환경신뢰성 시험기 제조전문기업 바이스테크닉(Weiss Technik)은 –70℃ 초저온분야의 R23을 대체할 수 있는 R469A냉매를 개발해 독일 디자인위원회(Design Council)에서 수여하는 2020 독일 혁신상에서 화학분야 Gold Award 1위, 에너지솔루션분야 Winner를 수상했다.
바이스테크닉은 독일 호이헬하임(Heuchelheim)에 본사를 둔 슝크그룹에 소속돼있으며 ‘Test it, Heat it, Cool it’이라는 슬로건 아래 전 세계적으로 수많은 제품의 연구개발은 물론 제조 및 품질보증에 사용되는 솔루션을 제공하고 있다.
Janko Foerster 바이스테크닉 제품·마케팅 총괄에게 세계 냉매동향 및 전망과 중장기계획에 대해 들었다.
■ 세계 냉매동향 및 전망은전 세계적으로 HFC냉매 관련규제가 강화되고 있다. EU에서는 이미 많은 장비에서 약 2,500 이상의 높은 GWP(지구온난화지수)를 가진 냉매의 사용이 금지됐다.
이에 따라 세계적으로 가장 많이 사용되고 있는 R404A를 신규 장비 및 기기에 사용할 수 없게 됐으며 R404A가 사용되고 있는 장비에 대한 서비스도 제한된다. 다만 국방분야나 냉각온도가 –50℃ 미만 시스템의 경우 예외조항이 적용된다.
이와 함께 할당량제도도 시행되고 있다. 2021년부터 2015년 전체 냉매 유통량의 45%만을 사용할 수 있게 됐으며 이는 CO2환산량을 기준으로 산출한다.
이러한 규제는 특정냉매의 가격상승 및 수급부족현상을 야기했다. 예를 들어 유럽에서는 이미 R404A를 확보하는 것이 거의 불가능하고 짧은 기간동안 R23 가격은 약 10배 상승했다.
중국과 일본에서도 HFC냉매에 대한 규제를 실시 중이라고 발표한 바 있으며 미국의 경우 바이든 행정부 출범과 함께 냉매에 대한 규제가 더욱 강화될 것으로 예상된다.
■ 세계 R23냉매 사용현황 및 전망
R23냉매를 대체할 수 있는 냉매를 개발하는 연구는 활발하게 진행돼왔으며 이에 대한 많은 압박이 있는 상황이다.
CO2가 R23냉매의 대체로 각광받고 있지만 컴프레서나 압력보상 탱크와 같은 구성부품에 수반되는 비용이 높아 대규모 장비 및 장치에만 사용가치가 있다. CO2사용에 중요한 점은 –56℃ 이하에서 드라이아이스로 변하지 않도록 하는 작업에 많은 비용이 들기 때문에 사용이 제한적이다.
이에 따라 최저 –45℃ 냉각시스템에서 주로 사용되고 있으며 CO2는 온도가 내려갈수록 열보상 수준 또한 낮아진다. 그럼에도 불구하고 냉매는 누설 시에도 화재가 발생하지 않도록 비인화성, 무독성, 비부식성 등의 특성을 갖춰야 한다.
R23은 여전히 전 세계적으로 폭넓게 사용되고 있지만 적합한 기록없이 유통되는 그레이마켓은 처벌대상이다. 특히 EU 내에서는 세관과 무역 에이전트 모두 냉매규제를 지키기 위한 노력을 강화하고 있다. R23의 대부분이 중국을 통해 유통되는 만큼 중국의 냉매규제정책이 전 세계 R23 공급 및 사용에 큰 영향을 미칠 것으로 예상된다.
■ 선제적 냉매전환의 중요성은
기후위기에 대응하기 위한 전 세계의 합의는 온실가스 감축과 연관돼 있다. 냉매규제는 교토의정서와 파리협정의 목표이기도 하며 현재 사용되고 있는 냉매 중 일부는 매우 강력한 온실가스다.
냉매가 대기 중 유출될 경우 매우 안정적인 분자상태로 수년간 대기 중에 머물며 이로 인해 유기탄화수소나 CO2보다 지구온난화에 악영향을 미친다.
많은 산업분야에서는 작업자 및 서비스 엔지니어가 사용하기에 안전하고 효율적인 냉동·냉장기술에 의존하고 있다. 특히 식품 냉동온도인 –20℃ 이하 온도의 설비에는 지구온난화를 가속화하는 R23과 R508에 대한 대안이 거의 없는 상황이었다.
현재는 여러 설비에서 활용될 수 있는 혼합냉매가 출시되고 있으며 많은 경우 기존 설비의 구성부품 변경만으로 냉매전환이 가능하기 때문에 신규 설비를 구축하는 등 대규모 비용이 들지 않는다. 이에 모든 산업계에서는 비교적 환경친화적인 새로운 냉매를 사용하는 냉동·냉장시스템으로의 전환을 시작해야 한다고 생각한다.
댄포스와 같은 글로벌기업에서는 이미 새로운 냉매들을 디자인 소프트웨어 및 계산 툴에 포함시킨 상황이다.
이에 따라 냉매 관련규제가 기존에 사용해온 냉매를 규제하기까지 기다리지 않고 미래에도 사용 가능한 냉매로의 전환을 고려해야 한다.
■ 한국의 냉매동향은
한국은 많은 산업 및 기술분야에서 선도적인 역할을 수행하고 있다. 유럽으로 수출하는 한국 제품의 경우 이미 F-gas 규제를 준수하고 있으며 한국시장에서도 관련규제에 대한 관심이 확대되고 있다.
특히 냉매가 많이 사용되는 에어컨, 가전제품, 자동차 제조산업 등에서 관련규제에 대한 논의가 활발히 진행 중인 것으로 파악하고 있다.
