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[인터뷰] 이동건 티이컴퍼니 연구소장

LNG냉열 활용 원천기술 보유…에너지자립형 냉동창고 구축
LNG냉열+R507A(R404A)·CO₂브라인 시스템 제안

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최근 친환경·저탄소 에너지로의 전환이라는 정책기조에 따라 그동안 바다로 버려지고 있었던 LNG냉열 활용에 대한 관심이 매우 높다. 이러한 LNG냉열을 본격적으로 사용해 대규모 초저온 물류창고를 운영하고 있는 한국초저온은 국내 LNG냉열 활용시대를 개막한 우수사례로 기록되고 있다.

이동건 티이컴퍼니 연구소장은 LNG 기화열을 이용한 물류창고 냉각시스템에 대한 원천특허와 14건의 응용특허기술을 보유함으로써 LNG냉열 활용에 관해서는 국내 최고 엔지니어라고 불려도 손색이 없다.

한국초저온의 초저온 물류창고는 물론 인천, 부산, 용인 등 현재진행형인 LNG냉열 활용 물류창고에도 깊이 관여하고 있는 이동건 소장을 만나 이야기를 나눴다.

■ LNG냉열은
LNG냉열은 –162℃의 LNG가 보유하고 있는 저온에너지로 LNG가 기화되기 위해 필요한 열량으로 약 200kcal/kg LNG(lata)다. 우리나라의 2018년기준 LNG 도입량은 4,400만톤, 수요량 3,600만톤으로 열량으로 환산하면 연간 7조2,000kcal다.(냉열량은 3,600만톤/년×1,000kg×200kcal/kg=720만Gcal/년) 

년도

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

도입량

32,603

36,685

36,184

39,876

37,107

33,366

33,453

37,537

44,015

31,202

33,571

36,547

38,675

35,174

31,456

32,773

32,163

36,219

도시가스용

17,521

18,255

19,557

19,596

18,180

16,929

17,384

18,390

19,813

발전용

13,681

15,316

16,990

19,079

16,994

14,527

15,389

13,773

16,406

LNG 수급동향 및 전망(단위: 천톤)


국내 냉동창고의 열량은 약 1조4,541억kcal로 추산되기 때문에 LNG냉열의 활용잠재력은 매우 높은 수준이다.(국내 전체 냉동창고의 필요 냉열량의 약 4.9배의 열량임.)

구분

연간 기화량()

KG

열량

(kcal/kg)

평균시간

년간

연간 발생열량

(kcal/year)

RT

비율

비고

LNG열량

36,000,000

1,000

200

 

 

7,200,000,000,000

2,168,674,698

495%

 

냉동창고

열량

공칭톤수

/RT

RT

24

365

연간 필요열량

(kcal/year)

438,000,000

100%

냉동창고 기준

5,000,000

100

50,000

1,454,160,000,000

우리나라의 LNG냉열 발생량과 냉동냉장 물류센터와의 열량비교.


LNG냉열을 이용한 에너지 완전자립형 솔루션은 지금까지 바다에 버려졌던 –162℃의 기화열을 가스발전 혹은 연료전지, 가스흡수식냉온수기 등을 이용해 전력과 열을 동시에 생산하고 다양한 온도대별, 용도별 시설에서 사용될 수 있다. △10~25℃ 골프장 △운동시설 0~25℃ △식물원, 귀농마을 △–15~-10℃ 동계스포츠시설 △–60~-40℃ 급속동결, 진공동결 건조 △–60~-40℃ 초저온냉동창고 등에서 기존 화석연료대비 40~60% 에너지절감을 실현할 수 있다.

특히 LNG냉열을 440kW/h 연료전지에 적용할 시 효율은 40~60% 향상시킬 수 있으며 생성되는 냉열에너지로 기존 기계식 냉동시스템대비 43%의 에너지비용을 절감할 수 있다.

LNG를 이용해 수소연료전지 혹은 가스발전 시 발생되는 폐·온열을 흡수식 냉온수기를 사용해 냉수(7℃)를 생산해 융·복합 냉동·냉장시스템 냉동기의 응축열원으로 사용할 시 냉동기의 압축비를 낮춤으로써 냉동시스템의 성적계수를 향상시킬 수 있다. 이를 통해 종합에너지를 40~50%를 절감할 것으로 기대된다.

■ LNG냉열 활용 국내·외 구축사례는
일본에서는 이러한 LNG냉열을 LNG기지 인근지역에서만 국한돼 이용되고 있다. 일본 후쿠오카(세이부가스)와 요코하마(동경가스)에 LNG냉열을 이용한 냉동물류센터가 운영중이며 후쿠호카는 1개 센터 4층 구조로 2만5,000톤, 요코하마는 3개 센터 3~5층 구조로 3만3,000톤 규모다.

LNG냉열을 활용한 국내 대표사례인 한국초저온은 LNG를 탱크로리로 운반해 LNG기지 인근에 국한되지 않고 어디에서나 이를 이용할 수 있는 시스템이다. 또한 LNG발전과 냉·온열을 이용한 융·복합시스템이 적용됐다.

