온실가스 저감은 전 세계적인 공통 목표다. 온실가스에 의한 지구의 지속적인 온도 상승은 인간의 생존에 위협이 되는 심각한 상황이다. 이에 따라 전 세계적으로 지구온도 상승을 +2℃ 이하로 억제하기 위한 다양한 방법이 시도되고 있으며 실천되고 있다. 

2022년 10월 HFC 감축이행을 위한 ‘오존층 보호를 위한 특정물의 제조규제 등에 관한 법률(오존층보호법) 일부개정법률안이 국회를 통과하며 2024년부터 키갈리개정의정서에 따라 지구온난화물질인 HFC류에 대한 국내 소비량 감축규제가 시행될 예정이다.

우리나라는 2020년 기준 HCFC, HFC 총사용량이 4만3,052톤이며 이를 CO₂환산톤으로 보면 8,320만톤에 해당한다. CO₂환산톤 기준 △R410a(24%) △R22(24%) △R23(12%) △R134a(8%) △R142b(7%) △R404a(6%) 등 6대물질이 전체의 81%를 차지하고 있다.

적용처별로 대체현황을 살펴보면 자동차·가정용에어컨, 소용량 히트펌프 등은 Low GWP냉매로 전환이 양호하지만 대용량 시스템에어컨, XPS단열재, 냉동·냉장 등 콜드체인부문은 준비되지 않았거나 오히려 규제를 역행하고 있다.

특히 대기업이나 수출에 집중하고 있는 기업은 규제일정에 맞춘 대체냉매 전환이 이뤄지고 있으나 중소기업에서는 기술, 자금 등의 문제로 인해 전환에 늦어지고 있는 것이 현실이다.

냉매 규제 역사는 

역사적으로 전 세계는 ODP와 GWP가 낮은 냉매로의 전환을 주요 골자로 변화해왔다. 하지만 최근 지구온난화의 주요 원인이 되는 CO₂의 배출을 줄이기 위해 직접적인 CO₂의 배출과 간접적인 CO₂의 배출을 모두 고려한 TEWI(총 등가 온난화 영향지수)를 감소하는 측면을 함께 고려해 냉매 트렌드와 시스템구성이 변화하고 있다. 

직접적인 CO₂의 배출은 GWP가 높은 냉매의 대기 중 방출을 의미하며 간접적인 CO₂의 배출은 열원기기사용 시 필요한 전기를 생산하기 위한 화석 연료 사용, 화력발전으로 인한 탄소배출을 모두 포함한다. 

즉 글로벌 온난화에 대항하기 위한 가장 중요한 척도는 TEWI 감소가 됐으며 이에 따라 냉매트렌드도 변화하게 됐을 뿐만 아니라 열원기기의 효율을 높이는 방향으로 개발이 동시에 고려되고 있다.

지난 185년 동안 냉매변화를 간단히 살펴보면 1834년 천연냉매 사용을 시작으로 1930~1950년대 인간의 안전을 최우선시 한 CFC 냉매의 사용이 주가 됐다. CFC냉매는 우수한 열역학적, 화학적 성질과 높은 안정성으로 인해 지난 반세기 동안 여러 분야에서 사용됐지만 1970년 오존 고갈 현상이 관측되며 2세대 냉매인 HCFC 냉매가 등장하게 됐다. 

하지만 1974년 CFC, HCFC 화합물이 성층권의 오존층을 파괴한다는 사실이 밝혀지며 1987년 CFC 및 HCFC의 단계적 폐지의 법적 규제 틀이 마련된 몬트리올 의정서가 제정됐다. 몬트리올 의정서 이후 3세대 냉매인 HFC냉매가 사용되기 시작했으나 1995년 글로벌 온난화 이슈가 발생하며 1997년 교토 의정서 채택 이후 HFO계 냉매와 천연냉매를 함께 사용하자는 움직임이 시작됐다.

1987년 발효된 몬트리올 의정서는 98%의 오존층파괴물질(ODS)을 단계적으로 폐지시켜 오존층을 거의 회복시켜 놓은 성과를 이뤘다. 이에 따라 유럽은 2004년, 미국은 2010년 R22냉매가 폐지됐으며 개도국은 2015년 이후부터 R22냉매의 단계적 폐지가 이뤄지고 있다. 또한 2010년도부터 유럽, 미국 등 선진국을 중심으로 규제가 시작돼 HFC냉매의 단계적 폐지를 목표로 한 키갈리의정서가 발표됐다. 