향후 한국기업은 에너지절감기술에 초점을 맞추면서 반도체, 화학, 전자산업 등 분야에서 환경친화적인 신냉매를 더 많이 활용할 것으로 전망된다.
■ R469A냉매 개발배경 및 특장점은대부분의 환경신뢰성시험기 제조사는 안정적이고 수급가능한 냉매를 선호하고 있다. -70~180℃의 시험은 시험대상에만 스트레스를 가하는 것이 아니라 시험기 자체와 그 부속품에도 영향을 미친다.
바이스테크닉은 안정성, 비가연성, 냉각성능 등에 있어 기준을 낮추지 않는다는 규칙을 지키고 있다. 이와 동시에 가능한 한 환경친화적인 제품을 공급하고 새로운 냉매와 장기간 이용할 수 있는 에너지효율이 높은 제품을 공급함으로써 업계를 선도하는 기업으로 자리매김하고자 한다.
이와 함께 현재 규제예외 사항인 항목에 대해서도 규제를 받지 않기 위해 바이스테크닉만의 냉매를 개발했다. 이러한 노력들은 모두 장기적인 제품사용을 위한 최적의 솔루션을 제공하고자 하는 바이스테크닉의 정신과 맞닿아 있다.
냉매개발에 있어 완전히 새로운 순수물질은 없을 것이라는 점은 자명하다. 때문에 바이스테크닉은 R469A를 개발하기 위해 150가지의 잠재적으로 적합한 냉매혼합물을 분석했고 이중 10~15가지가 후보리스트에 올랐다. 총 10만시간 이상의 시험이 진행된 결과 단 하나의 냉매가 모든 조건을 충족했다.
바이스테크닉에서 개발한 R469A냉매는 –70℃ 초저온설비용으로 개발됐으며 비교적 쉽게 압축되며 끓는 점이 낮다. 또한 화학적으로 안정돼있고 무색, 무취의 가스혼합물로 무독성, 비인화성의 특성으로 ASHREA기준 A1으로 분류됐다. GWP는 1,357로 신규장비에 사용되는 냉매에 대한 규제인 EU Regulation 517/2014의 요구사항도 충족한다. R23대비 CO2배출량은 10% 수준이며 ODP(오존파괴지수)는 0이다.
현재까지 –70℃ 초저온설비용 냉매로는 R23이 유일했지만 유럽규제인 EU Regulation 517/2014의 예외조항 하에서 허용되고 있는 상황이다.
그러나 이 예외규정이 언제까지 적용될지는 예측할 수 없으며 대체재 없이 예외규정이 취소될 경우 저온환경에 노출되는 구성부품 및 시스템의 온도 스트레스 품질시험은 위기를 맞게 될 것이다.
■ 적용테스트 현황은
최고의 냉매를 개발했어도 실제로 활용할 수 없다면 무의미하다. 이에 바이스테크닉은 R469A에 대한 챔버, 시험기 내 적용가능성 및 적정성 테스트를 진행했다.
지난 3년간 10만시간이 넘는 시험을 통해 20여 가지의 시스템 구성을 테스트했고 이상없이 작동하는 것을 확인했다.
R469A는 R23이 적용되는 동일한 컴프레서 및 윤활유로 작동되고 기존의 컴프레서와 밸브 및 파이프도 동일하게 사용할 수 있다. 특히 댄포스는 자사의 설계소프트웨어에 R469A를 인증했다.
■ 한국 유통계획 및 중장기 비전은
바이스테크닉은 제품군 및 산업에 따라 전문성과 풍부한 경험을 갖추고 오랜 시간 함께 해온 파트너사들과 함께 한국에 △환경신뢰성시험기 △항온항습챔버 △열충격시험기 △가스부식시험기 △의약품 안정성 시험챔버 △데이터센터 항온항습기 등을 공급하고 고객서비스를 제공하고 있으며 R469A 등 신냉매에 대한 수요가 늘어날 경우에도 유통 파트너사를 통해 공급할 예정이다.
2020년에는 자동차 제조를 비롯한 여러 산업에서 경기침체를 겪었다. 2021년은 예년도 수준으로 혹은 그 이상으로 사업이 회복될 것으로 예상된다. 배터리시험과 같은 다른 일부 산업 및 응용분야는 2020년에도 성장세였으며 이러한 성장세는 지속될 것으로 예상된다.
산업별 변화흐름에 발맞춰 국제적 프로젝트 경험을 토대로 2차전지 생산라인에 설치되는 드라이룸 설비 및 제습공조기, 배터리 시험챔버, 연료전지 시험챔버, 자동차 EOL 테스트시스템을 공급하고 고객사를 지원해 나갈 예정이다.
바이스테크닉은 여러 산업에 걸쳐 환경신뢰성 시험기(항온항습챔버 및 기타 시험기), 클린에어솔루션(데이터센터 항온항습기 및 공조설비), 냉각 및 가열시스템을 제공하고 있다. 바이스테크닉은 지속적으로 제품군을 확장해 나가고 고객과의 긴밀한 협업을 통해 고객사의 시험 요구사항을 충족해 나갈 방침이다.
이와 함께 최근 댐퍼타입 열충격 시험기를 출시하며 온도시험챔버 포트폴리오를 확장했다. 특히 아시아에서의 비즈니스는 성장세를 보이고 있으며 아시아지역이 코로나19 팬데믹 여파로부터 가장 빠르게 회복할 것으로 예상하고 있다.
또한 전자기기, 센서, 배터리, 연료전지 등 기술발전을 기반으로 하는 하이엔드 제품품질시험에 대한 수요가 증가되고 있는 만큼 앞으로도 아시아지역에 대한 투자를 지속해 나갈 예정이다.
