신성엔지니어링은 고효율·친환경, 신재생에너지 및 특수산업 냉동공조분야에서 고객요구에 부응하는 토탈 솔루션을 제공하고 있다. 회사설립 이래 끝없는 도전 속에서도 기술과 신뢰를 바탕으로 고객만족 경영이라는 원칙을 지키며 대한민국의 냉동공조산업을 이끌어 왔다. 이제 ‘냉동공조 종합기업’으로 성장한 신성엔지니어링은 그동안 신뢰를 바탕으로 세계 일류기업으로 나아가고 있다. 이를 위해 한 차원 높은 품질보증 체계와 고객서비스 강화, 그리고 국내 및 해외 유수기업들과 기술적 파트너십을 구축해가고 나가고 있다.

 

신성엔지니어링은 30여년 전 국내에서 처음으로 초저습 제습기를 개발했으며 핵심기술 중 하나인 로터는 국산화를 위해 지속적으로 기술개발을 추진해 왔다. 한국에너지기술평가원이 에너지수요관리핵심기술개발사업으로 발주한 '초저습 드라이룸의 에너지절감을 위한 기술개발 및 실증'을 수주한 신성엔지니어링은 드라이룸 핵심기술이자 미래산업을 이끌어갈 핵심기술인 제습로터 국산화에 적극 나설 계획이다.

 

이번 R&D를 총괄하는 김한영 신성엔지니어링 연구소장을 만나 R&D 추진 방향 및 기대효과 등을 들어봤다.

 

■ 이번 과제에 참여하게 된 배경은

초저습 드라이룸 제습시스템의 경우 높은 재생 온도, 제습로터 해외 수입, 낮은 폐열 활용성 등의 문제가 있다. 현재 드라이룸 제습시스템은 재생과정을 위한 연소열 또는 전기소비량이 높으며 제습시스템의 핵심부품인 제습로터는 100% 수입에 의존하고 있어 서부기연, 문터스와 같은 세계 최고 기업과 기술 격차가 크다.

이러한 이유로 에너지절감을 위한 제습제의 흡습 효율 향상, 재생온도 개선, 새로운 공조프로세스기술 개발이 필요한 상황이다.

 

초저습 드라이룸에 적용 가능한 제습공조시스템의 에너지절감형 국산화 기술개발 및 드라이룸 실증을 통해 기술선진국 제품과 동등한 수준의 고효율 설계 모델을 개발하기 위해 참여하게 됐다.

 

■ 드라이룸은 무엇인가

최근 첨단기술 산업분야에 있어 저습공기를 필요로하는 생산공정이 증가하고 있으며 이에 적합한 공조설비 수요가 증가하고 있는 추세다. 드라이룸은 제습시스템, 공기순환시스템, 온도 및 습도센서 등을 통해 실내 환경을 정밀하게 제어하며 작업자와 장비로부터 발생하는 습기까지도 철저히 관리해 제품의 품질과 안정성을 보장하는 역할을 한다. 클린룸과 비슷하지만 습도에 초점을 맞춘 공간이다.

 

드라이룸은 공기 중 습도관리를 중점으로 실내 공기조건이 노점온도(Dew Point) -10℃ 이하로 제어해 매우 건조한 상태를 유지하는 특수한 공간을 의미한다. 드라이룸은 주로 습도가 제품 품질에 민감하게 영향을 미칠 수 있는 제품인 리튬 배터리, 의료기기 등 다양한 산업분야에서 사용된다.

 

특히 이차전지 제조과정에서 필수적으로 사용된다. 이차전지용 드라이룸의 경우 요구되는 공급공기의 초저습 기준으로 노점온도 -60℃ 이하를 요구하고 있으며 배터리성능이 발전할수록 요구되는 노점온도 수준도 강화되고 있다.

 

■ 글로벌 드라이룸산업 현황 및 전망은

전기차, 재생에너지 확대 및 에너지저장시스템(ESS) 사용 증가에 따른 급속한 성장 예상과 더불어 초저습 환경 구현을 위한 초저습 드라이룸시장 확대에 대한 대응이 필요한 상황이다. 삼성SDI, LG에너지솔루션, SK온 등 국내 배터리 3사는 전고체 배터리시장에서 미래의 세계시장 주도권을 잡기 위해 전고체 배터리 드라이룸 양산제품 품질 확보 선행기술 개발 진행이 되고 있다.

