[투데이에너지 김나영 기자] 정부가 에너지전환 및 온실가스 감축에 대한 강력한 드라이브를 걸고 있는 가운데 숨겨진 온실가스와 에너지만 찾더라도 산업에 부담을 지우지 않도록 일정부분을 해소할 수 있는 방안이 업계로부터 개발되고 있다. 폐냉매를 비롯해 우리가 흔하게 접하고 있는 부탄캔이 그 예라고 할 수 있다.
황병봉 오운알투텍 대표는 온실가스 저감 및 에너지전환을 위해 다양한 측면에서의 사업을 발굴, 검토하고 있는 것으로 알려졌다. 오운알투텍이 제시하고 있는 폐냉매 회수사업을 비롯해 폐부탄이 온실가스 및 에너지전환에 기여를 할 수 있을지 알아봤다. /편집자 주
우리 주변에는 수없이 많은 양의 온실가스와 에너지원이 검증되지 않은 채 버려지고 있다. 이는 다시 말해 자원이다. 자원이 공기 중에 누출돼 버려지고 있는 것이다. 하지만 이러한 온실가스와 에너지원을 찾아 사업화하는 기업이 있어 눈길을 끈다.
오운알투텍은 지난 2015년 9월부터 폐냉매 회수 및 정제관련 국가연구과제를 다수 수행하며 폐냉매 처리기술을 정립, 이를 바탕으로 2016년 오염 및 혼합된 폐냉매의 분리정제 재생기술을 상용화했다. 또한 관련 기술의 녹색성 및 우수성을 인정받아 녹색기술인증을 획득한 바 있다.
이러한 노력의 일환으로 환경부는 대기환경보전법(이하 대기법)을 개정, 오는 29일부터 냉매회수업 등록제가 본격 시행된다.
지난해 황병봉 오운알투텍 대표는 본지와의 인터뷰에서 “국가기관의 냉동공조 시설담당자도 아직도 온실가스 폐냉매 환경적 처리를 대기환경보존법 개정 2018년 입법예고 기간이라 비용으로 판단해 온실가스를 대기로 버리고 있다는 사실이 아쉽다”라며 “폐냉매 처리가 제도권에 들어있지 않지만 온실효과가 큰 배출처를 중심으로 폐냉매처리 관련 법개정을 지속적으로 요구할 것”이라고 의지를 밝혔었다.
오운알투텍이 지치지 않고 정부과제 등을 통해 문을 두드린 결과 대기환경보전법의 개정을 이끌어낸 것으로 보인다. 하지만 운반 등의 문제가 아직도 풀어야 할 과제로 남아 있는 상황이다.
당시 황 대표가 공언했던 제도권에 해당하는 냉동조설비의 냉매를 회수해 온실가스 저감 및 재생냉매 생산으로 원료수입 대체효과와 폐가스 정제재생산업에 있어 재생품질만큼은 규정과 기본을 지키며 제대로된 재생산업을 견인, 확대하겠다는 포부를 일부 이뤘다.
■ 오염(폐)냉매의 정제재생 경제성
황 대표는 오염냉매, 즉 폐냉매의 정제재생 후의 경제성에 대해 역설한다. 황 대표에 따르면 폐냉매는 몬트리올 의정서에 의한 ODS물질 및 교토의정서에 의한 온난화물질로써 생산•판매 감축과 규제에 따른 산업수요대비 공급 불균형이 발생하고 있다. 오존층 파괴와 지구온난화를 유발하는 불화화합물(F-gas) 폐냉매의 주된 배출원은 산업체의 냉동공조설비, 고층건축물의 냉난방, 폐자동차 및 폐가전 및 가스계 소화약제 등 다양한 산업체다.
폐냉매를 정제·재생해 사용함으로써 산업체는 유지보수 비용 절감, 설비 효율 향상, 설비 수명 연장이 가능하다. 사회적 합의, 경제적 측면, 제도적 측면에서 보았을 때 폐냉매의 정제•재생 사용은 반드시 필요하다.
