프레온 가스

[아침 햇살]

프레온가스(Freon gas)

1~2개의 탄소(C)에 염소(Cl)와 플르오르(F) 혹은 수소(H)가 결합된 화합물을 말하는 것으로

Chlorofluoralkane 혹은 chlorofluorcarbons(CFCs)라고 한다.

1928년 미국의 과학자 Midgely가 암모니아를 대신할 냉장고용 냉매로 개발했고(프레온 12),

프레온(freon)이라는 상품명으로 Du Pont사가 처음 제조, 판매하였다.

이후 다른 프레온 가스들이 개발되었고

주로 많이 사용하는 것은

CFC-11(CCl₃F),12((CCl₂F₂), 113(CCl₂FCClF₂), 114((CClF₂CClF), 115((CClF₂CF₃)가 있다.

가장 많이 사용되는 프레온화합물은 Freon 12, Freon 11이다.

대표적인 특징으로는 비부식성으로 장치 내 배관의 손상이 없고 그리고 무독성으로 식품사용에 용이하며 취급이 쉽다.

또한 낮은 압력에서도 액화하여 열효율이 좋아 냉장고, 에어콘의 냉매제로 사용된다.

한편 기체상의 열전도도가 낮아 단열 발포제로 이용되는 특성이 있다.

이외에도 반도체 인쇄회로나 광학렌즈의 세정제로 쓰인다.

용매와 잘 섞이며 무취성, 분사능력이 좋아 에어로졸 분사제로 이용한다.

최근에는 방취제를 사용하는 캔, 헤어스프레이, 기타 생산품의 분사제로 사용.

이들 화합물은 낮은 고도에서는 화학적으로 반응하지 않고 존재하기 때문에

연당 생산되는 약 30만톤과 고의 또는 사고로 방출되는 엄청난 양의 프레온이 대기중으로 방출되고 있다.  

대기중에서 75~120년 정도의 기간을 잔류하는 CFCs는 대류권에 약 5년간 체류한 후

성층권에 도달되어 자외선에 의해 염소원자가 분리되는데 이 염소원자는 성층권에 체류하는 동안 오존형성을 방해한다.  

프레온은 낮은 고온에서는 불활성상태로 있지만

성층권에서는 에너지가 높은 자외선을 흡수하게 되면 광분해되어

염소원자를 방출하게 되고, 이 염소원자가 성층권에 있는 오존층을 파괴하게 된다.


<프레온가스 생산동결 및 대체물질 개발 >

1985년 프레온가스가 지구 오존층의 주요 파괴물질로 판명되면서

UN환경계획위원회를 중심으로 1985년 11월 오존층 파괴의 주범인 프레온가스 등의 소비를 제한하는

이른바 '몬트리올의정서'가 제정되게 된다.
이에 따라 듀퐁, 영국 IC등 세계적인 화학업체들은

프레온가스 대체물질 개발하여 대체물질인 HFC-134a를 개발해 1990년부터 본격적인 생산에 나서기 시작했다.

CFC의 개발 대체품은 크게

PFC(perfluoro carbon)와 HFC(hydrofluoro carbon) 둘로 분류된다.

PFC는 C와 F만으로 이루어진 매우 강력한 화합물로 CFC보다 더욱 안정한 물질이다.

따라서 성층권보다 높은 곳에서 분해된다.
HFC는 CFC분자에 H가 첨가된 구조를 가지고 있어, 안정한 화합물인 CFC보다 비교적 불안정하게 제조하여

HFC가 성층권에 도달하기 전에 대류권에서 분해시킨다는 개념으로 개발된 것이다.

그러나 EU에서는 이러한 대체물질도 오존층을 파괴하는 물질로 지적하여 감축을 유도하고 있는 실정이다.
현재 HFC-134a(CF3CFH2)는 냉장고 냉매로 잘 알려진 CFC-12를 대체하고 있으며,

HFC-22(CHClF2)는 추진제 및 발포제로서 이미 대체되고 있다.

