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공조용 냉매의 동향
  • 한국에너지정보센터
  • 승인 2018.11.04 16:19
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EHS&S 연구센터 / 연구주임 겸 환경기술부 주임 카이토 준스케

 

1. 서론

최근 지구온난화 문제로 인해 지구온난화계수(Global Warming Potential, GWP)가 높은 냉매에 대한 국제적인 규제가 강화되고 있다. 이에 대체 프레온에서 저 GWP, 논 프레온 냉매로의 전환이 진전되고 있다. 일본 또한 프레온류의 제조에서 폐기까지의 라이프사이클 전체에 걸쳐 포괄적인 대책을 취하도록 ‘프레온류 사용의 합리화 및 관리의 적정화에 관한 법률(이하 ‘프레온 배출 억제법’)’을 시행하고 있다. 이에 이 연구에서는 최근 공조용 냉매를 둘러싼 규제의 변화와 그 동향에 대해 소개하도록 한다.

 

2. 냉매의 특징
 

프레온류란 플루오르카본의 총칭이며 CFC(클로로플루오르카본), HCFC(하이드로클로로플루오르카본), HFC(하이드로플루오르카본)이 포함된다. 최근에는 저 GWP 냉매인 HFO(하이드로플루올레핀)계 냉매를 적용한 제품이 많이 등장하고 있다. 이 HFO는 수소, 불소, 탄소에서 나는 화합물로, 탄소와 탄소의 결합에 의해 이중결합으로 되어 있기 때문에 대기 중에 분해가 빠르고 GWP가 매우 낮다는 특징이 있다.

3. 공조용 냉매의 변천

 

3-1. 여명기, 프레온계 냉매의 등장

공조시스템의 여명기에는 공조용 냉매로 탄화수소, 암모니아, 이산화탄소 등 자연 냉매가 주로 쓰이는 시대였다. 이후 프레온계 냉매인 CFC, HCFC가 개발되었다. 이들 냉매들은 성능이 우수하고 화학적으로 안정적이라는 장점을 가진데다, 무독성이며 안전성이 높아 점차 사용이 확대되기 시작했다.

 

3-2 오존층 보호

1974년 미국 캘리포니아 대학의 한 교수가 쓴 논문을 통해 CFC가 성층권의 오존층을 파괴한다는 사실이 밝혀졌다. 이 문제를 해결하기 위해 오존층을 파괴하는 물질에 관한 규정인 몬트리올 의정서를 기반으로 CFC의 국제적인 생산과 수입이 제한되기 시작했다. 일본에서는 몬트리올 의정서를 기반으로 ‘특정 물질의 규제 등에 의한 오존층의 보호에 관한 법률(오존층 보호법)’을 제정했다. 이 법에 따라 1995년까지 CFC를 전량 폐기했으며, 2020년까지는 HCFC를 전량 폐기할 예정이다.


3-3. 지구온난화 대책
오존층 파괴 문제가 대두되면서 HFC계 냉매가 개발되었다. 일반적으로 이를 대체 프레온이라 부른다. HFC계 냉매는 오존층을 파괴하는 물질인 염소를 가지고 있지 않기 때문에 오존층을 파괴하지는 않는다. 다만 이산화탄소의 100배~1만배 이상의 온실효과를 가지고 있다는 치명적인 단점이 있다. 이로 인해 대체 프레온에서 더 나아가 저 GWP, 논 프레온 냉매에 대한 수요가 높아졌다.

이에 저 GWP 냉매인 HFC계의 혼합냉매나 HFO계의 냉매 등에 대한 연구 개발이 진전되고 있다. 이러한 냉매 외에도 자연계에 존재하는 자연냉매인 탄화수소, 암모니아,이산화탄소에 대한 적용에 관심을 갖게 되었다.

 

4. 저 GWP 냉매

4-1. 차세대 냉매의 보급 확대를 위한 과제

현재 저 GWP 냉매의 과제로 언급되고 있는 것은 미연성에 대한 안전성을 확보하는 것이다. 냉매의 국제 규격으로는 ISO 817이 있으며, 2014년에는 미연성 구분을 포함한 냉매의 안전등급 기준이 개정되었다. 이 개정에서는 미연성 구분이 세분화되어 총 4가지로 분류되었다. 이 분류에 의해 불연성은 Class 1, 미연성은 Class 2L, 연소성은 Class 2, 강연성은 Class 3으로 표기된다(표3).

CFC계 냉매는 불연성의 특성이 있었으나, 저 GWP 냉매로 기대되는 냉매들은 미연성인 것이 많다. 저 GWP 냉매는 HFO계 냉매(R-1234yf, R-1234ze(E)), HFC계의 혼합냉매(R-32)등이 있으나 미연성(2L) 구분의 냉매가 거의 대부분이다(표4). 이에 현재로서는 GWP가 낮으면 연소성이나 독성에 문제가 있는 등 명확한 장점과 단점을 동시에 갖고 있는 경우가 많아 연구와 개발이 필요한 상황이다.

