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[인터뷰] 박성룡 한국에너지기술연구원 박사

“중공사막 표면 친수성 극대화한
전력소비 적은 환경친화 제습기술”
냉방·자동차·제약·농산물 등 활용도 매우 높아

한국에너지기술연구원(이하 에너지연)은 최근 환기분야 전문기업 (주)솔로이엔씨에 ‘분리막을 이용한 주택 및 상업건물 공조용 제습장치 기술’을 기술이전했다. 에너지연이 개발한 수분 분리막 제습기술은 중공사막 표면에 친수화 특성을 극대화한 물질을 박막 코팅해 수분의 투과량과 선택도를 향상시킨 첨단기술로 박성룡 박사가 기술개발을 주도했다. 박성룡 박사를 만나 기술개발 배경 및 특장점을 들어봤다. 또한 기술이전을 받은 솔로이엔씨를 함께 소개한다.

■ 제습공조는 어떤 기술인가
공조란 실내공기의 온도, 습도, 청정도 및 기류 분포 등을 재실자에게 쾌적하게 제공하는 기술을 말한다. 제습공조는 다습한 실내 환경으로부터 습도를 제거해 쾌적한 실내 환경을 구현하는 기술이다.

제습방식에 있어서는 냉각제습, 고체제습, 하이브리드제습 등이 있으며 제습공조방식을 비교하면 △냉각식(압축식: 온도를 낮춰 제습) △화학제습식(데시칸트식-흡착식, 흡수식) △복합식(2개 이상의 기술을 연계) 등이 있다.  

■ 제습공조기술이 왜 중요한가
습도는 공기 중 포함된 수증기 양의 정도를 말한다. 우리나라의 여름은 주로 습도가 높게 형성이 되는데 이로 인해 불쾌지수가 높아지고 땀도 잘 증발하지 않아 체온을 낮추기가 힘들어진다. 반대로 습도가 높으면 체감온도가 올라가서 더 많은 냉방을 필요로 하게 된다. 이에 따라 제습을 통해 적절한 실내 습도를 유지함으로써 쾌적한 실내 환경을 조성할 필요가 있는데 이러한 기술이 제습공조기술이다. 



또한 습도가 높아지게 되면 곰팡이가 쉽게 증식하고 식품이나 의약품 등은 변질되며 기계설비나 화학기기 등의 고장이 빈번해지기 때문에 이러한 장소에서도 제습공조기술은 반드시 필요하다.

■ 제습공조시장에 대해 평가한다면 
IEA 2019 보고서 ‘Energy Efficiency Indicators 2019’(https://www.iea.org/reports/energy-efficiency-indicators-2019)에 따르면 최종 에너지사용량 중 △산업 44% △수송 36% △주거 20% 순으로 나타났으며 가정에서는 △난방에너지 48% △냉방에너지 4% △급탕 18%를 사용하는 것으로 보고되고 있다. 다시 말해 최종에너지 소비량의 20%가 주거 및 상업용 건물에너지이며 주거 및 건물에너지의 70% 이상이 냉난방공조용 에너지라는 것이다. 



OECD 국가의 가정·상업용 에너지소비는 지속적으로 증가하고 있으며 non-OECD국가는 급격한 증가를 보이고 있다. 
미국의 경우(2019)는 최종 에너지사용량 중 △산업 39% △수송 43% △주거 18% 순으로 사용하고 있으며 주거용의 경우 전체 에너지 중 △난방에너지37% △냉방에너지 7% △급탕 17%로 사용하는 것으로 보고됐다. 

Grand View Research, Inc.가 실시한 새로운 연구조사에 따르면 세계 제습시장은 2017년 26억달러에서 연평균성장률(CAGR) 6.7% 가정해 2025년까지 43억달러에 이를 것으로 예상되고 있다. 호텔이나 레스토랑, 냉장산업 등에서 제습기수요가 증가하면서 시장을 주도할 것으로 예상된다. 

건설산업은 슬래브 및 석고를 건조하고 철물점에서 적절한 환경조건을 유지하며 곰팡이의 성장을 막기 위해 제습기를 널리 배치하고 있다. 또한 군수 장비 및 물품, 식품 저장, 화학 저장 및 제약과 같은 다양한 산업응용분야에서도 주로 사용된다. 아울러 건강에 대한 소비자들의 인식이 높아짐에 따라 제습기시장 성장이 가속화될 것으로 전망된다. 

■ 에너지연이 개발한 제습공조기술은 
분리막 이용 제습기술은 중공사막(中空絲膜)을 이용해 공기 중 수분(Water vapor)을 선택적으로 제거하는 기술로, 균일한 온도조건에서 제습이 가능하고 전력소비가 적은 환경친화적 제습기술이다. 

특히 에너지연에서 개발한 수분 분리막 기술은 중공사막 표면에 친수화 특성을 극대화한 물질을 박막 코팅해 수분의 투과량과 선택도를 향상시켰다. 우리 연구진은 이 분리막 모듈과 진공펌프로 구성된 제습공조기술을 개발해 실내 환기 요구량 충족은 물론, 상온에서 제습까지 가능케 했다. 



