1. 머리말
플루오르카본은 화학적 안정성, 낮은 독성, 불연성 등 뛰어난 특성을 갖고 있어 냉동 공조용 냉매뿐만 아니라 반도체나 정밀부품 세정, 단열재용 발포제, 에어졸 등 다양한 용도로 널리 활용돼 우리의 생활을 쾌적하게 해 준다.
플루오르카본 중에서도 난분해성 클로로플루오르카본(CFC)과 하이브리드 클로로플루오르카본(HCFC)은 대류권에서 거의 분해되지 않은 채 성층권에 도달해 오존층 파괴 문제를 불러일으킨다. 그 대사물질로서 개발된 염소원자를 함유하지 않은 하이브리드 플루오르카본(HFC)은 지구온난화계수(GWP)가 높기 때문에 2019년 1월 1일부터 그 생산량과 소비량을 단계적으로 삭감하기 시작했다.
AGC(주)가 풀어야 할 과제는 오존층 파괴와 지구온난화라는 지구 전체의 2가지 환경문제를 해결하기 위해 지구환경에 우호적인 대체 매체를 개발, 제공하는 것이다.
본고에서는 AGC(주)가 독자적으로 개발한 차세대 저 GWP 매체 AMOLEAⓇ (AGC Makes Hydro-fluoro-Olefins as Alternatives)에 대해 기술한다.
2. AGC(주)의 과제
AGC(주)는 1964년부터 플루오르카본(CFC-11, 12)을 생산하기 시작한 이래 반세기에 걸쳐 불소 관련 제품의 기술 개발에 힘써왔다. 수십 년에 걸쳐 축적된 불소 관련 기술·지식과 견문을 활용해 GWP 값이 높은 HFC 매체를 대체할 목적으로 환경대응형 저 GWP 매체의 연구·개발에 주력했다.
AGC(주)는 불소화학의 기술 개발력과 고품질 냉매 양산 능력을 활용해 타사보다 먼저 HFO-1234yf의 생산기술을 확립하고 2015년 4월에는 치바공장에 독자적인 불소화학 기술로 고효율 제조 플랜트를 신설해 공급하기 시작했다. 2011년부터는 신재생에너지·산업기술종합개발기구(NEDO)의 프로젝트 ‘고효율 논플론형 공조 기기의 기술개발 : 고효율이면서 온실효과가 낮은 신냉매 개발’을, 2016년부터는 ‘고효율 저 GWP 냉매를 사용한 중소형 공조 기기의 기술개발 의뢰를 받아 개발 가속화를 도모했다.
지금까지 룸 에어컨을 중심으로 공조기기로 사용돼 온 R410A 및 HFC-32의 대체 냉매 AMOLEAⓇ(HFO-1123을 성분으로 하는 혼합 냉매)를 2014년에 발표했다. 그리고 저압 터보식 냉동기라든가 히트펌프용 냉매, 바이너리 발전용 작동 매체로 사용되고 있는 HFC-245fa 대체 냉매로서 AMOLEAⓇ 1224yd (HFO-1224yd(Z))을 2016년에 발표했다.
AMOLEAⓇ는 냉매로서의 성능을 유지한 다음 환경 영향 특히 크게 낮춘 GWP를 기본 방침으로 하고 용도에 맞춰 성분을 최적화한 복수 그레이드를 라인업 했다.
AGC(주)가 독자적으로 개발한 HFO-1123 및 HFO-1224yd(Z)의 기본구조를 <그림 1>에 나타낸다.
AGC(주)도 AMOLEAⓇ1224yd 채택 터보 냉동기를 적극적으로 공장에 도입해 환경부하 저감·에너지 절감에 기여하고 있다.
AMOLEAⓇ1224yd는 현재 일본 국내의 거점에서 증강공사를 진행하고 있고 2/4분기까지는 완료할 예정이다. 앞으로는 글로벌 전개를 염두에 두고 연 수천 톤 규모의 생산 확장을 검토하고 있다.
3. AMOLEAⓇ1234yf(HFO-1234yf)
AMOLEAⓇ1234yf(HFO-1234yf)는 일본자동차공업회와 일본자동차부품공업회가 공동으로 평가한 결과, HFC-134a 대체는 지구온난화 영향 면에서 가장 뛰어난 냉매로 글로벌 솔루션의 잠재력이 있다는 결론을 내렸다. 그리고 미국자동차기술자협회(SAE)의 공동연구 프로그램(Cooperative Research Project : CRP)에서는 HFO-1234yf를 카 에어컨 냉매로 적용했을 경우의 안전성 및 성능 조사에서 안전하고 유효한 것으로 보고됐다. 게다가 자동판매기나 스탠드형 공조기기의 냉매로도 적용되고 있다.
3.1. 기본 특성
AMOLEAⓇ1234yf(HFO-1234yf)의 기본 특성을 HFC-134a 및 대체 냉매로 제안하고 있는 HFC-152a, CO₂와의 비교를 <표 1>에, 증기압 곡선으로 비교한 것을 <그림 2>에 각각 나타낸다.
AMOLEAⓇ1234yf는 표준비점이 -29.45℃로 HFC-134a의 표준비점 -26.07℃와 특성이 비슷하고 GWP값은 IPCC 제5차 평가보고서에서 1 이하(100년치)로 아주 작아 GWP값 1300인 HFC-134a에 비해 환경부하 저감에 크게 기여하는 냉매이다.
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본 기술자료는 일본공업출판주식회사에서 발행하는 ‘建築設備と配管工事’잡지에서 발췌하여 번역한 것입니다.
전체 기술자료는 2020년 9월호 ‘월간 설비기술’에 게재되어 있습니다.(월간지 구입문의(02)2633-4995)
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