4-2. 신 냉매와 공조기기 기술의 개발을 위한 노력들

일본의 신에너지산업기술종합개발기구(NEDO)에서는 프레온 대책 프로젝트로서 냉매 개발과 기기 개발 등을 진행하고 있다. ‘고효율 논 프레온형 공조기기 기술의 발전(2011~2015년)’ 프로젝트에서는 냉매와 공조기기 시스템의 양 측면에서 기술 개발 및 냉매의 성능, 안전성 평가를 실시했다. 또한 GWP가 극히 낮은 HFO-1123을 주 성분으로 하는 혼합냉매인 신 냉매 HFC-32가 개발되었다. 이 냉매는 기존 냉매 HFC-410A의 약 1/6 수준까지 GWP를 억제하면서 성능은 동등하다.

또한 ‘미연성 냉매 리스크 평가 연구회’를 설립하여 과학적 지식을 바탕으로 한 미연성 냉매의 리스크 평가를 진행하고 있다. 또한 ‘고효율 저 GWP 냉매를 사용한 중소형 공조기기 기술의 개발(2016~2020년)’ 프로젝트에서는 가정용 공조기기 등 중소형 공조기기 분야를 대상으로 소형화나 안정성을 확보하면서도 저 GWP 냉매로의 전환을 가능케 하는 요소기술 개발에 착수하고 있다. 이로써 저 GWP 냉매의 개발과 이를 적용한 고효율의 중소형 공조기기 개발, 나아가 냉매의 안전성과 성능 평가를 실시하여 국제 규격화를 최종 목표로 진행하고 있다.

4-3. 프레온 라벨링 제도의 도입
프레온 라벨링은 일본공업규격(JIS)가 정한 것으로, 2015년 7월부터 에어컨 등의 지정 제품에 대해 제품의 본체나 카탈로그에 냉매와 관련한 정보를 표기하는 제도다. 프레온 라벨링 제도에 의하면 환경 영향 정도에 대한 목표 달성 값, 지구온난화계수, 환경 영향 정도에 대한 목표치를 달성하는 목표 년도라는 세 가지 정보를 기재해야 한다. ‘환경 영향 정도에 대한 목표 달성 값’은 프레온 배출 억제법에 의해 제품마다 정해져 있는 환경 영향 정도의 목표치를 얼마나 달성했느냐를 표시하는 것으로, 등급 S부터 C까지 달성 정도에 맞춰 표시해야 한다.

 

5. 규제의 동향

5-1. 국제적인 법규(몬트리올 의정서와 키갈리 개정)

2016년 10월 르완다 키갈리(Kigali)에서 제 28회 몬트리올 의정서 체결국 회합(MOP28)이 개최되었다. 이 회합에서는 HFC(하이드로플루오르카본)의 생산 및 소비량의 단계적인 삭감 의무 등을 결정하고, 개정안으로 채택했다. 개정 의정서는 20개국 이상이 체결하였으며 2019년 1월 1일 이후부터 발효된다. 또한 HFC는 오존층 파괴물질은 아니지만 GWP가 높기 때문에 본 개정 의정서에서 적용 대상이 되었다.

삭감 계획으로서는 선진국의 경우 HFC의 생산량을 2019년부터 서서히 줄여나가 2036년까지 기준 연평균 대비 85% 삭감하는 것이다. 개발도상국은 선진국보다는 기준을 다소 완화했다. 그러나 최종적으로는 의정서 체결국이라면 선진국, 개발도상국 모두 2040년대 후반까지 각각 기준 연도 대비 80~85% 삭감하는 것을 목표로 하고 있다.

5-2. 일본의 규제(프레온 배출 억제법, 오존층 보호법)
인본에는 프레온 배출 억제법이 있음에도 불구하고 실질적으로 HFC 생산을 규제하는 명확한 법률이 없다. 또한 프레온 배출 억제법은 사업자에게 생산을 제한할 강제력이 없다. 게다가 생산과 수입에 관한 규제인 오존층 보호법을 적용한다 하더라도 HFC는 적용 대상에 포함되지 않는다. 하지만 키갈리 개정 이후 국제적 규제가 강화되기 시작하면서 일본 정부에서는 HFC 생산 규제에 대해 법 정비를 진행하고 있다.

 

6. 결론
이 연구에서는 최근 공조용 냉매와 관련된 규제의 변천과 그 동향에 대해 소개했다. 현재의 시기는 대체 프레온에서 저 GWP 냉매, 논 프레온 냉매로 바뀌는 과도기라고 할 수 있다. 여러 가지 해결해야 할 과제가 많기 때문에 향후 어떤 냉매가 주류가 될 것인가는 명확하지 않은 것이 사실이다. 하지만 저 GWP인 신 냉매의 개발, 고효율의 공조 시스템의 개발이 진전되고 있으므로 저 GWP 냉매, 논 프레온 냉매, 공조 시스템의 동향을 주목할 필요가 있다.

 

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