폐냉매 정제재생은 ‘3R(Recovery, Recycle, Reclaim)’로 표현하는데 주요 내용은 △Recovery-실린더, 칠러, 냉동공조시스템 등 설비 내 모든 냉매를 제거하는 작업 △Recycle-회수 작업 종료 후 냉매 속 함유된 오염물질 오일, 수분, 산분, 미립자, 불응축가스 제거 후 재주입 작업 △Reclaim-회수 운반된 폐냉매를 KSI&AHRI 품질 규격을 만족하는 고순도 분리재생기술 및 화학적 냉매분석작업 등이다. 이러한 3R과정을 거치기 전 냉매의 오염물질은 대부분 오일, 불응축가스, 수분, 기타 미립자다.
황 대표는 “오일은 마찰력 감소 및 마모의 영향을 줄이기 위해 냉동기시스템에 사용되는 구성부품의 윤활제로 사용되는데 압축기실린더에 존재하는 소량의 오일은 냉매가 순환되면서 섞이게 되며 이러한 경로를 통해 냉매는 오일에 오염된다”라며 “냉동시스템 내 오염냉매는 냉매의 열역학적 매개변수에 영향을 미친다”고 설명했다.
이어 황 대표는 “이 매개변수는 열교환능력, 팽창밸브, 압축기 일효율에 영향을 미치며 특히 오일에 의한 오염이 심해 냉매에 섞인 오일의 농도가 높으면 냉매흐름의 변화를 일으키고 엔탈피, 점성, 표면 장력, 압력 강하 등 다양한 문제를 야기한다”라며 “장비의 물리적 손상측면에서 오일파울링은 냉각관을 따라 오일증착이 증가할 때 발생, 이는 열전달을 가속시켜 전체적인 냉동시스템효율을 떨어뜨린다”고 지적했다.
ASHRAE(AMERICAN SOCIETY OF HEATING AND AIR CONDITIONING ENGINEERS) 연구에 의하면 증발기 오일오염현상으로 에너지효율은 최대 15%가량 감소 될 수 있다고 한다.
불응축가스와 관련 황 대표는 “불응축가스는 다양한 방법으로 냉동시스템 내부로 유입될 수 있는데 이는 냉동시스템 내 기체상태로 존재해 응축기 열교환 표면적을 감소시키고 이 원인으로 냉동 효율 감소 및 열교환기 압력상승, 불완전한 냉매응축을 야기해 압축기 사용 에너지 및 가동시간 증가로 인해 압축기 내구성 및 효율 감소까지 초래한다”고 강조했다.
특히 황 대표는 “냉동시스템 내부 오염물질 중 가장 위험한 물질은 수분”이라며 “냉매 내 수분이 있을 경우 팽창 밸브주변 얼음생성, 냉매 수분 및 오일 화학반응으로 인한 산분 형성, 산분으로 인한 모터 구성품 손상 등 수분으로 오염된 냉매는 팽창밸브 혹은 증발기에 불응축가스와 동일하게 빙상 형성을 유발한다”고 말했다.
이는 열전달을 위한 표면적을 줄이고 냉각과정을 방해해 냉동효율을 떨어뜨린다는 것이다. 냉동시스템 수분오염의 근본원인은 △Filter Dryer 결함 및 부적절한 교체주기 △현장 설치 및 작업 도중 수분 유입 △수냉식 응축기 누수 △특정 탄화수소 산화 △수분에 오염된 오일 등이다.
황 대표는 “수분은 스펀지처럼 냉매에 쉽게 스며들며 HCFC, HFC 냉매의 용해도 특성으로 인해 포화상태가 될 때까지 수분은 냉매에 계속 흡수되기 때문에 포화상태까지 수분이 냉매에 흡수되면 Flooded Chiller 상태가 된다”라며 “냉매분석으로는 시스템 내 실제 수분량을 측정 할 수 없어 냉매 내 수분은 압축기 및 기타 시스템 재료의 절연체에 금속부식 및 화학적 손상을 초래하는 산분 형성을 유발한다”고 전했다.
이어 황 대표는 “금속부식으로 인해 모터 베어링 부식 및 홀 생성으로 모터 유격 및 내구성 손상을 유발할 수 있다”라며 “비록 냉매 내 수분이 직접적인 압축기 고장원인은 아니지만 수분으로 인한 압축기 관련 부품 녹 및 부식으로 압축기 내구성은 감소한다”고 덧붙였다.
