韓-佛 공동연구진, 친환경 냉난방기용 흡착제 개발

갑자기 날씨가 추워지거나 더워지면 냉난방기 사용이 늘어난다. 문제는 갑작스러운 냉난방기 사용으로 인해 국가적으로는 전력공급에 차질이 생기거나 개별 사용자들에게는 전기료 걱정이 앞서게 된다. 프랑스와 한국 연구진이 전력 사용을 최소화할 수 있는 친환경 냉난방 장치를 개발해 주목받고 있다.

프랑스 고등사범대, 파리 과학인문대학(PSL대), 몽펠리에대, 파리 샤클레대와 한국화학연구원 CCP융합연구단 공동연구팀은 전력을 거의 사용하지 않아도 되는 친환경 냉난방기용 흡착제를 개발하는데 성공했다고 1일 밝혔다. 이번 연구결과는 화학 및 에너지 분야 국제학술지 ‘네이처 에너지’ 최신호에 실렸다.

일반적으로 많이 사용되는 냉난방기는 전기로 작동하는 에어컨이나 전기히트펌프이다. 전기히트펌프는 전기모터로 압축기를 작동시켜 냉난방을 하는 장치이다. 문제는 이들 냉난방기는 전력피크나 냉매로 인한 환경 파괴 등의 문제를 일으킬 수 있다. 이 때문에 많은 연구자들이 전기를 거의 사용하지 않고 물과 흡착제, 재생열을 이용해 작동시킬 수 있는 흡착식 냉난방기에 주목하고 있다.

흡착식 냉난방기는 물이 수증기로 증발할 때 주변의 열을 빼앗는 원리로 냉방을 하고 수증기가 물로 응축될 때 열을 방출해 난방을 시킨다. 흡착식 냉난방기는 이름에서도 알수 있듯이 수분을 빨아들이거나 내뱉는 흡착제가 핵심소재다. 문제는 지금까지 나온 실리카겔이나 제올라이트 흡착제는 수분 흡착용량이 작고 다시 사용하는 과정이 복잡하다는 점이다.

연구팀은 지르코늄을 활용해 공극이 많은 다공성 금속-유기 골격체를 개발했다. 이번에 개발한 흡착제는 물을 잘 빨아들이는 친수성과 물을 거부하는 소수성을 동시에 갖고 있기 때문에 기존 흡착식 냉난방기보다 냉방시 수분 흡착력과 저온 재생능력이 우수하다는 평가다.연구팀에 따르면 기존 제올라이트 흡착제보다 24% 이상 효율이 우수하고 흡착용량도 실리카겔 흡착제보다 2배 이상 크고 70도 이하의 온도에서도 수분을 쉽게 제거할 수 있다. 또 황산이나 염산 같은 산성물질에 노출되도 구조 손상이 없고 기계적 강도도 우수하다.

이번에 개발한 흡착제를 흡착식 냉난방기에 적용하면 전력을 현재 전기식 에어컨 5% 미만으로 사용할 수 있는 것으로 분석됐다. 난방기로 구동시킬 때도 마찬가지인 것으로 조사됐다.

장종산 화학연 박사는 “이번 기술은 흡착식 냉난방과 함께 수분제어용 에너지 절약형 흡착제, 기체 분리 및 정제용 멤브레인, 건물 공조기, 제습냉방기, 에너지 절약형 제습기 등 다양하게 쓸 수 있을 것”이라고 설명했다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr