 한계가 있다.

 

실제 F-gas 수입·생산량 대부분은 사용과정에서 누출분을 보충하는데 연간 약 110만개, 1만7,000톤의 냉매가 사용되고 있다. 이와 함께 회수단계와 처리단계에서 폐전기·전자제품과 폐자동차 등에서 회수한 냉매가 작업자에 의해 같은 용기에 여러 종류가 섞이는 일도 많다.

 

 

이는 화학적으로 교차오염된 것이다. 각종 재활용센터와 폐차장, 냉동공조기 냉매회수업자가 수거하는 냉매는 대부분 동일용기에 여러 종류가 혼합돼 90% 이상 오염된 상태로 나온다.

 

예를 들어 R22를 R400s 대체냉매로 교체한 시스템에서 회수한 R410A에는 약간의 R22와 HCFC123이 포함돼 있고 이런 혼합냉매는 반드시 ‘분별증류정제’를 거쳐야만 재활용 될 수 있다.

 

오운알투텍의 관계자는 “오운알투텍의 인허가설비는 모든 취급냉매를 고려한 고압가스 일반제조 전용설비로 폐기물 종합대활용업 허가를 받았다”라며 “고도 분별증류정제 플랜트 가동 전에 폐오일, 불응축가스, 수분 등 파티클 오염물질을 제거할 수 있는 전처리 플랜트설비를 갖췄다”고 밝혔다.

 

실시간 모니터링·자동제어··· 설비상태 예측

오운알투텍은 이러한 폐냉매의 고순도 분리정제를 위해 회당 2톤 처리능력의 회분식 고도분별증류 공정과 일 5톤 처리능력의 연속식 고도분별증류 공정을 보유 운영하고 있다.

 

일정 압력구간에서 포화증기압 곡선의 온도 차가 약 5~6℃ 이상 차이가 발생하는 교차오염 폐냉매의 경우 99.5% 이상의 고순도 분리정제가 가능하다.

 

이런 교차오염 냉매종류로는 R134a+R22, R410+R22, R134a+R22, R410A+R134a(R407C에서 R134a 분리), R507+R134a(R404A에서 R134a 분리), R32+R125+R22에서 R143a+R22 분리, Halons, SF₆ 등이 대표적이다.

 

 

또한 오운알투텍은 해외 여러 나라에서 받은 오염 폐냉매도 처리하고 있으며 미국 EPA 품질승인을 받은 고순도 재생냉매는 미국, 싱가포르, 베트남 등지에 수출하고 있다. 가장 효율적으로 혼합냉매가 분리되는 온도는 20~25°C 사이로 이 구간에서 반복분리를 통해 99.5% 이상의 순도를 가진 R410A를 얻는다.

 

연속식 플랜트는 실제 단수 45단이며 메인화면에서 플랜트 전체상태와 정보를 한눈에 모니터링할 수 있다. 모든 구성요소(탱크, 컬럼, 배관)의 온도, 압력, 유량, 레벨정보 등을 실시간으로 확인할 수 있으며 컬럼 상·하단 온도차로 교차오염냉매 분리정도도 판단한다. HMI화면에서 PID제어인자를 변경하고 컨트롤밸브와 인버터 펌프제어도 가능하다.

 

설비의 현재 상태정보 외에도 작업자는 History Trend로 설비 안정성과 각 탱크·배관의 온도, 압력, 유량, 레벨, 밸브상태 변화를 추적해 시스템 안정성을 계속 점검할 수 있다. 그래프 추이를 분석하면 가까운 미래의 설비상태를 예측할 수 있으며 문제발생 가능성에 조기대응해 안전사고 예방까지 가능하다.

 

 

과열증기반응법 도입··· 안정성·경제성 확보

분별증류기술의 처리 가능 범위를 벗어나는 잔여 폐냉매의 경우 분해파괴에 의한 처리가 최후의 수단이 된다.

 

최근 오운알투텍은 UNEP 인증기술인 Superheated steam Decomposition Method(과열증기반응법)을 도입해 폐냉매를 안정적인 형석(고체)상태로 처리하는 플랜트를 하루 최대 5톤 규모로 운영하고 있다.

 

CFCs, HCFCs, HFCs를 처리하는 폐기물중간처분업을 허가를 받았으며 설비 내부는 상압 및 미세한 부압(음압)에서 치환반응하는 간단한 구조로 유지관리가 용이하며 높은 안정성을 가지고 있다.

 

오운알투텍의 관계자는 “우리가 보유한 플랜트는 구조가 단순해 유지관리가 편리하며 처리비용은 1kg당 약 4,000원 가량으로 내부는 상압 및 미세한 부압(음압)에서 치환반응을 일으켜 안정성과 경제성을 동시에 확보했다”라며 “다른 처리기술대비 장치가격과 운영비가 저렴하고 2차 환경오염물질이 발생하지 않는 것이 장점”이라고 강조했다.