국내 연구진이 지구온난화에 악영향을 미치지 않는 초저온 냉각기술을 개발했다. 대용량 초저온 냉각기술을 실제 운전을 통해 입증한 것은 이번이 처음이다. 3년 내 반도체 공정 등 다양한 산업 현장에서 사용할 수 있을 것으로 보인다.

한국기계연구원(기계연)은 고준석 에너지저장연구실장 연구팀이 '제로 GWP' 냉매를 이용한 '터보-브레이튼 냉각시스템'을 개발했다고 20일 밝혔다. 초저온인 영하 100도(℃)에서 10킬로와트(kW) 이상 냉각할 수 있는 대용량 냉각시스템이다.

GWP(Global Warming Potential)는 냉매가 지구온난화에 미치는 영향을 나타내는 지표다. 냉매 규제 강화에 따라 허용 수치가 점차 낮아지는 추세다. 연구팀이 활용한 '제로(zero) GWP' 냉매는 지구온난화에 전혀 영향을 주지 않는 수치를 뜻한다. 친환경 냉매 시스템 개발의 최종 목표이기도 하다.

연구팀은 자체 개발한 원심압축기와 터보팽창기를 이용해 '터보-브레이튼 냉각시스템'을 개발했다. 고속으로 회전하는 터보 기계를 활용한 냉각시스템으로 초전도 케이블 냉각, 극저온 유체 과냉각, LNG 재액화 등 제한된 영역에서만 사용돼 왔다.

기계연은 "최근 반도체 제조업과 바이오 산업계를 중심으로 냉각용량이 10kW 이상인 대용량 초저온 냉각시스템 수요가 늘고 있는 상황"이라며 새로운 냉각시스템이 기존 초저온 냉각 시스템을 대신할 수 있을 것으로 내다봤다. 기존 증기-압축식 초저온 냉각시스템은 GWP가 높아 친환경적이지 않거나 폭발 위험성이 높았다. 기자재에 제약이 있어 대용량 냉각이 어려운데다 운전 온도에도 한계가 있었다.

연구팀이 개발한 터보-브레이튼 냉각시스템은 5.5~11kW 범위에서 자유롭게 용량을 제어할 수 있다. 지구온난화 영향 지표가 낮은 냉매를 사용해 최근 산업계의 요구 방향인 '초저온, 대용량, 고효율'을 모두 만족했다는 설명이다.

또 전량 수입에 의존하던 핵심 부품인 원심압축기와 터보팽창기를 자체 개발하는 데 성공했다. 이를 통해 제작한 터보-브레이튼 냉각시스템을 실제 가동해 성능시험까지 성공한 건 이번이 국내 최초다.

연구를 이끈 고준석 연구 실장은 "3년 이내에 산업용 냉각시스템에 적합한 형태로 개발해 반도체 산업 등 다양한 산업 현장에서 사용할 수 있는 수준으로 발전시키겠다"고 밝혔다.

한편 이번 연구는 기계연 기본사업 '반도체 제조공정 초저온 냉각시스템 핵심기계 개발' 과제의 지원을 받아 수행됐다.