[투데이에너지 홍시현 기자] 코로나 백신 수송을 계기로 영하 270℃에 이르는 극저온을 유지하면서 유통 전 과정을 사물인터넷(IoT)과 정보시스템 등 첨단 기술로 제어하는 이른바 ‘슈퍼 콜드체인’이 주목받고 있다. 아마존은 슈퍼 콜드체인을 백신 이외 물류 유통망에도 활용하기 위해 아마존 웹서비스에 기반한 슈퍼 콜드체인 관리시스템 ‘링스’ 구축에 착수했다. 과연 ‘슈퍼 콜드체인’이 무엇이며 과제는 무엇인지 살펴보고자 한다. /편집자 주
전 세계 콜드체인 시장은 2020년 1,972억4,000만달러에서 연평균 성장률 16.73%로 증가해 2024년에는 4,275억3,000만달러에 이를 전망이다.
콜드체인 시장은 온도에 따라 냉동, 냉장으로 분류되며 냉동은 2020년을 기준으로 67.8%의 점유율을 차지했으며 냉장이 32.2%다.
냉동은 2020년 1,584억4,540만달러에서 연평균 성장률 7.6%로 증가해 2025년 2,275억2,480만달러에, 냉장은 2020년 75억1,460만달러에서 연평균 8.2% 증가해 2025년에는 1,177억7.080만달러에 이를 전망이다.
하지만 멈추지 않는 코로나19로 인해 콜드체인 시장 규모는 당초 예상보다는 더욱 커질수 있다. 바로 백신 수송을 위한 보관, 수송 등 비용이 증가할 수밖에 없어 그동안의 콜드체인 시장 전망치는 조정이 불가피하다.
■슈퍼 콜드체인 급부상
코로나19 변이 바이러스가 지속적으로 나타나면서 코로나 백신 수요는 증가세는 멈추지 않고 있다. 당초에는 1~2차 백신 접종으로 예방 효과가 클 것으로 보았으나 오미크론 등 변이 바이러스 등장으로 3차 접종이 필요해지는 등 코로나 백신의 수요는 지속적인 증가하고 있다.
백신의 유통 과정에서 변질을 막기 위해서는 온도 조절이 핵심이다.
한국교통연구원 물류기술개발지원센터의 ‘글로벌 물류기술 동향’ 보고서에서는 코로나 백신 수송을 계기로 일반 콜드체인보다 훨씬 더 강력한 ‘슈터 콜드체인’이 급부상할 것으로 전망했다.
일반 콜드체인이 냉장·냉동고 온도에서 제품을 수송하는 반면 슈퍼 콜드체인은 영하 70℃ 때로는 영하 270℃에 이르는 극저온을 유지하면서 수송한다.
슈퍼 콜드체인은 일반 콜드체인과는 차원이 다른 유통시스템으로 유통 전 과정이 사물인터넷과 지리정보시스템 등 첨단 기술로 제하고 이상 상황 발생 시 창고 혹은 수송 책임자에게 관련 정보를 실시간으로 전송해 신속한 대처가 가능하다.
아마존은 슈퍼 콜드체인을 백신 이외 물류 유통망에도 활용하기 위해 아마존 웹서비스에 기반한 슈퍼 콜드체인 관리시스템 ‘링스(Lynx)’ 구축에 착수한 가운데 대만 IT 기업 폭스테크가 영항 80℃를 24시간 유지할 수 있는 솔루션을 개발해 관심을 모으고 있다.
미국의 화이자(Pfizer)사와 모더나(Moderna)사,영국의 아스트라제네카(AstraZeneca)사 등 글로벌 유수 제약업체의 코로나 바이러스 백신 수송을 계기로 극저온 유통망, 이른바 ‘슈퍼 콜드체인’이 주목받게 됐다.
코로나 백신은 슈퍼 콜드체인으로 보관·유통, 포장된 백신은 냉동 로리(냉동설비를 갖춘 트럭)에 적재돼 공항으로 이동된 뒤 항공기를 통해 목적지로 수송된다.
트럭에는 냉동 장치가 2·3중 설치, 한 대가 고장이나도 다른 장치가 적재함 내 극저온을 지속적으로 유지시킨다. 냉동 장치 모두 작동을 멈추는 최악의 사태에도 대비해 액체질소 등 ‘긴급 냉매’가 탑재된다. 항공기에도 냉동기가 설치되고 긴급 냉매가 탑재된다.
목적지에 도착한 백신은 다시 냉동 로리에 실려 백신 보관 장소인 콜드룸(cold room)으로 이동 후 휴대용 아이스박스로 실려 지역 센터로 전달된 뒤 각 지역 백신 접종소에 운반돼 접종된다.
■수퍼 콜드체인이란
일반 콜드체인에 대한 슈터 콜드체인의 차별성을 제조 공정에서부터 시작된다. 코로나 백신은 제조 공장이 공개되지 않는데 이는 생산시설 오염과 온도를 막기 위한 목적이다. 생산된 백신은 극저온 냉동고에 보관됐다가 수분에 강하고 단열 성능이 뛰어난 특수 재질 용기에 옮겨 담긴 뒤 2·3중으로 박스 포장이 되고 냉매가 주입된다.
주입 냉매도 상이하다. 일반 콜드체인에서는 아이스팩, 슈퍼 콜드체인에서는 이산화탄소(CO₂) 얼음인 드라이아이스를 주로 사용한다.
