근공비(near-azeotropic)·공비(azeotropic)냉매는 두 종류 이상의 냉매가 특정비율로 섞인 혼합냉매다. R410A, R507A 등 산업현장에서 널리 쓰이는 냉매 상당수가 여기에 해당하지만 성분분리에 기술적 한계가 있었다.
올해 착수한 ‘근공비 및 공비 폐냉매의 재생·분리·파괴 통합실증기술 개발’ 분리막과 추출증류기술로 혼합냉매를 고순도 성분으로 분리해 GWP(지구온난화지수)가 높은 성분은 파괴하고 낮은 성분은 재사용하는 것이 목표다.
이번 과제를 주관하는 박재성 한국화학연구원 분리정제연구센터 선임연구원을 만나 과제 추진배경과 중장기비전 등을 들었다.
❙ 화학연구원 분리정제연구센터를 소개한다면
분리정제연구센터는 기체·액체 등 혼합물에서 원하는 물질을 선택적으로 분리·정제하는 핵심기술을 연구하는 조직이다. 분리막, 흡착제 및 통합공정기술을 중심으로 탄소중립, 자원순환, 에너지, 환경분야의 현안 해결에 나서고 있다.
최근에는 이산화탄소 포집, 수소정제, 바이오가스 고질화, 폐냉매 재생·분리 등 국가적 수요가 높은 분야를 중심으로 원천기술 개발부터 실증·사업화 연계 연구까지 폭넓게 추진하고 있다.
❙ 과제 추진배경과 개요는
냉동공조산업 성장과 함께 폐냉매 발생량이 계속 늘고 있으며 우리나라도 키갈리개정서 이행에 따라 고GWP 냉매 감축과 체계적인 관리가 중요한 과제로 떠올랐다. 이에 따라 폐냉매를 단순 폐기물이 아닌 순환자원으로 활용해 온실가스 배출을 줄이는 재생·재활용기술의 필요성이 커지고 있다.
이번 과제는 폐냉매의 재생, 고순도 분리, 파괴를 하나의 실증플랫폼에서 통합 구현하는 것을 목표로 추진됐다. 전주기관리체계와 실증기술을 함께 확보해 자원순환과 온실가스 감축에 기여하겠다는 구상이다.
❙ 주관기관으로서 역할과 단계별 목표는
화학연구원은 주관기관으로서 분리막을 통한 폐냉매분리기술 개발과 재생·분리·파괴기술을 연계한 통합실증플랫폼 구축을 총괄하고 있다. 1단계에서는 분리막모듈 제작과 다단분리 공정 개발을 통해 핵심요소기술을 확보한다. 2단계에서는 통합실증시스템을 구축해 공정의 성능과 안정성을 검증할 계획이다.
가장 중점을 두는 부분은 개별기술 개발을 넘어 재생·분리·파괴 공정을 하나의 시스템으로 통합해 실제 현장에서 안정적으로 운영할 수 있는 실증모델을 구축하는 것이다. 이를 통해 폐냉매의 자원순환체계를 고도화하며 산업현장에 적용가능한 기술완성도를 확보하고자 한다.
❙ 기존 폐냉매 처리방식과 차별성은
기존 폐냉매 처리기술은 주로 불순물을 제거해 냉매를 신품 수준으로 재생하는 재활용 중심으로 운영돼 왔다. 그러나 두 종류 이상의 냉매가 특정비율로 혼합돼 하나의 물질처럼 거동하는 근공비 혹은 공비냉매는 성분분리가 매우 어려워 기존 재생기술만으로는 활용에 한계가 있었다.
이번 과제의 가장 큰 차별점은 이러한 근공비·공비 폐냉매를 대상으로 분리막과 추출증류기술을 활용한 고순도 성분분리기술을 개발한다는 점이다. 이를 통해 혼합냉매를 각각의 고순도 성분으로 회수하며 상대적으로 GWP가 높은 성분은 단계적으로 파괴하는 한편 GWP가 낮은 성분은 재사용할 수 있는 기반을 마련하고자 한다.
특히 R410A의 구성성분인 R32와 같이 상대적으로 GWP가 낮은 냉매를 단일 냉매로 활용하거나 친환경 저GWP 냉매를 개발할 수 있다는 점에서 단순 재생을 넘어 폐냉매를 새로운 자원으로 전환하는 전략적 가치가 있다. 즉 이번 과제는 재생·분리·파괴를 통합해 폐냉매의 자원순환성과 온실가스 감축효과를 동시에 달성하는 것을 목표로 하고 있다.
❙ 국내 폐냉매 재생·파괴시장 현황과 문제점은
국내 폐냉매시장은 아직 재생과 파괴 중심으로 운영되고 있으며 자원순환산업으로의 전환은 초기단계에 있다. 특히 사용 후 발생하는 폐냉매의 회수율이 낮고 회수된 냉매 역시 혼합냉매의 성분분리기술 부족으로 인해 고부가가치 활용이 제한적인 상황이다.
가장 큰 문제는 낮은 회수율과 근공비·공비냉매에 대한 처리 인프라 부족이다. 앞으로는 회수체계 고도화와 함께 재생·분리·파괴를 연계한 통합관리기술 확보를 통해 폐냉매를 순환가능한 자원으로 활용할 수 있는 기반을 마련해야 한다.
