[투데이에너지 강은철 기자] 전세계적으로 온실가스 감축이 최대 이슈가 된지는 수년이 지났다. 각 나라마다 온실가스 감축을 위한 다양한 방안이 진행되고 있다. 현재 온실가스의 기준이 되는 가스가 바로 CO₂다. 지구온난화지수(GWP)가 1이다.

하지만 냉난방·공조분야에서는 GWP가 훨씬 높은 냉매를 사용하고 있다. 냉난방·공조분에서 냉매의 역할은 보다 효율을 높일 수 있는 물질이라는 것이다.

냉매가 첫 개발된 것은 1930년 프레온가스(CFC)가 개발되면서 냉매로 사용됐다. 가장 안정적이고 효율적인 냉매로 알려졌으나 1974년 미국 환경과학자들이 CFC와 HCFC 냉매가 오존층을 파괴하는 물질이라는 것을 발전하면서 규제 움직임이 나오기 시작했다.

규제 움직임은 1987년 몬트리올의정서 체결로 부각됐으며 1989년 발효되면서 본격적으로 CFC와 HCFC 냉매에 규제가 시작됐다. 실제로 냉매 생산이 금지된 것으로 1996년에 이르러서 진행됐으며 규제를 강화하기 위한 움직임은 1997년 교토의정서가 체결되며 현실화됐다.

하지만 2001년 미국과 중국 등이 자국산업 보호를 명목으로 교토의정서 불참을 선언하면서 반쪽자리 위기에 몰렸지만 2005년 교토의정서는 발효된다. 2008년 OECD국가, 유럽연합 등 41개 ‘부속서 1’ 국가들은 2012년까지 감축이행키로 했다. 2009년 열린 코펜하겐 기후협약에서는 세계 105개국 정상과 192개국 대표들이 모여 강력한 의사결정을 할 수 있는 계기가 마련됐으나 복잡한 이해관계로 인해 큰 성과를 거두지 못했다.

△유럽, F-Gas 규제 의미는

유럽은 교토의정서에서 규정하는 6대 온실가스인 △이산화탄소 △메탄 △아산화질소 △수소불화탄소 △과불화탄소 △육불화황 등에 포함되며 불소(F)를 함유한 기체를 총칭하는 F-Gas에 대한 규제를 시행하고 있다.

F-Gas 중 HFCs의 단계적 감축(Phase-down)으로 EU시장 내 도입량을 2030년까지 현재보다 79% 줄이기 위해 시행되고 있는 규제다. 이를 위해 지구온난화지수(GWP) 150을 초과하는 HFCs 상업용 밀폐 냉동장치들은 2020년부터 EU 내 시장판매가 금지되며 지구온난화지수 150을 초과하고 40kW를 넘는 상업적 용도의 중앙집중식 냉동장치들은 2022년부터 시장판매가 금지된다.

다만 지구온난화지수 1,500 이하 캐스케이드방식(Cascade systems)의 1차 냉매장치들은 예외로 인정되며 HFCs가 함유된 밀폐 냉난방장치의 경우 2020년부터 금지된다.

F-Gas의 종류는 수소불화탄소(HFCs: Hydrofluorocarbons), 과불화탄소(PFCs: Perfluorocarbons), 육불화황(SF6: Sulphur hexafluoride) 등이 있으며 이 중 수소불화탄소(HFCs)는 불연성 무독성가스로 취급이 용이하며 주로 냉장고 및 에어컨의 냉매, 솔벤트, 에어로졸(Aerosol) 등으로 사용된다. 과불화탄소(PFCs)는 대부분이 전자분야, 화장품 및 제약산업 등에서 사용되며 소화기에도 쓰인다. 육불화황(SF6)은 전기 제품과 변압기 등의 절연체로 사용되고 있다. 

일반적으로 이산화탄소(CO₂)가 대표적인 온실가스로 알려져 있으나 지구온난화지수(GWP: Global Warming Potential)로 볼 때 F-Gas의 GWP는 CO₂ 보다 월등히 높아 지구온난화에 미치는 영향이 매우 높다. 

