전 세계적으로 DC·반도체분야 친환경 냉매전환이 핵심과제로 부상한 가운데 국내 콜드체인설비시장의 장기적인 냉매전환 방향성을 모색하는 자리가 마련됐다.

 

칸kharn·콜드체인뉴스는 지난 5월7일 코엑스마곡에서 친환경 냉매 컨퍼런스 ‘친환경 냉매 대전환 시대: 규제에서 기회로’를 개최했다고 밝혔다. 연인원 700여명이 참석하며 콜드체인시장 변화를 살피고자 하는 현장·실무 관계자들의 열기를 엿볼 수 있었다.

 

‘DC·반도체 친환경 냉매전환’ 2-3세션 발표는 △GWP Zero 공기냉매(R729)를 사용한 반도체 식각장비용 -100℃ 초저온 칠러 개발(정재원 FST 부장) △글로벌 환경규제에 대처하는 독일 냉각제조사의 전략(이종일 리탈 매니저) △첨단 데이터센터 냉각기술을 위한 지속가능한 솔루션(이승환 케무어스코리아 부장) △친환경 냉매전환에 따른 냉매 누설감지솔루션(류미하 센시리온 이사) △규제를 넘어 혁신으로: 북미 HVAC시장의 변화와 파카하니핀-스폴란의 지속가능한 솔루션(류금석 파카하니핀-스폴란 과장) 등의 순서로 진행됐다.

 

"친환경 초저온기술, 글로벌표준될 것"
정재원 에프에스티(FST) 부장은 ‘자연냉매 적용 -100°C 고효율 초저온 냉열 생신기술 개발’을 주제로 발표하며 반도체 식각공정의 핵심인 초저온 환경을 지구온난화지수(GWP)가 ‘0’인 공기냉매로 구현하겠다는 청사진을 제시했다.

 

기존 HFC냉매 기반의 복잡한 냉동사이클이 환경규제와 유입 오일에 의한 고장 등 운영상의 한계를 안고 있다. 이에 따라 오일리스(Oil-free) 운전이 가능한 역 브레이튼 사이클기반의 에어칠러가 차세대 반도체공정의 필수적인 대안으로 주목받고 있다.

 

이번 기술의 핵심은 공기베어링을 적용한 터보 컴팬더로 압축과 팽창을 한 축으로 연결해 팽창 시 발생하는 에너지를 다시 압축 동력으로 회수함으로써 시스템효율(COP)을 극대화한 것이 특징이다.

 

FST는 고효율 복열기와 자체 개발한 알루미늄 판형열교환기 등 핵심요소 기술을 패키징해 장비의 소형화까지 달성했으며 이를 통해 기존 2~3원 냉동방식의 복잡성을 획기적으로 개선하고 장비의 내구성을 확보했다.

 

현재 연구 진척사항에 따르면 시제품 테스트 결과 -84℃ 구현과 3kW급 냉각능력을 확보한 상태다. 향후 -100℃ 도달 및 5kW급 양산 실증을 목표로 연구에 박차를 가하고 있다.

 

정재원 부장은 “수요기업인 세메스(SEMES)와 협력을 통해 실제 식각 공정 라인에 장비를 투입할 계획”이라며 “이번 친환경 초저온기술이 반도체를 넘어 바이오와 수소산업 등 다양한 분야의 탄소중립을 선도하는 글로벌표준이 될 것”이라고 강조했다.

 

"국가별 규제 맞춤형 냉각제품 라인업 구축할 것"
이종일 리탈 코리아 매니저는 ‘글로벌 환경규제를 대처하는 독일 냉각 제조사의 전략’을 주제로 발표하며 유럽의 F-gas 및 PFAS규제 강화에 따른 리탈의 냉매전환 로드맵과 미래 전략을 소개했다.

 

내년 1월부터 시행되는 유럽의 강력한 GWP(지구온난화지수)규제에 대응하기 위해 리탈은 주력 냉매로 R1234yf를 선정했다. 이는 기술적 안정성과 경제성, 그리고 글로벌 안전표준을 종합적으로 고려한 결과로 볼 수 있다.