❙ 재생·분리·파괴 중 기술적 난이도가 가장 높은 단계는
재생, 분리, 파괴 가운데 가장 기술적 난이도가 높은 단계는 근공비·공비냉매의 성분을 고순도로 분리하는 단계다. 특히 냉매 재사용이 가능한 수준의 높은 순도와 공정 경제성을 동시에 확보해야 한다는 점이 가장 큰 도전과제다.
이에 따라 이번 과제에서는 분리막기반 분리기술과 추출증류기반 분리기술을 각각 개발하고 있으며 대상 폐냉매 특성에 적합한 분리공정을 확보하고자 한다. 또한 개별기술 개발에 그치지 않고 재생·분리·파괴공정을 하나의 시스템으로 안정적으로 연계·운영하는 통합실증을 추진하고 있다.
❙ 현장적용 시 애로사항과 해결전략은
현장적용 시 가장 큰 애로사항은 폐냉매의 조성과 품질이 일정하지 않다는 점과 이를 분리·처리하는 데 드는 비용이 재생냉매의 가치를 넘어서지 않아야 한다는 점이다.
이를 해결하기 위해 실제 폐냉매를 대상으로 통합실증을 수행하며 실시간 모니터링 및 품질관리기술을 적용해 공정의 안정성과 신뢰성을 확보할 계획이다. 또한 실증데이터를 활용해 사업화가 가능한 운영모델을 구축하는 데 중점을 두고 있다.
❙ KTC 회수기술과제와 동시에 진행되고 있다. 기대하는 시너지는
두 과제는 폐냉매 관리체계의 전·후단계를 담당한다는 점에서 매우 밀접하게 연계돼 있다. KTC과제가 폐냉매의 회수 및 수거체계 고도화에 중점을 두고 있다면 이번 과제는 회수된 폐냉매를 재생·분리·파괴하는 후단처리기술을 개발하는 역할을 담당하고 있다.
이에 따라 회수율 향상과 처리기술 고도화가 함께 이뤄질 경우 폐냉매의 전주기관리체계를 구축할 수 있다는 점에서 큰 시너지 효과가 기대된다. 궁극적으로는 회수된 폐냉매가 단순 폐기되지 않고 재생·재활용 또는 적정파괴까지 연계되는 자원순환체계를 구축하는 데 기여할 것으로 기대한다.
❙ RIMS 연동을 통한 기대효과는
RIMS(냉매정보관리전산망)과 연계된다면 폐냉매의 회수부터 재생·분리·파괴까지 전 과정의 이력과 처리정보를 보다 투명하게 관리할 수 있다. 이를 통해 폐냉매 발생량, 이동경로, 처리결과 등을 체계적으로 추적할 수 있어 관리신뢰성과 정책활용성이 크게 향상될 전망이다.
또한 재생냉매의 품질정보와 파괴실적을 객관적으로 검증할 수 있어 시장 신뢰도를 높이며 궁극적으로는 폐냉매의 적정처리와 자원순환 활성화에 기여할 것으로 기대한다. 특히 국가 온실가스감축 실적을 보다 정확하게 산정하고 관리할 수 있는 기반이 될 것이다.
❙ 재생냉매시장 신뢰 확보를 위한 방안은
재생냉매시장 신뢰 확보를 위해서는 무엇보다 신품냉매 수준의 품질을 객관적으로 검증할 수 있어야 한다. 이를 위해 이번 과제에서는 냉매순도와 불순물 함량을 정밀하게 분석할 수 있는 품질관리체계를 구축하고 가스크로마토그래(GC), 질량분석기(QMS) 등 분석장비를 활용해 재생냉매의 품질을 지속적으로 검증할 계획이다.
또한 공동연구기관인 KTL과 표준시험·평가체계를 마련하고 재생냉매 품질기준 충족 여부를 객관적으로 확인할 예정이다. 나아가 실증과정에서 축적된 품질데이터를 통해 재생냉매의 신뢰성을 확보하고 향후 RIMS와의 연계를 통해 생산부터 공급까지 이력관리가 가능한 체계를 구축함으로써 시장수용성을 높이고자 한다.
❙ 이번 과제 중장기 목표와 기대효과는
이번 과제를 통해 궁극적으로 달성하고자 하는 목표는 폐냉매의 재생·분리·파괴까지 전주기를 아우르는 통합관리체계를 구축하며 폐냉매를 단순 폐기물이 아닌 순환가능한 자원으로 활용할 수 있는 기반을 마련하는 것이다.
중장기적으로는 근공비·공비 냉매의 고순도 분리기술과 통합실증기술을 확보해 국내 폐냉매 자원순환산업의 경쟁력을 높이고 키갈리개정서 이행에 대응할 수 있는 국가차원의 기술을 개발하고자 한다.
또한 재생가능한 냉매는 다시 자원으로 활용하고 활용이 어려운 고GWP 냉매는 안전하게 파괴함으로써 온실가스 감축과 탄소중립 실현에 기여할 것으로 기대한다. 나아가 국내실증 성과를 바탕으로 관련 기술과 운영모델을 해외시장까지 확산할 수 있는 기반을 마련하는 것도 중요한 기대효과 중 하나다.
❙ 향후 화학연구원의 냉매 관련 연구·계획은
화학연구원은 분리막기술을 활용해 기존 증류공정보다 에너지효율이 높은 냉매분리기술을 개발하고 있다. 앞으로는 근공비·공비냉매뿐만 아니라 다양한 혼합냉매에 적용 가능한 고성능 분리막기술을 확보해 냉매재생과 자원순환분야의 핵심기술로 발전시켜 나갈 계획이다.
