▲ 기계연 김영 책임연구원(좌(左))과 이동근 선임연구원(우)이 압축기 스택을 점검하고 있다.

화석연료에서 신·재생 에너지로의 전환이 가속화되고 있는 가운데, 국내 연구진이 냉동 및 에어컨 시스템에서 친환경 냉매를 적용할 수 있는 기술을 개발, 온실가스 배출을 감소시키고 에너지를 절감할 수 있을 것으로 기대된다.

과학기술정보통신부 산하 한국기계연구원(원장 박상진, 이하 기계연)은 기계적 방식이 아닌 전기화학적 방식을 활용하는 친환경 냉매 압축기 개발에 성공했다고 23일 밝혔다.

이번 연구는 기계연 김영 책임연구원 연구팀과 중앙대학교(총장 박상규, 이하 중앙대) 김민성, 김동규 교수 연구팀이 함께했다.

암모니아, 물 등 친환경 냉매는 오존층 파괴와 지구 온난화를 일으키는 HFC(수소불화탄소)를 포함한 기존의 냉매와는 달리, 환경에 미치는 영향이 매우 적다.

미국, 유럽, 일본 등의 선진국들은 HFC의 사용이 동결되는 2024년까지 친환경 냉매로의 전환을 가속화하는 추세로, 친환경 냉매의 사용을 통해 환경오염을 방지하고, 지속 가능한 개발에 기여할 수 있다.

전기화학식 압축기는 이온교환막을 이용해 이온을 이동시켜 가스를 압축하는 방식으로 수소를 매개체로해 냉매를 압축시킨다. 연구팀은 암모니아, 물 등 친환경 냉매가 수소와 같이 이온교환막을 통과하면서 냉매가 압축되는 원리를 이용해 전기화학식 친환경 냉매 압축기 구동 테스트에 성공했다.

기존 압축기는 빠른 회전으로 인한 부품의 내구성 문제, 윤활유 사용으로 인한 냉매 오염, 소음 등의 문제가 있었다. 이번 친환경 냉매 압축기 개발을 통해 무소음, 무진동, 오일프리(oil free) 등의 장점을 갖고 있어 기존 한계점들을 극복할 것으로 기대된다.

개발된 압축기는 반복된 고압 상태에서도 견고한 구동이 가능하며, 에너지 누설 방지와 고출력 구간에서도 높은 성능을 낼 수 있도록 설계되어 전기화학식 압축기의 효율성을 극대화할 수 있다. 또한, 크기에 상관없이 안정적인 에너지 공급뿐만 아니라 소규모 시스템 구축에도 유리해 기존 대비 60%의 에너지 절감이 가능하다.

오존층을 파괴하고, 온난화를 가속하는 기존의 에어컨 냉매가 아닌 친환경 냉매를 일반 가정용, 산업용 에어컨에 적용하게 된다면, 온실가스 배출을 감소시키고 기후변화와 탄소중립에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

기계연 열에너지솔루션연구실 김영 책임연구원은 “전기화학식 친환경 냉매 압축기는 높은 효율과 경제성, 그리고 공간 절약의 장점을 갖추고 있다”며 “향후 이 기술을 활용한 히트펌프 시스템 개발로 2050 탄소중립 달성에 기여할 것”이라고 밝혔다.

한편 이번 연구는 산업통상자원부 한국에너지기술평가원 주관 ‘전기화학적 압축기를 이용한 화학흡착식 히트펌프 시스템 개발’ 과제의 지원을 받아서 수행됐다.