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[인터뷰] 백재현 에이올코리아 대표

“신소재 MOF 수분흡착제 적용 복합환기시스템 양산 초읽기”
美 에어익스체인지社 협력, 제습로터 대량생산

에이올코리아(대표 백재현)가 수분흡착성이 기존제품대비 2~3배, 재생온도 40~50% 수준인 신소재 MOF(Metal-Organic Frameworks)를 활용한 제습로터 개발에 성공, 6개월 내 이를 적용한 복합환기제품 양산체계에 돌입한다.

제품에 적용되는 MOF 수분흡착제는 장종산 한국화학연구원(KRICT) 박사가 개발한 저온재생 나노세공체 수분흡착제로 ‘MOF KRICT F100(이하 MOF F100)’ 2018년 ‘세계적인 혁신기술’로 선정되는 한편 세계적 학술지인 네이처에너지에도 게재된 바 있다.

백재현 에이올 대표를 만나 MOF 제습로터기술과 MOF신소재를 활용한 사업계획에 대해 들었다.

■ MOF 제습로터 개발배경은
앞으로 제로에너지건축물(ZEB) 시대가 도래함에 따라 패시브건축을 통해 냉난방부하가 급격히 낮아지면서 현열부하는 감소하는 대신 잠열부하가 증가하게 된다. 또한 환기부하가 공조부하에서 차지하는 비중이 급격히 커질 전망이다.

이에 따라 잠열부하와 환기부하를 절감할 수 있는 획기적인 성능의 제품이 요구되고 있어 제습·냉방·환기가 가능한 복합환기제품 개발에 착수했다.

그러나 제습을 위해 검토한 기존 흡착제들은 수분을 흡수한 뒤 재생시키는 과정에서 에너지가 많이 쓰인다는 문제점이 있었다. 기존 흡착제들은 에너지측면보다 내구성, 온도변화 안정성, 강도 등 측면에서 연구가 진행됐다. 반면 에너지를 덜 사용하는 저온재생흡착제는 수분흡수 시 형상변화가 생겨 전열교환로터로 제작하기에는 한계가 있다.

에너지효율적인 복합환기제품 개발을 위해서는 △형상안정성 △높은 흡수율 △쉽고 빠른 재생력 등 3가지가 필요했다.

MOF F100은 이를 모두 만족한다. 영·미·독이 기술개발을 주도해 온 MOF를 장종산 박사가 수분흡착제로 발전시켰다. 이를 제습로터로 활용 가능한지 확인하기 위해 수분흡착용량, 저온재생이 가능한 공기온도 조건, 반복적 수분 흡·탈착에 대한 내구성 등을 평가해 우수성을 확인했다.

이에 따라 에이올이 기술이전을 받고 대량생산체계를 구축했으며 국내·외 연구기관·기업들과 협력해 개발하고 성능을 검증하면서 양산단계까지 이르렀다.

■ MOF F100 성능검증은
MOF F100은 저온재생흡착제로 많이 사용되는 실리카겔, 제올라이트대비 흡착량이 2~3배 많고 표면적도 3~15배로 커 제습능력이 뛰어나다. 또한 저온재생능력의 경우 80℃에서도 재생이 가능해 시중에 많이 사용되는 제품인 BASF사 F300이 240℃에서 재생됨을 감안하면 전기에너지를 70%까지 절감할 수 있다.

구체적으로 살펴보면 먼저 수분흡착량은 상대습도 60% 조건에서 0.7g/g 초과로 실리카겔·제올라이트(0.3g/g 미만)대비 우수하며 표면적 역시 1,800~4,300㎡/g으로 실리카겔(500㎡/g 미만), 제올라이트(800㎡/g 미만)보다 크다.

저온재생능력은 재생온도 60~80℃로 실리카겔 100℃, 제올라이트 150℃대비 40~50% 수준에서 재생이 가능하다. 이는 국제적 학술지인 네이처에너지에도 게재돼 신뢰성을 확보한 평가결과다.