 

리탈이 자연냉매(A3)로 즉각적인 전환 대신 R1234yf를 선택한 핵심 이유는 '엣지 데이터센터'의 특수한 설치 환경과 안전성 때문인 것으로 분석됐다.

 

밀폐된 캐비닛 내부에 프로판(A3)냉매가 누설될 경우 전기 스파크로 인한 폭발위험이 매우 높다. 이에 따라 IT장비와 엔지니어가 상주하는 화이트 스페이스 환경에서 자연냉매의 폭발위험은 치명적일 수 있어 자동차분야에서 장기간 검증된 R1234yf의 낮은 연소 속도와 안정성이 현재로서는 가장 현실적인 대안이다.

 

또한 시스템전환 비용 측면에서 R1234yf가 '페이스리프트' 수준의 낮은 비용으로 기존 설비를 유지할 수 있다는 장점을 가졌다.

 

아울러 전기기기 안전성표준(IEC 60335-2-40)에 따라 추가적인 안전장치 없이 기존 판매정책을 유지할 수 있다는 점이 시장 대응력을 높이는 핵심요소로 작용했다. 이는 막대한 시스템 교체비용이 발생하는 자연냉매전환의 한계를 극복하기 위한 전략적 판단으로 해석된다.

 

다만 HFO계열 냉매가 즉각 퇴출될 경우 유럽산업계에 약 700조원의 경제적 타격이 예상되며 향후 최소 5년 이상의 유예기간이 부여될 것으로 전망된다.

 

이에 따라 리탈은 국가별로 상이한 GWP 허들에 맞춰 70, 150, 750 등 세분화된 맞춤형 냉각제품 포트폴리오를 구축해 시장변화에 유연하게 대응하겠다는 방침이다.

 

이종일 리탈 매니저는 “결국 최종 목적지는 자연냉매가 될 것”이라며 “유예기간 동안 안전장치가 보완된 자연냉매 적용 시스템을 선제적으로 개발해 글로벌표준을 선점하겠다”고 밝혔다. 이어 “규제 준수와 고객 안전 사이 균형을 맞춘 리탈의 멀티 포트폴리오전략이 환경규제시대를 돌파하는 냉각 제조사의 표준모델이 될 것”이라고 덧붙였다.

 

지속가능 냉각솔루션 ‘이상 액체 냉각’
이승환 케무어스코리아 부장은 ‘차세대 데이터센터를 위한 지속가능한 냉각솔루션’을 주제로 발표하며 AI 및 고성능 컴퓨팅(HPC) 확산으로 인한 발열문제를 해결할 해법으로 ‘이상(2-Phase) 액체냉각기술'을 제시했다.

 

데이터센터가 고도화될수록 전력수급과 발열제어가 직면한 4대 과제를 해결해야 한다. 기존 공랭식이 전체 전력의 약 30%를 냉각에 사용하는 반면 이상 액체 냉각시스템은 이를 5% 수준까지 획기적으로 낮출 수 있다.

 

케무어스는 글로벌 환경규제 강화에 대응하면서도 고성능을 발휘하는 ‘옵테온(Opteon™)’ 포트폴리오를 대안으로 제시했다. 특히 끓는점이 약 50℃인 ‘옵테온 2P50’은 서버를 특수 유체 수조에 직접 담그는 침전냉각에 최적화된 제품으로 기화열을 이용해 일상(1-Phase)방식대비 최대 100배 높은 열전달효율을 보인다.

 

또한 기존 R134a칠러를 대체할 수 있는 ‘옵테온 XP10’은 비가연성이면서 GWP를 700 이하로 낮춰 국제 규제를 완벽히 충족한다.

 

불소계열 유체의 전기적 안정성과 안전성 또한 강조됐다. 수용성 부동액과 달리 전기 전도성이 없어 누설 시에도 시스템 쇼크 위험이 없으며 인체 유해성 부분에서도 철저한 검증을 마쳤다.

