저GWP 친환경냉매 전환과 히트펌프 보급확대에 대응하기 위한 AI기반 차세대 냉매개발이 본격화된다.

히트펌프는 건물과 산업부문 전기화 및 탄소중립을 위한 핵심기술로 주목받고 있지만 시스템의 성능과 안전성을 좌우하는 핵심소재인 냉매는 해외 기술과 공급망에 대한 의존도가 높다.

특히 글로벌 온실가스 감축규제가 강화되면서 지구온난화지수(GWP)가 낮은 냉매로의 전환이 빨라지고 있다. 향후에는 GWP뿐만 아니라 PFAS규제 대응, 독성·가연성, 에너지효율, 냉동기유·소재 적합성, 제조가능성 등을 함께 충족하는 냉매가 요구될 전망이다. 이에 따라 에너지기술평가원은 2026년도 에너지기술개발사업 신규 연구개발과제로 ‘AI물질발굴기술 활용 친환경·고효율·무독성 냉매 및 히트펌프 적용·검증기술개발’ R&D를 공고했다.

이번 과제는 GWP 150 이하 친환경 순물질 냉매를 발굴하고 중압냉매와 유사한 수준의 성능을 확보하는 것이 주요목표다. AI와 계산화학을 활용해 유망한 분자구조를 우선 선별하고 실제 합성·정제와 정밀물성 측정, 독성·가연성 검증, 히트펌프시스템 적용평가를 거쳐 최종 후보를 도출하는 방식이다.

기존 냉매개발은 연구자의 경험을 바탕으로 후보물질을 선정한 뒤 실제 합성과 실험을 반복하는 방식으로 이뤄져 상당한 시간과 비용을 투입한 이후 후보물질 성능이나 안전성 한계를 확인할 수 있었다.

이번 과제는 개발초기부터 AI를 활용해 방대한 분자구조 가운데 열역학적성능과 환경성, 안전성 및 제조가능성이 높은 후보를 우선 탐색함으로써 실제 합성과 평가가 필요한 범위를 줄일 것으로 기대된다. 이때 AI가 제시한 후보는 제조와 정밀측정 및 공인평가를 통해 검증하며 이 과정에서 확보한 데이터를 다시 AI모델에 반영할 예정이다.

또한 연구진들은 후보물질의 PFAS관련 특성과 합성단계에서 발생하는 부산물, 사용과정의 분해생성물은 물론 제조와 운전 등 생애주기전반의 환경영향을 살펴볼 예정이다.

전문기관 역량 통합… 전주기 개발체계 구축
과제에는 주관기관인 SK이노베이션을 중심으로 한국에너지기술연구원, 중앙대학교, 인하대학교, 한국냉동공조시험연구원(K-HVAC), 한국기계연구원, 한국표준과학연구원, 한국화학연구원 등 전문기관이 참여한다.

연구진들은 새로운 냉매 후보물질을 찾는 데 그치지 않고 AI를 활용한 분자설계부터 제조, 물성·안전성 평가, 히트펌프 적용·검증을 연결하는 신냉매 전주기 기술기반을 구축할 예정이다.

각 기관은 △AI·계산화학을 활용한 후보물질탐색 △합성·정제·제조공정 △열역학·전달물성 정밀측정 △독성·가연성 평가 △냉매·냉동기유·소재 적합성 △시스템성능 해석 △히트펌프 실증 및 장기신뢰성 검증 등 신냉매 개발에 필요한 기술영역을 분담한다.

합성된 냉매의 실측물성은 AI모델과 상태방정식의 정확도를 높이는 데 활용되며 안전성·적합성 평가결과는 최종 후보선정과 시스템 실증조건에 반영된다. 실증에서 확보된 데이터 역시 후보냉매와 시스템의 개선방향을 찾는 근거로 활용될 것으로 기대된다. 이를 위해 과제초기부터 후보선정기준과 시료관리, 시험조건, 데이터 형식과 품질관리기준 등을 연계해 각 기관의 연구성과가 다음 연구단계의 입력자료로 활용되는 체계를 구축할 방침이다.

HP 넘어 다양한 열관리분야로 적용 확대
이번 과제를 통해 개발된 기술은 우선적으로 히트펌프에 적용·검증한 뒤 자동차 및 전기차 열관리, 데이터센터 냉각, 가전, 건물·산업용열관리 등의 분야로 확대할 수 있다.

연구진들은 과제종료 이후 국제표준 대응과 냉매명명·안전분류절차 등을 거쳐 실제 시장진입으로 연결할 예정이다.

강봉호 SK이노베이션 팀장은 “이번 과제는 AI와 계산화학을 활용한 분자설계에서 출발해 합성·정제, 물성 및 안전성 평가, 냉매-오일·소재적합성, 시스템적용과 장기신뢰성, 전생애주기 환경영향 평가, 국제표준·인증까지 연결하는 전주기 기술개발과제”라며 “AI를 활용해 후보물질 탐색의 효율을 높이되 최종적으로는 실험과 공인평가를 통해 기술신뢰성을 확인할 것”이라고 말했다.

한편 이번 사업은 2029년 12월31일까지 총 45개월간 진행되며 총사업비는 약 141억원으로 정부출연금 약 120억원이 투입된다.