△냉동전용 창고 △냉장전용 창고 △정온·상온 전용창고로 구성됐으며 냉동품 전용창고는 연면적 3만9,861m²(1만2,058평)에 5만3,924톤을 수용할 수 있다. 냉장품 전용창고는 연면적 5만3,874m²(1만6,297평), 수용톤수 4만5,200톤이며 정온·상온 창고는 연면적 4만7,765m²(1만4,449평), 수용톤수 3만2,400톤 규모를 갖췄다.

온도대별로 상온(D급25~10℃), 냉장(C급, 0~10℃), C&F급(-22~0℃), F급(-35~-25℃), SF급(-55℃~-80℃) 등으로 구분돼있어 냉동 농·수·축산 및 가공품, 신선농산물, 의약품 및 반도체 등을 적재적소에 보관할 수 있다.

■ 친환경 냉각시스템이 부각되고 있는데
전 세계적으로 냉매규제가 현실화되고 있는 현재 자연냉매와 친환경 냉각시스템이 부각되고 있다. 제1세대 냉매인 HCFC냉매인 R22는 지구온난화지수(GWP)는 1,760으로 낮지만 오존층파괴지수(ODP)가 0.055이기 때문에 몬트리올의정서에 따라 2030년까지 전폐 대상이다.

이를 대체하기 위해 나온 제2세대 냉매인 HFC계열인 R404A, R507A 역시 GWP가 3,943, 3,985로 교토의정서에 따라 2024년부터 동결, 단계적 퇴출되는 냉매다. 

이에 대응하기 위해 3세대 냉매인 R1234yf(소형냉장기기와 이동식에어컨) R1234ze(폼과 냉각기 발포제로 사용) 등 HFO계열을 사용하고 있고 산업용에는 HFO와 HFC냉매의 혼합냉매 R448A, R449A를 저온용 냉매로 사용하고 있지만 아직 여러 문제점을 안고 있다. 

이러한 HFO냉매는 GWP가 낮을수록 인화성은 높아진다. 아직은 GWP가 낮으면서 인화성도 허용범위인 더 좋은 냉매를 찾기는 어려운 것이 현실이다. GWP가 더 낮다고 해도 우리가 알고 있는 혼합냉매인 HFO·HFC 냉매들은 GWP가 600~1,900으로 선진국(유럽과 일본)이 규정하고 있는 GWP 150 이하의 냉매를 찾기란 어렵다. 

이러한 화학물질냉매들은 장기적으로 환경에 어떤 영향을 미칠지 알 수 없다. 다양한 냉매를 사용해 시스템을 설계하고 있지만 모든 용도의 냉동·냉장설비에 사용할 수 있는 자연냉매시스템이 최선이다. 이러한 자연냉매는 지구환경에 해가 없고, 자연을 보호하고, 우리를 보호하며 우리 후손을 보호할 것이다.

결국 국제 환경규제에 대응하기 위해서는 ODP가 0이고 GWP가 1인 CO₂나 NH₃, 이소부탄, 공기, 물 등의 자연냉매를 사용하는 것이 가장 이상적이지만 기술적, 법적 문제가 남아있어 순수한 자연냉매만으로는 시스템을 구성하기 힘든 것이 현실이다. 

이에 따라 차선책으로 자연냉매와 프레온계 냉매의 융합시스템을 적용해 시스템의 전체 GWP를 낮추는 방법을 제안하고 있다. LNG냉열과 더불어 R404A·CO₂브라인 시스템을 적용한다면 에너지효율 향상과 함께 프레온냉매로만 구축된 시스템보다 GWP를 1/10 수준으로 낮출 수 있다.

특히 냉동·냉장창고는 한번 건설되면 30년 이상을 운영하게 되는데 높은 GWP와 ODP로 인해 퇴출대상인 HCFC, HFC계 냉매를 적용해서는 머지않은 시간에 냉동시스템을 교체해야 하는 일이 발생할 것이다.

앞으로 프레온계 냉매의 냉각시스템은 최악의 선택이 될 수 있다. 순수 자연냉매 냉각시스템을 구축하는 것이 최선의 선택이겠지만 과도기적으로 프레온계+자연냉매 냉각시스템이 대안이 될 수 있다고 생각한다. 

■ 정부의 역할은
최근 전 세계 재계의 화두는 ESG(Environment, Social, Governance: 환경, 사회, 지배구조)이다. ESG로 탄소중립, 에너지절감, 친환경 냉매를 말하고 있다.

이에 따라 정부도 냉각시스템의 총 GWP를 낮출 수 있는 방향으로 규제 및 인센티브제도를 강화해야 할 것이다. 글로벌 냉매규제가 강해지고 산업생태계는 선진국을 중심으로 친환경적으로 재편되고 있다. 시대환경에 발맞춰 국내에서도 GWP가 높은 시스템에 대한 부담은 높이고 GWP가 낮은 시스템에 대해서는 세금 혜택, REC 인정, 탄소배출권 부여 등 다양하게 지원할 수 있는 입법제도가 하루빨리 마련돼야 할 것이다.

특히 쓰레기매립 문제가 한창 이슈화됐을 때 정부는 재활용 쓰레기 분리배출제도를 통해 전체 매립량을 줄이고 자원을 재사용함으로써 환경과 비용문제를 한번에 해결했다. 에너지산업도 이와 같은 접근방식이 필요할 것으로 보인다. 현재 버려지고 있는 에너지를 체계화시켜 재활용방안을 마련한다면 더 나은 산업생태계를 구축할 수 있을 것으로 기대된다.