슈퍼 콜드체인 냉동창고에는 액화천연가스(LNG)가 기화될 때 주변의 열을 뺏으며 온도를 낮추는 원리를 이용한 ‘LNG 냉열’ 기술도 적용된다. 최근에는 미국항공우주(NASA)은 우주복 내 온도 조절을 위해 개발안 ‘상변화물질(PCM)’ 기술을 슈퍼 콜드체인에 접목하고 있다.
■극복해야 할 고비용
슈퍼 콜드체인이 일반 콜드체인보다 보관비와 수송비가 높은 점은 극복해야 할 과제다.
일반 콜드체인은 제품 생산에서 최종 소비자에게 전달되는 동안 일정 저온 범위를 유지하는 장비가 필요하다. 하지만 슈퍼 콜드체인은 여기에서 기능이 한 단계 더 업그레이드 된 장비가 요구된다.
슈퍼 콜드체인은 시효성·융복합성·고원가성 등 일반 콜드체인을 압도한다. 보관비와 수송비가 높아 고부가가치 제품 유통이 아니면 사용되기 어렵다는 과제가 있다.
슈퍼 콜드체인 전 과정은 사물인터넷, 지리정보시스템, 위성항법장치, 온도 변화 기록지 등 첨단 기술과 장치가 제어돼야 한다. 이상 상황 시 창고·수송 책임자에 관한 정보가 실시간 전송돼 신속한 대책 수립을 지원해야 한다. 그만큼 첨단 장비 사용이 많아 일반 콜드체인대비 보관비와 수송비가 많이 소요된다.
그러나 미국 아마존사는 첨단 시술과 장치가 적용된 슈퍼 콜드체인을 백신 이외 물류 유통망에도 활용하기 위한 ‘링스’ 구축에 착수한 것으로 보면 향후 슈퍼 콜드체인의 수요는 증가할 것으로 예상된다.
■국내 관심 고조
국내에서도 인천 신항 배후단지에 초저온 물류센터 건립이 본격화되고 있다. 해양수산부와 인천항만공사는 지난해 9월 벨스타 슈퍼프리즈 컨소시엄과 ‘콜드체인 특화구역 내 초저온 물류센터 건립을 위한 사업추진계약’을 체결했다고 밝혔다. 벨스타 슈퍼프리즈 컨소시엄에는 한국가스공사, 한국가스기술공사, EMP Belstar, Belstar SF Holdings, 한국초저온 등이 참여했다.
콜드체인 특화구역 운영에 따른 화물 보관 및 급속냉동 서비스.
인천 신항 배후단지에 들어설 초저온 물류센터는 총 11층에 연면적 35만4,000m²에 2022년부터 공사를 시작해 2024년 완료될 예정이다.
인천 신항 콜드체인 특화구역은 전력 대체원으로 인근 가스공사에서 폐기하는 LNG냉열을 활용해 냉장·냉동 물류창고는 영하 162℃의 LNG 냉열을 활용해 SF급(영하 60℃ 이하)·F급(영하 25℃ 이하)·C급(0℃~10℃ 이하) 창고에서 신선화물을 경제적이고 안정적으로 보관할 수 있게 된다. 현재 LNG 냉열은 코로나19 백신을 안정적으로 보관하는 데도 한 축을 담당하고 있는데 특히 화이자 백신은 영하 60~80℃로 보관하도록 권장돼 향후 LNG 냉열 활용 초저온 콜드체인을 활용하면 관리 온도가 제각각인 백신을 효율적이고 안정적으로 대량 저장할 수 있게 된다.
또한 전기요금(최대 70%) 및 물류비 절감 등의 효과가 있어 물류센터 운영의 효율을 높일 뿐만 아니라 저탄소·친환경 항만생태계를 조성하는 데도 기여할 것으로 기대된다.
슈퍼 콜드체인 관련 기술도 국내에서 활발히 진행되고 있다.
지난해 6월 한국기계연구원 에너지기계연구본부의 박성제 본부장 연구팀이 초저온 콜드체인의 핵심 기술인 스터링 냉동기 개발에 성공했다.
스터링 사이클(Stirling Cycle)을 이용한 초저온 냉동기술은 기존 증기-압축 냉동 기술보다 에너지 효율은 2배 이상 높으면서 더욱 정밀한 온도 조절이 가능하고 장치의 부피도 절반 이하로 줄일 수 있다. 또한 GWP 0인 헬륨(He)을 냉매로 이용하는 친환경 기술이라는 점도 큰 장점이다.
이 기술을 이용하면 최근 코로나19 바이러스 예방 백신 운송을 위한 기술로 주목받고 있는 초저온 콜드체인을 더욱 효율적으로 구축할 수 있다. 또한 반도체 및 디스플레이 산업의 고도화로 인해 앞으로 수요가 발생할 초저온 냉각 기술로도 관심을 모으고 있다.
기존의 증기-압축 방식 냉동기와 비교하면 압축기와 열교환기, 팽창기, 오일분리기 등 여러 부품이 배관으로 연결된 방식인 것과 달리 스터링 냉동기는 하나의 유닛으로 소형화할 수 있고 연속운전 제어가 가능하며 온도 제어의 범위도 훨씬 넓다.
박성제 기계연 본부장은 “초저온 스터링 냉동기는 스터링 냉동기의 적용 영역을 넓혀 새로운 분야의 산업 창출을 모색할 수 있는 바탕이 될 것”이라며 “바이오산업은 물론 반도체 생산 공정용 초저온 칠러 등을 위해 냉각 용량 대형화 등 추가 연구개발에 최선을 다하겠다”고 말했다.