대체되어가는 냉매

[그림자]

1. 프레온 냉매

일반적으로 현재 사용되고 있는 프레온 냉매란 CFCl₃ , HCFCs ,

HFCs , 3가지 종류를 통틀어 Dupont사의 브랜드명을 말한다. 프레온

은 메탄계와 에탄계의 프레온족이므로, 이들은 탄소원자 이외에 수소,

 염소, 불소원자로 구성되어 있다.

프레온을 구성하고 있는 원자들은 고유의 물성치를 갖고 있어 각 원자

의 수에 따라 어느 정도 프레온 가스의 특성이 결정된다. 즉,수소

원자가 많을수록 가연성이 강하게 되고, 염소원자는 독성이 강해지며,

 불소원소는 화학적 안정성이 증대되는 등의 성질을 갖는다.

이러한 프레온 냉매가 세상에 처음 소개되기 시작한 것은 미국의

화학자들로 인해서이다.1928년 Midgley는 가정용 냉장고에 비화염성,

비독성의 새로운 냉매를 찾게 되었다.

그 당시 사용하던 냉매들의 성분 구조를 검토해 본 결과 모든 원소들이

주기율표에서 상위에 있는 것을 알아내었다. 즉 탄소, 질소,산소, 수소,

황,유황,불소,염소 등의 원소로 냉매가 구성된 것이다.

각 원소들의 결합구조에 따라 냉매의 특성,활성도,독성,화염성등이

결정된다는 것을 안 그와 그의 공동연구자, Henne, McNary는 불소화

합물에 관심을 갖게 되었다. 불소자체? ?독성이 있지만 불소화합물은

 비 독성이라는 것을 고려하여 R-21냉매를 합성하는데 성공 하였다.

그 다음해 1929년 가을에는 R-12냉매를 합성하여 1930년 미국화학학

회 에서 처음 소개하였다. R-12가 산업현장에서 사용되기 시작한 것은

 1931년부터 본격화되었으며 1932년에는 R-12가 개발되었다. 그 후

프레온 냉매는 압축냉동 시스템에서 기타 다른 매체들을 압도적으로

누르고 시장을 점유하여 왔다. 하지만, 프레온 가스가 지구환경에 미치

는 부정적 효과 및 이에 관련된 기재가 가시화되자 수십년 동안 누려

오던 그 영광도 이제는 옛 이야기로 듣게 되는 시기가 도래한 것이다. 

2. 대체 냉매

몬트리올 의정서 이후 CECs와 HCFCs 냉매의 사용규제가 가시화되자

그 대안의 물질을 찾는데 관련 업계는 집중을 다하고 있다.[표]는

현재까지 알려진 CFCs, HCFCs 냉매들은 R-13B1만 제외하고는

염소를 포함하고 있으며, R-13B1은 염소대신 오존층 파괴에 더욱

심각한 영향을 주는 브로마인을 함유하고 있다.

기존의 CFC,HCFC냉매	비등점(°C)	대체 가능한 냉매
R-113	47.6
R-11	23.8	R-123,R245a
R-114	3.8	R-236fa
R-12	-29.8	R-134a,R-600a,R-260/600a DME,R-717,R-744
R-500(R-12/152a,73.8/26.2)	-33.5	R-134a
R-22	-40.8	R-22 E-134a R-407c(R-32/125/134A,23/25/52) R-410a(R-32/125,50/50) R-290,R-717,R-744
R-502a(R-22/115,48.8/51.2)	-45.4	R-404a(R-125/143a/134a,44/52/4) R-507(R-125/143a,50/50)
R-13B1	-57.7	R-404a(R-32/125,50/50)
R-13	-81.4	R-23
R-503(R-23/13,40.1/59.9)	-88.7	R-508B(R-23/116,39/61)

3. [표] 기존 냉매와 대체 냉매

프레온 냉매는 탄소 결합수에 따라 메탄계와 에탄계로 나뉘는데,

대부분은메탄계이며, R-113, R-114, R-152a 은 에탄계이다.

 
HFCs냉매는 탄소계열이면서 염소를 포함하고 있지 않아 오존층

파괴지수가 거의 없는 것으로 알려져 CFCs, HCFs 대체 물질로 현재

일본은 사용 중에 있다.이와 함께 프레온 냉매가 개발되기 전 사용하던

자연냉매,프로판(R-290),이소부탄(R-600a), CO2(R-744), 암모니아

등도 현재 프레온 냉매를 대체 할 수 있는 것으로 많은 연구와 함께

실용화가 되고 있다.특히, 자연냉매는 지구온난화를 야기시키는

HFCs냉매의 대안으로도 최적의 냉매로 손꼽히고 있다.

상업적 측면에서 R-11, R-12, R-22, R-502의 대체냉매에 대한 관심이

 집중되고 있는데, R-11의 경우 몬트리올 의정서가 발의되기 전

R-123이 그 대안으로 개발되었으나, R-123 또한 염소를 포함한

 HCFCs계열이므로 현재 R-245fa로 대체되고 있다.

R-245fa의 이론적인 COP는 R-11, R-123보다는 낮지만,전달 특성은

매우 뛰어난 것으로 알려져 있다. R-12와 R-500의 대체냉매는 R-134a

로 이미 큰 시장을 형성하고  있다.

프로판(R-290), 이소부탄(R-600a), 그들의 혼합물 또한 유럽 및

일부 국가에서는 시장이 형성되어 냉장고, 냉동고등에 이미 사용하고

있다.독일의 경우 1997년 판매된 자국 시장의 모든 냉장고/냉동고는

탄화수소계 냉매를 사용하였다.R-22의 경우는 R-11, R-12보다는

그 대체 속도가 늦고 있으나, 현재 HFCs계열로 R-134a R-410a등이

그 대안으로 부상하고 있다. 이외 자연냉매인 프로판과 CO2 또한

R-22의 대체 냉매로 급부상하고 있다.

프로판의 경우 R-22보다 낮은 증기압과 뛰어난 전달특성으로 안정성

과 화염성만 해결된다면 가장 이상적인 대체냉매로 CO₂가 매우

활발하게 연구되고 있으며, 그 가능성 또한 매우 크게 점쳐지고 있다.

 
최근 Neska등은 CO₂를 이용한 히트펌프로 실험한 결과 냉방시

COP는 R-22보다 낮지만 난방시는 더 놓은 것으로 발표하였다. 또

암모니아도 특정한 제품에서는 R-22를 대체할 수 있을 것이다.