초다공성 흡착소재 활용한 수분 제어 기술
오존층 파괴 물질인 프레온 가스를 비롯한 불소계 냉매를 사용하는 기존 냉난방기는 지구 온난화 문제를 유발하는 요인으로 꼽힌다. 이런 문제를 해결하기 위해 최근 자연 냉매인 물을 사용하는 친환경 냉난방기에 대한 수요가 늘고 있다.
물을 활용하는 냉난방기는 '흡수식'과 '흡착식'으로 나뉜다. 흡수식 냉난방기는 소형화가 어렵고 장기간 사용할 경우 장치 부식과 에너지 효율 감소가 일어나는 문제가 있다. 이 때문에 흡착식 시스템에 대한 연구가 활발한 데, 국내외 연구결과에 따르면 흡착식 냉방을 이용할 경우 기존 전기식 냉방시스템에 비해 최대 67%까지 에너지를 아낄 수 있는 것으로 알려져 있다.
흡착식 냉난방기 시스템을 개발하기 위해선 증발기에서 수분 증발에 의해 냉각이 일어날 때 수분을 빨아들이고 70도 이하의 저온에서 열을 가해 다시 배출하는 흡착제 물질의 성능을 높이는 게 관건이다. 기존 제올라이트 흡착제를 적용한 냉난방기는 제한된 용량과 더불어 낮은 재생온도에서 에너지 효율 저하 문제가 있어 확산에 한계가 있었다. 국내의 경우 지역 난방열의 공급온도가 섭씨 80도 이하로, 이 온도에서 재생이 가능한 수분 흡착제 개발이 필수적이다.
이런 한계를 극복하기 위해 장종산 한국화학연구원 박사팀이 개발하고 있는 '초다공성 하이브리드 나노세공체' 흡착소재는 기존 상업용 흡착제와 비교해 수분 흡착량을 최대 4배 이상 높였다. 흡착제 재생온도 역시 120도 이상에서 70도 이하로 크게 낮췄다.
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| 장종산 한국화학연구원 박사팀이 개발한 초다공성 하이브리드 나노세공체 구조. 장종산 박사팀 제공 |
이 기술은 올해 초 과학기술정보통신부의 연구성과사업화지원 기술컨설팅(유망기술) 과제로 선정돼 본격적인 상용화 연구를 추진하고 있다. 이를 통해 생산 기술과 냉방시스템 적용성 등을 검증할 경우 △지역난방열, 열병합발전 및 산업용 폐온수 등을 활용하는 가정용 냉난방 겸용 시스템 △석유화학 및 화학공정용 흡착제 △환경정화 및 군수용 촉매 분야 △산업용 제습 에너지 효율 개선을 위한 수분제어 분야 △태양열 기반 냉방·제습 분야 △가정용 및 산업용 제습제·제습기·공기필터 분야 등에 적용할 수 있을 전망이다.
장종산 박사는 "국내에서는 열병합발전에 의해 생성된 열원을 아파트 단지의 온수나 겨울철 난방열로 활용하고 있으나 여름철에는 활용성이 크게 떨어져 이에 대한 대안으로 흡착식 냉방시스템 활용이 고려되고 있다"며 "해외와 차별화된 한국형 흡착식 냉방기 시장을 확보하고 이를 기반으로 중국과 동남아 지역은 물론 유럽까지 진출할 수 있을 것"이라고 설명했다.