■ 오염냉매와 냉동효율 상관관계
황 대표는 이처럼 오염냉매 발생 시 냉동효율에 상당한 영향을 미친다고 말한다. 난방, 환기 및 공조(Heating, Ventilation and Air-Conditioning)시스템은 일반적으로 건물에너지 부하의 약 40%를 소비한다는 것이다. 따라서 냉동시스템은 건물의 전체 에너지소비에 중요한 영향을 미치는데 이는 결국 비효율적인 시스템은 높은 에너지비용, 장비수명 및 내구성 감소로 이어진다고 강조했다.
칠러 사용기간이 오래 지남에 따라 냉동기효율은 점차 감소함을 확인할 수 있으며 이는 칠러 내부 오염된 냉매로 인한 것이라고 황 대표는 설명했다.
황 대표는 “냉매 내 오염물질은 고체, 액체, 기체 상태로 존재하는데 냉매 내 오염물질은 시스템에 심각한 물리적 손상이 발생하거나 냉동효율이 현저하게 감소할 때까지 확인할 수 있는 방법이 없다”라며 “결국 냉동시스템 저효율 및 고장으로 인해 유지보수 비용이 증가하고 장비 내구성은 감소하게 된다”고 조언했다.
아울러 황 대표는 “냉매 내 불응축가스, 오일, 수분은 응축기 및 증발기의 전체 열전달계수 감소를 야기한다”라며 “열전달계수 감소 효과는 열전달계수의 급격한 변화가 없는 이상 증발기의 냉각성능에 큰 영향을 미치지 않으며 엔탈피의 100% 및 열전달 계수는 각각 3만4,067.82J/mol, 7,000W/K”라고 밝혔다.
황 대표는 또 엔탈피 20%, 열전달계수 85.7% 감소 시 오염된 냉매와 오염되지 않은 냉매의 냉각효과의 차이는 대략 33.7%로 냉매 오염물질로 인한 엔탈피의 15% 감소는 냉각성능의 12%에서 14.17%로 감소했음을 알 수 있었다고 연구결과를 밝혔다. 또한 수분오염으로 인해 냉동시스템의 압력이 낮아지면 냉각 효과도 떨어진다고 강조했다.
특히 황 대표는 “냉동시스템 유지보수 비용 중 압축기 보수비용은 시스템 전체 금액의 60~70%정도이므로 압축기 관리가 중요하다”라며 “냉동시스템 5RT 기준 1,000만원일 경우 오염냉매 사용으로 인한 압축기 고장 및 교체 시 예상비용은 600만~700만원”이라고 말했다.
무엇보다 황 대표는 “오염냉매 회수, 정제, 재생 주입 시 오염냉매 정제재생 비용이 압축기 교체 비용에 비해 경제성이 높다”고 강조하며 냉동기 에너지절감액에 대한 예시를 제시했다.
오운알투텍에 따르면 냉동기 600USRT를 연간 3,000시간 운전, 총 동력 420kW일 경우 동력절감율은 19%에 달하는데 kWh당 전기요금이 114원임을 감안하면 전력소비 절감액은 연간 2,729만1,600원이며 전기 기본요금 절감액은 631만584원인 것으로 나타났다.
■ 오운알투텍, 폐부탄에 주목하다
오운알투텍은 버너용 부탄도 사업 확장성을 기대하고 있다. 화력이 약해져 버려지는 부탄캔에는 최소 1/3정도의 가스가 남아 있다는 것이다. 이를 우리는 폭발 방지를 위해 부탄캔에 구멍을 내 배출하도록 폐기지침을 마련하고 있다. 우리가 흔히 접할 수 있는 버너용 부탄캔의 경우 약 520ml가 들어있다. 이 가운데 1/3이라고 하면 150ml 이상이 잔존하게 되는 것이다. 그러나 이를 우리는 대기 중으로 날려버리는 것이라는 설명이다.
황 대표는 “이처럼 버려지는 부탄캔이 연간 150만개에 달한다”고 전했다. 이를 수거해 잔량을 한데 모으게 되면 결국 연간 22만5,000리터에 달하는 LPG를 모으게 된다. 이는 사용하지 않는 버너용 부탄 43만2,692개에 달하며 시중에서 판매되는 부탄캔이 개당 1,200원이라고 할 경우 총 약 5억1,923만원의 비용을 대기 중에 날려 보내는 셈이다.
황 대표는 온실가스 감축 및 에너지원 확보 등의 측면에서 부탄캔을 바라보고 있으며 이를 통한 사업도 구상 중인 것으로 알려졌다.