 

현재 케무어스는 삼성전자 SSD개발팀과 옵테온 2P50을 활용한 이상액체 냉각테스트를 진행 중이며 글로벌 탱크 제조사들과 파트너십을 통해 상용화 준비를 마친 상태다.

 

이승환 케무어스코리아 부장은 “기존 시장을 주도하던 3M의 노벡(Novec) 철수 이후 케무어스가 저GWP솔루션을 공급할 수 있는 핵심 글로벌 파트너로 부상하고 있다”라며 “케무어스는 단순한 제품공급을 넘어 데이터센터의 설계단계부터 협력해 에너지효율을 극대화하는 전략적 동반자로서 AI시대의 냉각 혁신을 선도하겠다”고 포부를 밝혔다.

 

친환경 냉매전환 해법 ‘냉매 누설 감지솔루션’
류미하 센시리온 이사는 ‘친환경 냉매전환에 따른 냉매 누설 감지솔루션’을 주제로 발표하며 가속화되는 탄소중립시대에 냉매전환의 연착륙을 결정짓는 핵심은 ‘안전 센싱기술’에 있다고 강조했다.

 

오는 2050년 전 세계 에어컨 설치 대수가 60억대에 이를 것으로 전망되는 가운데 냉매의 직접적인 온실가스 배출이 지구 전체 배출량의 약 2.7%를 차지하는 만큼 친환경 냉매로 전환은 선택이 아닌 필수가 되고 있다.

 

특히 저GWP냉매인 A2L(미연성)과 A3(고가연성)로 전환과정에서 발생하는 ‘가연성’ 리스크를 정면으로 지목했다. 실증동영상을 통해 R32(A2L)와 프로판 계열의 R290(A3)냉매가 전기 스파크나 화염에 노출됐을 때 발생하는 폭발 위험성을 경고하며 친환경성만 쫓다가 자칫 안전문제를 간과할 경우 치명적인 사고로 이어질 수 있다고 경고했다. 이에 따라 북미와 유럽 등 선진 시장에서는 이미 2년 전부터 냉매 누설 감지시스템(RDS/RBS) 도입을 의무화하거나 강력히 권고하고 있다.

 

글로벌시장의 규제동향에 대해서는 유럽은 PFAS규제로 인해 A2L 냉매마저 퇴출될 가능성이 커지며 A3(자연냉매) 중심의 히트펌프시장이 폭발적으로 성장하고 있다. 미국은 UL인증을 기반으로 A2L 센서 장착을 의무화하고 있으며 한국 또한 이번 정부 들어 친환경 냉매전환 속도를 높이며 A2L 기술표준을 반영하는 등 글로벌흐름에 발맞추고 있다. 이러한 환경변화 속에서 제조사들이 각국의 안전규제를 통과하기 위해서는 검증된 센싱솔루션 채택이 필수적인 상황이다.

 

센시리온이 제안하는 마스터키는 냉매의 특성에 최적화된 ‘차별화된 센싱 알고리즘’이다. A2L 냉매용으로 열전도방식의 ‘SGD40’ 시리즈를, 폭발위험이 더 큰 A3 냉매용으로는 광음향방식의 ‘SGD45’ 시리즈를 각각 제시했다.

 

A2L솔루션(SGD40)은 높은 감도와 정밀도는 물론 타 가스 간섭에 강한 신뢰성을 갖췄다. 특히 에너지효율이 중요한 유럽시장을 겨냥해 초저전력 설계를 적용한 것이 특징이다. A3솔루션(SGD45)은 매우 낮은 발화농도(LFL)에서도 정확하게 누설을 감지해야 하는 특성을 고려해 고성능 광학기술을 접목했다. 먼지와 습기에 강한 IP54등급의 하우징을 적용해 실외기나 히트펌프 등 가혹한 환경에서도 안정적인 동작을 보장한다.

 

이미 북미시장에서 60% 이상의 점유율을 확보한 센시리온은 UL 및 IEC 국제 안전표준인증을 모두 획득하며 글로벌 제조사들과 협업을 공고히 하고 있다. 한국과 일본시장 또한 기존 반도체식 센서의 오작동 한계를 극복하기 위해 기술적전환이 일어나고 있는 것으로 분석된다.