막분리 이용 제습기술은 기체 및 액체 혼합물에 막(selective barrier between phases)을 설치하고 주어진 구동력에 의해 여러 가지 기체들이 선택적 장벽인 막을 통과할 때 나타내는 기체들의 용해(분배) 및 이동 속도(확산도)의 차이를 이용해 수분을 선택적으로 분리해내는 기술이다.
분리막 제습·냉방방식은 분리막 기술을 이용한 방식으로, 액체제습시스템에서처럼 액체제습액이 필요한 것이 아니라 분리막을 설치해 제습을 하기 때문에 매우 간단하다. 추가적인 에너지 활용 및 주변의 복잡한 기기가 단순화돼 제습·건조·냉방이 가능하다. 즉 시스템이 매우 단순하며 신뢰성이 높고 저렴한 설치비의 고효율기기로 유지보수가 매우 간단한 획기적인 제습 냉방장치다. 

■ 기존(타사) 기술과 차별성은
압축식 냉각 제습방법은 공기를 노점온도 이하의 냉각코일 표면과 접촉시켜 공기 중 수분을 응축해 습도를 낮추는 방법으로 제습하는 과정에서 공기의 온도와 습도는 감소하는 것이 가능하나 이를 위한 압축기와 팬 동력이 소비되는 문제를 갖고 있다.

흡착식 제습방법은 흡착제를 이용하는 방법은 수분을 흡착하는 원리를 이용하는 것으로 공기선도 상에서 변화하며 공기는 등습구선을 따라 이동하는 과정에서 흡착제 표면에 흡착열이 발생하므로 발생 열제거를 위한 냉각열량을 추가로 필요로 한다. 

멤브레인을 이용한 제습시스템은 추가적인 냉각열량 및 전기적인 소요동력이 필요하지 않은 효율적인 시스템으로 멤브레인을 이용한 제습은 설치공간 최소화, Energy Saving(효율증대 및 동력절감), 유지보수를 최소화할 수 있는 공기조화시스템이다. 

■ 제습기술의 핵심이 제습소재인데
기존의 제습기술은 압축식 냉각제습, 흡착(데시칸트)식 제습, 하이브리드식(압축기+데시칸트방식) 제습 등이 있으며 주로 압축기식과 흡착식이 많이 보급돼 있다. 압축기식은 냉각과 가온을 통해 제습하는 방식이라 어떻게 시스템을 잘 구현하느냐가 핵심이다. 흡착식의 경우는 흡착제의 표면에 공기 중의 습공기가 부착해 제습이 되는 형태다. 흡착제는 제습소재에 따라 재생온도나 사용시간이 다르기 때문에 어떠한 제습소재를 사용하느냐는 흡착제습 기술의 핵심이라 할 수 있다. 

에너지연의 제습기술인 분리막을 이용한 제습기술은 중공사막 표면에 친수성을 높여주고 습공기가 잘 투과될 수 있도록 하는 코팅기술이 핵심이며 최적의 박막코팅을 통해 수분의 투과량과 선택도를 향상시킬 수 있다.



■ 향후 제습공조기술의 성장성은
최근 기술은 에너지 효율적인 제습기 개발에 중점을 두고 있다. 또한 스마트폰, 태블릿 및 컴퓨터를 통해 제습기를 제어할 수 있는 클라우드 기반 기술의 도입으로 시장 성장이 가속화될 것으로 예상된다. 습도 수준을 자동으로 계산하고 그에 따라 기능을 설정하는 고급 제습기 개발도 예측기간 동안 제습기시장을 향상시킬 것으로 예상된다.
엄격한 법적 및 규제 표준으로 인해 제조업체는 에너지효율적인 제습기를 개발하고 있다. 이러한 환경이 제습기에 대한 세계시장 형성에 많은 도움이 될 것이다. 또한 주거용 및 상업용 응용분야에서도 휴대용 제습기에 대한 수요가 증가할 것으로 예상되고 있다.

분리막 제습기술은 의료, IT소재 생산, 항공우주, 조선분야에 사용할 수 있기 때문에 매우 높은 신뢰성이 요구된다. 기존 제습기술대비 환경친화적인 기술로 효율이 매우 높다. 
또한 별도의 동력을 사용하지 않거나 적은 동력을 이용해 수분을 제거하고 저온의 수분을 가습하면서 냉각이 가능하기 때문에 냉방부하 절감에도 활용이 가능해 냉방기 및 자동차업체에서 활용이 가능하다. 

제약업체에서는 약의 보관 시 저온도 중요하지만 제습도가 매우 중요해 제약보관용으로 사용할 수 있으며 저렴한 농산물, 식품 저장소는 물로 화약제, 가스, 화약 등의 보관과 연계해 적용할 수 있을 정도로 활용도가 매우 높다.