Dupont은 SUBA, ICI는 Klea브랜드로 각각 HFC-134a를 시판하고 있다.

HFC-134a의 판매가격이 기존의 CFC에 비해 무려 7배정도 비싸고

이것 또한 CFC보다 약하기는 하나 오존층파괴물질로 의심받고 있는 실정이다.

몬트리올의정서에 따르면

개도국은 2016년부터 HCFCs의 사용량을 2015년의 사용량으로 동결하고 2040년까지는 사용을 완전 금지하도록 되어 있다. 한국은 경제협력개발기구(OECD)에 가입해있으나 개도국 조항을 적용 받고 있다.
그러나 2016년부터 2040년까지의 단계적인 감축일정과 규모는 추후 협의하도록 되어 있어

선·후진국간의 논란이 불가피할 것으로 전망된다.

특히 EC는 HCFCs가 CFCs 보다는 정도가 약하지만 여전히 오존층을 파괴하고 있으며

새로운 대체물질이 시판돼있다는 점을 들어 개도국의 감축일정과 규모를 신축적으로 조정할 필요가 있다는 입장이다.  

개도국은 이른 바 `프레온가스’로 알려진 CFCs의 사용량 동결이 2000년 6월 30일로 만료됨에 따라

앞으로 2005년까지 현재의 사용량을 50%수준으로 감축시켜야 하며

2010년에는 CFCs 사용이 전면 금지된다.

대부분의 선진국들은 CFCs 사용을 지난 1996년에 중단했다.

-Halon 가스(염화브롬화탄소)

프레온과 비슷한 물질로 염소 대신에 브롬이 포함되어 있다.

브롬은 염소보다 성층권에는 훨씬 적게 존재하지만

브롬 원자 1개가 염소 원자의 약 50배에 해당하는 정도로 오존층 파괴 능력은 더 크다.

주요 할론 가스로는 할론 1211(CF₂ClBr), 1301(CF₃Br), 2402(CF₂BrCF₂Br)를 들 수 있다.

할론과 HBFCS 는 fire extinguisher, 1301(CF₃Br: methyl bromide)는 fumigant로 많이 쓰인다.

CFC-11은 화학명은 트리클로로플루오로메탄(Trichlorofluoromethane) 입니다.

여기서 11이라는 숫자가 의미가 있습니다.
즉, CFC 숫자에 90을 더하고 나오는 수에서 
첫번째 수는 탄소원자(C) 개수
두번째 수는 수소원자(H) 개수
세번째 수는 불소원자(F) 개수
염소원자(Cl)의 개수는 2(C+1)-H-F입니다. 

따라서 CFC-11의 경우 숫자 11에 90을 더하면 101 이 나오는데
첫번째 1이 탄소원자(C) 개수이므로 1개 탄소
두번째 0은 수소원자(H) 개수이므로 0개 수소(없다는 의미)
세번째 1은 불소원자(F) 개수이므로 1개 불소
염소원자(Cl)의 개수는 2(1+1)-0-1 즉, 3개 염소

정리하면 CFC-11은 탄소 하나, 불소 하나, 염소 세개 로 이루어진 가스임을 알 수 있습니다.

그래서 화학식은 CCl3F 가 되는 것입니다.

 

 

 

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아시다시피 프레온은 탄화수소와 할로겐의 화합물로 이루어저 있습니다.
여기서 메탄계(CH4)와 에탄계(C2H6)가 있는데 H대신 할로겐원소인 Cl과 F를 치환하여 조합 한 것입니다.

호칭법은
메탄계 냉매는 십자리(예:R-12), 에탄계 냉매는 100자리(예:R-113) 입니다.
1의 자리수 : F의 수
10의 자리수 : H의 수+1
100의 자리수 : C의 수-1

R-11 : CCl3F
R-12 : CCl2F2
R-13 : CClF3
R-21 : CHClF
R-22 : CHClF2

R-113 : C2Cl3F3
R-114 : C2Cl2F4