반도체 FAB의 전체 전력소비의 최대 32%를 냉각부하가 차지하는 가운데 한국에너지기술평가원이 초저온 반도체 공정용 칠러 효율혁신에 나선다.

에너지기술평가원은 2026년도 에너지기술개발사업 신규 연구개발과제로 ‘반도체 공정용 칠러시스템의 고효율화 기술 개발’ 과제를 품목지정, 에너지효율향상분야 혁신제품·실증형 R&D로 공고했다.

이번 과제는 -60°C급 초저온 반도체 칠러를 대상으로 가변속압축기·지능형제어기술을 적용해 기존 정속형대비 운전에너지를 20% 이상 절감하는 것을 핵심목표로 삼고 있으며 6kW·10kW급시스템을 실증수준까지 끌어올리는 것이 골자다.

이번 R&D는 TRL(기술성숙도) 4단계에서 7단계까지를 목표로 실험실 검증수준에 머물러 있던 기술을 실제 공정환경에서 성능과 신뢰성을 입증하는 실증형과제로 기획됐다. 세부적으로는 △반도체 공정 칠러용 고효율 가변속 용적형압축기 및 제어시스템 개발 △초저온 칠러시스템 고효율 운전·초정밀 온도제어기술 개발 △실증을 통한 에너지절감·적용성 검증 △탄소감축 경로를 포함한 환경·경제적 성과발굴 방법론 제시 등이 추진된다.

연구개발계획서에는 냉각용량, 냉매조건, 온도정밀도, 압축기EER, 압축기용량, 모터·인버터 출력 및 효율, 실증규모·시간 등 정량목표치와 상용화 수준을 필수로 제시해야 하며 칠러 누적 운전시간은 최소 1,000시간 이상을 확보해야 한다.

에기평의 관계자는 이번 R&D 지원필요성에 대해 “반도체는 국가 전략산업으로 산업 생태계 유지를 위해 탄소중립·RE100 목표달성을 뒷받침할 냉각설비 효율혁신이 시급하다”라며 “삼성전자·SK하이닉스뿐만 아니라 TSMC, 인텔, 마이크론 등 글로벌기업들이 2040년 전후 탄소중립·RE100 달성을 추진 중인 만큼 공정 냉각부문의 에너지부담을 줄일 수 있는 기술이 핵심과제로 부상했다”고 설명했다.

현재 반도체 FAB에서는 냉각설비 전력비중이 높고 미세공정·고집적화로 냉각수요가 계속 증가하고 있지만 10kW 이상 대용량 가변속 칠러시스템에 대한 본격적인 대응기술은 세계적으로도 부재한 상황이다.

공정고도화·라인증설에 따라 반도체 공정용 칠러시장은 2024년 25억달러에서 2033년 41억달러 규모로 성장할 것으로 예상되며 초저온 고효율 칠러·지능형 제어기술이 확보될 경우 국내 장비사와 부품사의 수주기회 확대, 해외시장 진출 가능성이 커질 것으로 기대된다. 이와 함께 공정대형화·전력소비 증가로 국가전력망 부담과 전력피크 관리 이슈가 심화되는 상황에서 고효율 칠러기술은 피크 완화·탄소중립 실현·지역 환경보호 등 사회적 요구에 대응하는 수단으로도 주목받고 있다.

에기평은 이번 과제를 통해 개발되는 고효율 초저온 칠러 및 제어기술이 반도체 공정용 초정밀 온도제어 칠러는 물론 저온 물류창고 및 냉동시스템, 데이터센터 열관리 시스템, 디스플레이 제조공정 등 에너지다소비형 냉각 인프라 전반으로 확산될 수 있을 것으로 보고 있다.

총 연구기간은 45개월 이내이며 정부지원 연구개발비는 2026년 17억원 이내, 총 정부출연금 130억원 이내로 계획됐다. 주관 연구개발기관은 기업이어야 하며 중소·중견기업이 연구개발기관으로 필수 참여해야 한다. 세부신청·평가일정 등은 에기평 에너지기술개발사업 공식공고를 통해 확인할 수 있다.