한국표준과학연구원(KRISS)은 국가측정표준을 확립하고 이를 산업과 과학기술현장에 보급하는 대한민국의 국가측정표준대표기관이다.

다양한 물리량에 대한 정밀측정기술을 개발하고 측정결과의 정확성과 신뢰성을 확보함으로써 국가 과학기술 발전과 산업경쟁력 강화를 뒷받침하고 있다.

이번 ‘AI물질발굴기술 활용 친환경·고효율·무독성냉매 및 히트펌프 적용·검증기술개발’ R&D에서는 AI가 발굴한 신냉매 후보물질을 대상으로 지구온난화지수(GWP)와 음속·밀도·점도·비열·열전도도 등 핵심 물성을 정밀측정하고 측정불확도를 평가하는 역할을 담당한다.

 

이를 통해 후보물질의 친환경성과 성능을 객관적인 데이터로 검증하고 신냉매의 상용화와 국제인증에 필요한 신뢰성 있는 측정기반을 제공할 계획이다.

 

KRISS는 선행 국가 R&D를 통해 밀도·점도·비열·열전도도 측정시스템을 자체 구축하고 다양한 후보 혼합냉매의 물성을 실제 운전조건에서 측정해 왔다.

 

또한 측정불확도 평가방법과 시험절차서를 마련하고 상태방정식 개발에 필요한 신뢰성 있는 실측데이터를 제공해 왔다.

이번 과제에서는 이러한 인프라와 경험을 바탕으로 측정 대상을 기존 후보 혼합냉매에서 AI가 새롭게 발굴한, 물성이 거의 알려지지 않은 신규 순물질냉매로 확대하며 기존 열물성 측정기술을 고도화하고 음속측정과 GWP 평가기술을 새롭게 구축해 후보물질의 성능과 친환경성을 객관적으로 검증하고 상용화에 필요한 측정기반을 마련할 예정이다.

 

특히 국가측정표준에 기반해 측정값의 정확성과 신뢰성을 확보할 수 있어 다양한 표준물질과 냉매를 이용해 측정성능과 불확도를 검증해 온 경험은 기존 데이터가 거의 없는 신규 순물질 냉매를 평가하는 이번 과제에 직접 활용될 수 있다.

연구진들은 이번 과제를 통해 기존 후보 혼합냉매에서 AI가 새롭게 발굴한 물성이 거의 알려지지 않은 신규 순물질 냉매로 측정대상을 확대한다. 기존 열물성 측정기술을 고도화하는 한편 음속측정과 GWP 평가기술을 새롭게 구축해 신냉매의 성능과 친환경성을 검증할 계획이다.

음속측정·GWP 평가기술 구축 추진

KRISS는 후보냉매의 GWP와 핵심 열물성을 측정하고 측정불확도를 평가해 최종적으로 물성 데이터베이스(DB)를 구축할 계획이다. 이를 위해 신규 냉매의 음속을 측정할 수 있는 시스템을 설계·제작하고 기준가스를 이용해 성능을 검증할 방침이다.

또한 냉매분자의 적외선 흡수특성에 따른 복사효율과 대기 중에서 분해되는 데 걸리는 시간인 대기수명을 측정·계산해 GWP를 산출할 예정이다. 양자화학 계산과 실험측정을 연계하고 최종 결과의 측정불확도도 평가한다.

기존 밀도·점도·비열·열전도도 측정시스템은 측정범위와 정확도를 향상하고 액상과 기상조건에서 후보냉매의 물성을 측정해 과제에서 합성된 후보냉매의 음속·밀도·점도·비열·열전도도 및 GWP를 측정하고 불확도가 포함된 신뢰성 있는 물성DB를 구축할 예정이다.

연구진들이 과제에서 설정한 주요 목표는 음속 측정불확도 1%, GWP 측정불확도 8%, 액상 밀도 0.5%, 점도 4%, 비열 2.5%, 열전도도 2% 수준이다.

 

신규 물질은 참고할 수 있는 기존 데이터가 거의 없는 만큼 측정값과 함께 그 값의 신뢰수준을 나타내는 측정불확도를 제시하는 것이 중요하다. 이에 따라 KRISS는 신뢰성 있는 측정데이터를 AI모델 개발기관과 상태방정식 개발기관에 다시 제공해 예측모델을 개선하는 선순환 구조를 구축하는 데 중점을 둘 예정이다.

 

연구진들은 성능목표 달성을 위해 1차연도에는 냉매 음속측정시스템 설계와 기반구축, GWP 예측알고리즘 개발·평가, 밀도·점도·비열·열전도도 측정범위 및 정확도 향상 등을 수행한다. 2차연도에는 음속측정시스템 제작 및 기준가스를 이용한 성능검증, GWP 양자화학 계산·측정시스템 고도화, 열물성 측정시스템의 성능향상 등을 추진할 예정이다.

3차연도에는 실제 후보냉매의 음속과 GWP, 밀도·점도·비열·열전도도를 측정하고 항목별 측정불확도를 평가한다. 4차연도에는 후보냉매의 GWP를 최종 산출하고 핵심 열물성 측정을 완료하며 불확도를 포함한 물성DB를 구축해 후속 상태방정식 개발과 시스템 실증을 지원할 방침이다.

KRISS의 관계자는 “GWP와 열물성 측정인프라는 단기간에 상품화되는 성과는 아니지만 신물질의 성능과 친환경성을 객관적으로 입증하고 상용화와 해외진출로 연결하기 위해 반드시 필요한 기반”이라며 “아무리 우수한 냉매를 개발하더라도 이를 신뢰성 있게 측정하고 검증할 체계가 없다면 산업적 활용에는 한계가 있다”고 말했다.

 

이어 “AI기반 물질발굴, 합성, 정밀측정, 시스템 실증이 하나의 과정으로 연계되는 연구가 앞으로도 확대되기를 바란다”라며 “이번에 구축되는 GWP 및 열물성 측정기술이 특정 과제에만 머무르지 않고 다양한 저GWP 물질과 친환경 소재개발에 활용되는 국가 공용인프라로 발전할 수 있도록 정부와 산업계의 장기적인 관심과 지원을 기대한다”고 강조했다.