머리말

CO₂, 암모니아, 프레온 등 원래 자연계에 존재하고 있는 물질을 자연냉매로 이용한 냉동냉장 기기가 빠른 속도로 확장되고 있다. 일본열원시스템(주)도 자연냉매가 차세대 냉동기의 중심이 될 것으로 보고 2012년부터 CO₂냉동기를 개발하기 시작해 2015년에는 수퍼마켓용으로 첫 냉동기를 납품했다. 또한 냉장냉동 창고용 CO₂냉동기 ‘수퍼그린’을 2016년에 제품화 했다. 그 후에는 식품공장의 동결장치용, 마가린공장의 제조라인용, 제빙용 등으로도 영역을 넓혀 산업용 냉동 분야에서 변화(variation) 확충에 힘을 쏟았다. 본고에서는 자연냉매라든가 저GWP 냉매의 동향 그리고 일본열원시스템(주)의 CO₂냉동기 ‘수퍼그린’의 에너지절감 효과에 대해 기술한다. 

프레온 배출억제법에 의한 GWP(Global Warming Potential 지구온난화계수) 목표 

1987년에 채택된 몬트리올 의정서에 의해, 2020년  1월부터 일본 내에서는 오존층 파괴를 야기하는 R22 냉매(HCFC) 산업이 완전히 폐지됐다(재생 냉매는 제외). 몬트리올 의정서 키가리 개정도 2019년 1월부터 규제되기 시작했고 현재 일본을 포함한 88개 국가가 비준했다. 키가리 개정에 의해 지구온난화에 악영향을 끼치는 R404A, R410A 등의 대체 프레온(HFC)도 5년마다 삭감목표가 단계적으로 설정되는데 일본은 2025년에는 2016년 사용량 기준의 70% 이상, 2036년에는 85% 이상을 삭감해야 한다. 

일본은 2020년 4월 1일부터 개정  프레온 배출억제법을 시행했다. 에어컨(AC), 냉동기 등 지정 제품의 GWP(지구온난화계수란 CO₂의 온난화 효과를 1로 했을 경우 온난화 효과를 나타내는 값. 이하 GWP라고 한다) 목표치(가중평균)가 추가로 수정됐다. 지정 제품마다의 GWP 목표치와 목표연도, 사용되고 있는 기존의 냉매와 목표달성을 위한 차세대 냉매를 <그림 1>에 나타낸다. 

‘가정용 AC’와 ‘업무용 AC’에 대해서는 목표 GWP750이 설정됐고, 차세대 냉매로 R32(GWP675), R32와 HFO 냉매 R1234yf를 혼합한 R454C(GWP148)를 채택한 AC가 판매되고 있다. ‘자동차용 AC’에는 2023년에 GWP150이라는 엄격한 목표가 설정돼 국내외의 일부 차종에서는 R1234yf가 채택되기 시작했다. 업무용 공조의 GWP 목표는 750으로 변함없지만 본 개정부터 법정 냉동능력 3톤을 경계로 목표연도가 나뉘었다. 현재 R32나 R134a와 R1234yf를 혼합한 R513A (GWP572) 등 GWP750 이하의 냉매를 채택한 제품이 점점 확산되고 있다. 터보 냉동기는 이번 개정으로 2023년까지 GWP100이라는 목표치가 설정됐기 때문에 R1233zd(E) 등의 HFO 냉매를 채택한 터보 냉동기가 업무용 공조분야로도 확산될 것이다. 

한편 수퍼마켓의 쇼케이스나 냉동냉장창고용 냉동기는 ‘콘덴싱 유닛 및 정치식 냉동냉장 유닛’(압축기 정격출력 1.5kW 이하는 제외) 중에 포함돼 2025년까지 AC보다 더 완화된 GWP1,500이라는 목표가 설정됐다. 냉동기의 라이프 사이클이 20~30년으로 긴 점, 그리고 (일반사단법인)일본냉동냉장창고협회가 실시한 냉매 조사결과에 의하면 약 58%의 냉장창고가 여전히 특정 프레온 R22 냉매 냉동기를 사용하고 있는 점 때문에 이 같이 목표를 설정했다. 논프레온이나 저GWP 냉동기로 교체되기까지는 어느 정도의 시간이 필요하다. 이에 환경성에서는 ‘탈프레온ㆍ저탄소 사회를 조기에 실현하기 위해 에너지 절감형 자연냉매 기기 도입 가속화사업’의 일환으로 보조금을 지원해 업무용, 산업용 냉동냉장 기기에의 자연냉매 도입을 후원하고 있다. 

쇼케이스에는 CO₂나 프레온(R290)이, 냉동냉장고용 냉동기에는 CO₂나 NH3/CO₂등의 자연냉매 흐름이 점점 가속화하고 있지만 GWP1,500이라는 목표설정 때문에 프레온가스 R407H(1495), R463A (1377), R448A(1387) 등과 같이 GWP가 1,500을 밑도는 냉동기도 제품화되고 있다. 50,000m³ 이상의 신설 냉동냉장고에는 이번 개정 전부터 GWP100 (2019년)으로 설정된 적도 있어 자연냉매 냉동기가 채택되고 있다. 그러나 2025년 이후 키가리 개정의 엄격한 삭감목표를 완수하려면 HFO 냉매라든가 자연냉매로 보다 적극적으로 전환할 필요가 있다. 

HFO 냉매는 대기 중에서 분해속도가 빠르다. 예를 들어 R1234yf의 대기수명은 불과 11일이다. 그러므로 종전의 프레온가스와 달리 GWP는 거의 제로로 되지만 그 반면에 분해된 후에는 산성으로 수용성이 높은 트리플루오로초산(TFA)이 되고 이것은 비에 섞여 지표나 바다로 흘러간다. 향후 사용량이 증가하고 TFA가 지표 등에 축적됐을 경우에는 그 안전성이라든가 독성, 생태계에 미치는 영향이 과연 어떻게 나타날 것인가 등 아직 해명되지 않은 부분도 많아 또 다른 환경문제를 일으키는 것은 아닐지 우려하는 목소리도 있다. 

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본 원고는 자사와 기사제휴 맺은 ‘建築設備と配管工事’잡지에서 발췌하여 번역한 것입니다.

전체 기사는 2021년 2월호 ‘월간 설비기술’에 게재되어 있습니다.(월간지 구입문의(02)2633-4995)

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