내구성도 1만3,000회 반복재생에서도 사용이 가능했다. 공조기로 환산하면 10년을 사용해도 문제가 없는 수준임을 확인했다.



■ 제습로터 개발과정 및 성능은
로터개발을 위해 제조기술을 갖고 있는 미국·유럽·독일 등 많은 해외 유력업체를 방문했다. 그중 폴리머계열 로터를 사용하고 있는 미국 에어익스체인지사와 협력을 결정했다. 폴리머는 열에 취약해 150℃ 이상 고온에서는 변형이 일어나 활용이 불가능하다. 그러나 일반 공조환경에서는 경제성이 있고 내구성이 높아 적합한 소재다.

제조도 완전한 원판을 만들 수도 있고 절단된 피자형태로도 가능해 3~4m급 대형공조기용 로터로도 제작이 가능하다. 이는 분리형 교체도 가능하다는 의미여서 효용이 높다.

흡착제 코팅방식으로 열융착방식을 채택한 점도 에이올이 원하는 조건과 맞았다. 열융착방식은 폴리머를 휘발성있는 물질과 접촉시켜 표면을 녹여 흡착제와 결합시킨 뒤 60~80℃ 롤러에 통과시켜 휘발성물질을 제거하는 것이다. 코팅공정이 안정적이며 바인더를 쓰지 않기 때문에 흡착면적의 손실없이 100% 성능을 발휘할 수 있다.

에어익스체인지는 글로벌 제습로터시장 성장잠재력을 인지하고 이에 대응하기 위한 기술·제품이 필요했다. 에이올이 MOF F100을 제공하고 에어익스체인지가 로터를 생산해 공급하는 방식으로 협력키로 합의했다.

1년여간 공동연구 끝에 제습로터 ‘AEOL KRICT F100(이하 AEOL F100)’ 개발을 완료했고 실험결과 실리카겔을 이용한 제습로터대비 약 20% 에너지성능이 향상된 것으로 나타났다. 또한 로터의 물세척이 가능하고 분리·청소 후 성능시험에서도 동일한 결과를 나타내 유지관리, 내구성도 뛰어나다.

AEOL F100은 △일간 제습능력 28L △소비전력 280W △에너지계수 4.16L/kW·h △재생온도 70℃ 이하 △처리유량 150CMH 성능을 갖고 있다. 비슷한 용량의 기존 실리카겔타입 제습로터가 △일간 제습능력 22L △소비전력 600W △에너지계수 1.52L/kW·h △재생온도 150℃ 이하 △처리유량 150CMH인 것에 비하면 크게 향상됐다.



■ 흡착제·로터·완제품 양산계획은
흡착제 MOF F100 양산체계는 6개월 전 구축이 완료됐다. 현재 BASF F300이나 전열로터용 흡습소재보다는 다소 고가이지만 성능·가격을 비교하면 경쟁력이 있다. 다만 투자비는 에너지비용 절감을 통해 회수가 가능하다.

앞으로 공격적인 시장진출을 통해 생산량을 늘려 대량생산을 통한 단가절감을 달성할 계획이다. 제습로터용뿐만 아니라 산업시설에서 활용하는 에어드라이어용, 건조기·식기세척기 등 가전용으로도 적극 활용할 수 있도록 공격적으로 시장을 공략할 방침이다.

AEOL F100 완제품은 두 달뒤부터 납품이 가능하다. AEOL F100이 적용된 복합환기시스템은 시제품제작이 완료됐으며 6개월 내 시장에 출시할 계획이다.

현재 제습환기시장이 빠르게 성장하고 있다. 협력하고 있는 건설사도 제습에 대한 수요가 높아지고 있다. 세대 내는 물론 공용부, 엘리베이터 등에 수요가 많다. 최근 장마철이 길어지면서 지하주차장에 곰팡이가 발생하고 있다. 기존 제습기는 온도상승, 에너지사용 등이 또다른 문제를 야기하기 때문에 제습로터를 적용한 복합환기시스템을 활용하면 더 적은 용량·에너지로도 쾌적하고 청정한 공간을 만들 수 있다.