저 GWP(지구온난화계수) 냉매의 개발 동향 AGC의 과제
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저 GWP(지구온난화계수) 냉매의 개발 동향 AGC의 과제

- 차세대 저GWP 매체 AMOLEA.1234yf, 1224yd, X 및 Y시리즈(HFO-1123 혼합냉매)에 대해 소개
- AGC(주) / 후쿠시마 마사토

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.

 

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<사진 1> HFO-1234yf 플랜트

 


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. 

 

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<그림 1> AGC(주)의 불소화 올레핀
 

 

AMOLEAⓇ1224yd는 뛰어난 특징이 있어 터보 냉동기용 냉매로 채택돼 환경부하 저감에 기여하고 있다.

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. 


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<그림 2> AMOLEAⓇ1234yf의 증기압곡선 비교

 

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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