 

류미하 센시리온 이사는 “내년까지 국내시장의 50% 이상이 차세대 센싱기술로 대체될 것”이라며 “센시리온의 25년 환경센서 노하우를 바탕으로 단순한 부품 공급을 넘어 고객사의 시스템 설계단계부터 안전 가이드라인을 제공하는 전략적 파트너로서 탄소중립시대를 뒷받침하겠다”고 말했다.

 

전자식솔루션, 에너지효율·운영안정성 동시 확보
류금석 파카하니핀(Parker Hannifin)-스폴란 과장은 ‘친환경 냉매전환에 따른 열관리솔루션’을 주제로 발표하며 북미시장을 중심으로 급변하는 냉매규제 환경에 대응하기 위한 핵심전략으로 ‘전자식 제어시스템’의 전면적인 도입을 촉구했다.

 

지난 2020년 미국제조혁신법(AIM Act) 발효 이후 GWP가 낮은 냉매로 전환이 불가피한 상황에서 기존 기계식 제어의 한계를 극복하는 전자식솔루션이 에너지효율과 운영 안정성을 동시에 확보할 해법으로 주목받고 있다.

 

미국환경청(EPA)의 최신 규제 동향을 살펴보면 당초 2025년부터 시행될 예정이었던 엄격한 GWP규제가 최근 장비 재고 소진 및 부품 수급 이슈 등을 고려해 일부 완화(GWP 700~1400 수준) 및 단계적 시행으로 개정됐으나 저GWP 냉매로 전환이라는 큰 흐름은 변함이 없는 것으로 나타났다.

 

냉매가 수시로 바뀌는 과도기에는 특정 냉매 압력에만 반응하는 기계식 밸브보다 센서를 통해 어떤 냉매에도 유연하게 대응할 수 있는 전자식시스템의 가치가 더욱 주목받을 것으로 전망된다.

 

파카하니핀-스폴란의 전자식시스템은 2,500~6,386단계의 초정밀 분해능을 갖춘 스텝모터를 적용해 기존 시스템대비 2~5배 높은 정밀도를 자랑한다. 특히 파카하니핀은 100만사이클의 구동성능을 보증하며 실제 케이스 스터디 결과 기계식대비 최대 30%의 에너지절감효과를 입증했다. 이는 점차 까다로워지는 에너지효율등급(HSPF 등)을 충족해야 하는 제조사들에게 강력한 소구점이 될 것으로 보인다.

 

산업용 냉동시장의 혁신사례로 언급된 ‘핫가스(Hot Gas) 제상시스템’ 역시 눈길을 끌었다. 기존 전기히터방식의 화재위험과 유지보수의 어려움을 해결하기 위해 압축기에서 나오는 고온의 가스를 활용하는 이 방식은 전자식 밸브와 컨트롤러를 통해 정밀하게 제어된다.

 

파카하니핀은 화성공단과 양산 플랜트에서 직접 생산하는 국산 드라이버와 인터페이스 모듈을 통해 고객 맞춤형 커스터마이징서비스를 제공하고 있으며 국내 생산기반을 통한 비용 절감과 신속한 기술지원 등이 특징이다.

 

류금석 파카하니핀-스폴란 과장은 “AI 데이터센터시장의 급성장에 따른 차세대 냉각기술인 ‘이상(2-Phase) 냉각’솔루션이 해법이 될 것”이라며 “GPU의 발열량이 칩당 2kW를 넘어서는 시대에는 기화열을 이용한 이상 냉각이 필수적이며 파카하니핀은 냉매의 상변화를 안정적으로 유지하기 위해 압력 강하를 최소화한 전용 퀵 커플링(QD), 호스, 레귤레이터 라인업을 완비했다”고 강조했다.

 

이어 “북미 고객사에 적용된 196개 매니폴드 병렬 구성사례와 같이 파카하니핀의 글로벌 엔지니어링 역량을 바탕으로 국내 차세대 냉각시장의 기술표준을 선점하겠다”고 덧붙였다.