 

국내 배터리기업은 미래 시장에서 글로벌 초격차를 이뤄내기 위해 2030년까지 설비분야 20조5,000억원, R&D분야 20조1,000억원 등 40조6,000억원 투자 계획을 발표했다. 세계의 이차전지시장 규모는 2023년 1,173억달러에 달했으며 향후 IMARC Group은 2024~2032년 6.2%의 성장률(CAGR)을 전망했다. 2032년에는 2,052억달러에 달할 것으로 예상된다.

 

기존 리튬이온(Li-ion) 배터리에 비해 인화성 액체전해질 대신 고체전해질을 사용해 폭발위험을 획기적으로 줄이고 에너지밀도가 높고 안정성이 높은 전고체 배터리수요는 증가할 것이다. 전고체 배터리 양산 시 불량률을 낮추기 위해 더욱 낮은 드라이룸의 노점온도를 배터리 제조사에서 요구하며 이를 위한 초저노점 드라이룸용 데시칸트 제습시스템의 기술개발도 동시에 진행되 것으로 전망된다.

 

■ 드라이룸의 핵심이슈는

현재 핵심이슈는 탄소 저감과 에너지절감이다. 일반적인 리튬이온전지에 비해 전고체전지의 제조과정은 노점온도의 조건이 강화돼 초저습 유지를 위한 에너지사용량이 증가한다.

특히 HVAC 전력사용량은 총 전력사용량 중 약 20~35%로 큰 비중을 차지한다. 이에 따라 삼성SDI, LG에너지솔루션 등 국내 배터리업체는 현재 EGS경영 전략에 따른 수요처의 성능 향상 및 에너지절감 등 2가지 모두를 요구하고 있다.

 

드라이룸용 초저습(초저노점온도) 데시컨트 로터 제조 및 제어기술들을 확보하기 위한 요소부품 설계 및 시스템 복합기술 개발이 진행 중이며 초저습 드라이룸을 공급하는 국내 기업들은 강화된 노점온도 조건에서도 에너지절감을 구현하기 위해 재생열원의 에너지절감 및 부하운전 에너지절감 제어기술을 요구하고 있다.

 

 

■ 이번 과제에서 신성엔지니어링이 담당하는 역할 및 개발방향은

신성엔지니어링은 에너지절감이 가능한 제습시스템을 개발하고 최적화된 해석모델을 구축해 실증사이트에서 테스트를 진행함으로써 실제 에너지절감이 이뤄지는지 평가할 계획이다. 특히 저온으로 구동하는 제습로터와 재생열원, 냉각열원을 동시 생산하는 고온히트펌프를 개발해 획기적으로 에너지를 절감할 예정이다.

 

1차년도에는 초저습 드라이룸 제습로터용 기본 소재 선정 및 제조법 개발과 제습로터 열물질전달 해석모델 개발 및 검증을, 2차년도에는 Lab. Scale 제습로터 제작 및 시험설비와 히트펌프 성능시험장치를 구축한다.

 

3차년도에는 실증용 제습로터 제작과 실증용 제습시스템 제작 및 성능평가, 이차전지 사업장 내 실증사이트를 구축한다. 4차년도에는 실증용 제습시스템 설치 및 운영과 2,000시간 현장 실증 및 평가가 진행된다. 실제 이차전지 배터리 제조현장에 실증장비를 설치해 기존 제습시스템 에너지현황과 실증용 제습시스템의 에너지현황을 모니터링해 에너지사용량을 비교, 검토할 예정이다.

 

 

■ 이번 과제를 통한 기대 효과는

제습로터 개발을 통한 원천기술 확보와 제습로터의 소재, 부품 및 장비 국산화를 달성할 예정이며 개발된 제습시스템은 에너지절감과 온실가스 감축을 통해 수요기업의 생산성 향상 등 기술력, 경제력을 얻을 것으로 기대하고 있다.

 

■ 마지막으로 하고 싶은 말이 있다면

이번 정부과제를 기획하고 협약하면서 고단위 에너지소비산업인 드라이룸의 에너지절감을 위한 표준을 제시하고 제습로터 국산화를 달성해 수입대체 효과를 극대화하겠다. 또한 냉각 및 가열 동시생산 히트펌프를 제습시스템에 적용함으로써 전체 시스템의 고효율화 및 최적화를 이룰 것으로 생각하고 있다. 이를 통해 전 세계 드라이룸의 표준을 제시할 수 있는 수준의 과제가 되도록 노력할 것이다.