한국화학연구원은 화학공정(CCP) 융합연구단 장종산 박사 연구팀이 전기를 거의 쓰지 않아도 되는 친환경 냉·난방기용 흡착제를 개발했다고 11월1일 발표했다.
프랑스 CNRS 연구소와 함께 연구해 거둔 성과이다.
일상에서 주로 쓰는 냉·난방기는 대부분 전력을 기반으로 가동해 전력 피크, 프레온가스 사용에 따른 오존층 파괴, 지구 온난화 문제가 자연스럽게 뒤따른다는 점에 착안해 연구를 진행했다.
연구팀이 다룬 흡착식 냉·난방기는 천연냉매인 물과 흡착제, 재생 열원인 지역난방열, 태양열, 산업용 폐열만 있어도 움직이고 물이 수증기로 증발할 때 주변 열을 빼앗아 냉방이 되는 원리이다.
반대로 수분을 응축시키면 열이 방출되면서 주변을 따뜻하게 만들고 흡착기까지 더하면 수분을 빨아들여 냉방을 촉진한다.
하지만, 기존 흡착제는 성능이 좋지 않아 상용화하기 어려웠다. 고효율 에너지, 대용량 수분흡착, 70도 이하에서 흡착제 재생 등 조건을 동시에 만족하는 것이 쉽지 않기 때문이다.
공동 연구팀은 지르코늄을 사용한 다공성 금속·유기 골격체(Metal-Organic Framework)로 문제를 해결했다.
흡착제가 물을 잘 흡착하는 성질(친수성)과 물을 싫어하는 성질(소수성)을 동시에 가지고 있어 냉방운전 조건에서 수분 흡착력은 증가하면서도 저온 재생능력이 향상됐다.
기존 제올라이트 흡착제보다 효율은 24％ 이상 높고 실리카젤 흡착제보다 용량이 2배 이상 크다.
연구팀은 새로 개발된 소재를 흡착식 냉·난방기에 적용하면 에어컨은 5％ 미만의 전력으로 충분하다며 지역냉방에 친환경 냉매인 물을 적용할 때 10만가구 기준으로 여름철 전력 피크 부하 약 234㎿, 연간 에너지 약 7300톤(TOE), 온실가스 약 1만9500톤을 줄일 수 있을 것으로 추산했다.
연구논문은 10월22일 네이처 에너지(Nature Energy) 온라인판에 실렸다.