리튬배터리 제조공정을 중심으로 고온히트펌프와 저GWP 냉매적용이 확대될 가능성이 높아지고 있다. 최근 리튬배터리산업은 고품질·친환경 생산체제로 전환되며 제조공정 전반에 걸친 에너지관리가 핵심이슈로 부상하고 있다.

특히 양극재 생산라인에 적용되는 제습시스템은 110~140℃ 고온 유지가 필요해 대표적인 에너지다소비구간이다. 공정에서 발생하는 막대한 에너지소비는 단순한 자원낭비를 넘어 기업생산원가를 가중시키는 원인이 되고 있다.

이에 따라 제습시스템의 에너지소비를 낮추며 열에너지 활용효율을 높이는 방안이 리튬배터리산업 전반의 시급한 과제로 떠오른다.

Solstice Advanced Materials는 최근 4세대 HFO 혼합냉매 R515B를 적용한 고온히트펌프 솔루션을 통해 이러한 한계를 개선하고 있다고 밝혔다.

R515B는 A1등급의 무독성·비가연성 냉매로 80~100℃ 고온영역에서 안정적인 운전이 가능하며 압축기 토출온도가 R134a대비 약 10℃ 낮아 시스템 안정성·제어성이 우수한 것으로 알려져 있다.

GWP는 299로 R134a(GWP 1,300)대비 약 77% 낮다. R515B 적용 고온히트펌프시스템은 기존 R134a 냉매와 전기히터를 결합한 제습시스템대비 10~40%의 에너지절감효과를 보이며 R245fa대비 초기투자비 측면에서도 경쟁력을 갖췄다.

96℃ 고온 인버터 히트펌프 안정적 구현

Solstice의 솔루션은 기존 기술적 한계로 여겨졌던 96℃ 고온 인버터 히트펌프를 안정적으로 구현하는 동시에 탁월한 환경적 이점까지 제공한다.

열에너지 이용률을 극대화해 에너지절감과 배출량 감소를 동시에 실현했다. 실제 적용사례로 제습설비 제조사 Bonton은 R515B를 적용한 DC 인버터 방식 고온히트펌프를 통해 96℃의 토출온도를 안정적으로 구현했다. 시스템 COP는 4.5 이상 성능을 기록했으며 고온 스팀 사용량을 줄여 연간운영비 절감효과가 나타났다.

리튬배터리 양극재 포장·생산 작업환경은 품질유지를 위해 통상 노점 온도 -30℃ 이하의 엄격한 환경제어가 요구되며 이를 위해 저노점 로터리 제습시스템 도입이 필수적이다.

그러나 기존 시스템은 전기히터나 스팀을 재생열원으로 사용하며 판형 열교환기를 통해 일부 열만 회수하는 구조로 회수열이 재생공기 예열에만 제한적으로 쓰이는 한계가 있었다. Solstice의 시스템은 고효율 제습로터를 통해 공정 내 수분을 흡착하는 동시에 110~140°C의 대량 고온열원을 투입해 로터를 재생함으로써 연속제습을 수행한다.

중국과학원 광저우에너지연구소는 Hitachi DC 인버터 압축기와 R515B 냉매를 적용한 공조시스템을 실증한 결과 증발측 회수공기온도 35~60℃ 변동조건에서도 안정적인 운전결과를 확인했다. 해당 시스템은 응축측에서 20~35℃의 공기를 최대 95℃까지 가열할 수 있으며 소비전력범위는 40~165kW 범위로 스팀사용량과 연간운영비용을 동시에 절감했다.

Solstice의 관계자는 “Solstice Low GWP 냉매라인업은 전 세계 산업현장에서 폭넓게 적용되고 있으며 산업용 히트펌프분야를 중심으로 저탄소전환을 가속화하는 핵심기술로 주목받고 있다”라며 “이번 사례를 계기로 리튬배터리 제조공정전반에 고온히트펌프기반 열회수기술과 친환경냉매적용이 본격 확대될 것”이라고 말했다.