실제로 이산화탄소와 비교했을 때 수소불화탄소는 1,300배, 과불화탄소는 7,000배, 육불화황은 무려 2만2,000배가 넘는 온실효과를 가지고 있다. 이들 기체의 EU 내 배출량은 1990년 이래 60%나 증가한 것으로 밝혀졌으며 2011년 기준으로 EU 내 전체 배출된 온실가스량 중 F-Gas는 1.9%를 차지해 이산화탄소(82.2%)에 비해 적은 양을 배출하고 있다.

△차세대 냉매는 무엇인가

대형 슈퍼마켓에서 이뤄지는 냉각 및 냉방에 사용됐던 해로운 냉매들이 점차 ‘착한’ 냉매로 전환되는 추세다.

기존에 사용됐던 냉매인 R22는 오존층에 심각한 피해를 입히는 지구온난화의 주범으로 유럽에서는 이미 사용이 금지됐으며 미국 및 여러 지역에서도 금지될 예정이다. 대부분의 선진국에서는 5~6년 전부터 CO₂와 같은 친환경 냉매로 전환하고 있다.

가장 보편적인 대체냉매는 HFC와 CO₂이지만 친환경적인 측면에서 보면 CO₂가 최적의 선택이다. CO₂는 지구온난화에 미치는 영향인 GWP(Global Warming Potential)수치가 1로 아주 낮은 반면 HFC는 3,700으로 기존의 R22(1,700)보다 2배 이상 높다.

또한 기존의 HFC시스템은 매년 낭비되는 냉매의 양이 20% 정도로 효율적인 방법이라고 할 수 없다.

CO₂를 이용한 초임계 이산화탄소시스템은 아주 적은 양의 냉매를 사용하기 때문에 열교환기 크기 및 배관 설계 등 시스템이 매우 콤팩트하다. CO₂ 냉매는 저온 환경의 냉각 및 쿨링에는 이상적이지만 고온의 환경에서는 압력이 너무 높아지므로 콘덴싱이 불가능하다는 단점이 있다.

현재 우리나라에서 사용하는 냉매는 사실상 향후 규제대상에 모두 포함된다. 차세대 냉매개발은 특히 요원한 것이 우리나라 현실이다. 아직까지 개발도상국 지위를 유지하기 때문에 HFC계열 냉매 사용이 가능하지만 멀지 않은 미래에 감축의무대상 국가에 포함될 것이 분명해 보이기 때문에 이러한 냉매시장에 대응할 수 있는 방안 모색이 필요한 상황이다.

이렇다보니 자연스럽게 자연냉매인 ‘CO₂’에 눈길이 가는 것이 사실이다. 유럽에서는 상당히 오랜시간 CO₂ 등 자연냉매를 활용할 수 있는 시스템개발에 적극 나서고 있다.

산업용 냉동시스템(미임계 CO₂), 식품 매장용 냉동시스템(미임계 CO₂, 초임계 CO₂), 항온항습기(미임계 CO₂), 온수용 히트펌프(초임계 CO₂), 수송용 냉동시스템(초임계 CO₂) 등에 다양하게 활용되고 있다.

이 중 식품매장용 냉동시스템의 경우 부패하기 쉬운 음식물 보존을 위한 냉각뿐만 아니라 위생목적의 온수와 난방용으로 사용할 수 있다. 냉각, 온수, 난방을 한 시스템으로 해결할 수 있어 주목받고 있다.

이렇다보니 국내에 CO₂를 냉매로 활용한 시스템은 일본이나 유럽에서 들어온 제품들이 장악하고 있다. 일부 중소기업에서 CO₂냉매를 활용한 히트펌프 등을 개발하고 있지만 안정성 및 높은 가격구조로 인해 제품판매까지는 상당한 시일이 걸릴 것으로 보인다.

 

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