우리나라는 2020년부터 2022년까지의 HFC냉매 평균 소요량을 기준삼아 2024년부터 생산 및 수입, 추가생산을 전면 금지하고 2029년까지 10%, 2045년까지 80%를 단계적으로 감축해야 한다. 이에 따라 HFO냉매와 물, 암모니아, 질소, 이산화탄소, 프로판, 부탄 등 천연냉매의 적용이 필수적인 대안으로 거론되고 있다.

기존 냉매대체 신냉매는

냉매사용의 현황은 공조시장과 냉동냉장시장에서 사용되는 냉매로 나눠 보살펴볼 수 있다. 

먼저 공조시장은 냉동기(Chiller)와 히트펌프 등으로 나눌 수 있다. 현재 주로 사용되고 있는 냉매는 R134a, R407C, R410A냉매로 GWP가 1,500 이상으로 높다. 

이에 따라 중장기적으로 R410A냉매는 GWP가 750 미만인 R32, R452B, R454B 냉매들로 전환돼야 한다. 이중 R454B 냉매는 기존의 R410A 냉매를 사용하던 시스템에서 압축기나 팽창밸브와 같은 부품들을 교체없이 사용할 수 있기 때문에 보다 선호될 것으로 예상된다.

R410A냉매는 R32 50%와 R125 50% 혼합냉매이며 R454B는 R32 68.9%와 R1234yf 31.1% 혼합냉매인 반면 R32는 단일냉매다. 

세 냉매 모두 ODP는 ‘0’으로 같으나 GWP에서 차이가 크다. R410A의 GWP는 2,088인 반면 R32는 675, R454B는 466로 매우 낮다. 하지만 안전등급에서는 R410A가 A1등급, R32와 R454B는 A2L(약가연성)등급이다.  

국내 냉동기시장은 국내외적으로 친환경적인 변화가 진행되고 있으며 국내에서는 데이터센터 등 주요 현장에서 친환경 냉매에 대한 요구가 지속 늘어나고 있다. 해외 시행사의 기본 요구사항이기도 하다. 이에 따라 해외의 경우 글로벌 해외 고객의 적극적인 친환경 냉매적용 모델 요구와 글로벌 경쟁사의 친환경 냉매 적용 모델 출시에 따른 경쟁 대응을 위해 필수불가결한 흐름으로 보고 있다.

이에 따라 중앙공조용 냉동기의 대표냉매였던 R134a 냉매가 GWP가 750 미만인 R450A, R513A, R513B, R515A, R515B 냉매로의 중기적 전환이 이뤄지고 있다. 장기적으로는 R1234ze나 R1234yf 냉매로의 전환이 이뤄져야 한다는 것이 업계의 공통된 의견이다. 

각 적용분야별로 현재 사용되는 냉매와 중장기적으로 전환되어야 할 냉매는 차이가 있다. 먼저 일반 상업용 Chiller는 주로 R134a 냉매를 사용하고 있으며 중기적으로는 R1234ze, R513A 냉매로, 장기적으로는 R1234ze, R516A 냉매로 전환돼야 한다. 또한 light commercial chiller라고도 불리는 Scroll Chiller는 현재 R410A를 주로 사용 중이지만 단기적으로는 R32, R452B, R454B 냉매로, 중장기적으로는 R1234ze, R515B, R516A 등의 냉매로 전환돼야 한다. 

공기열원 히트펌프 또한 현재는 R410A냉매를 사용 중이지만 중장기적으로는 R454C, R290 냉매로 전환되는 것이 순서다.

VRF 및 대형 히트펌프도 R410A 냉매를 사용 중이나 중기적으로는 R32, R454B냉매로, 장기적으로는 고압대체 냉매 부재로 중압 냉매 혹은 자연냉매로 이동할 것으로 예상된다.

업계의 한 전문가는 “VRF 히트펌프에 사용되는 냉매인 R410A를 대체할 수 있는 Low GWP 냉매는 아직 확정되지 않았다”라며 “GWP 750 이하인 순수냉매 R32, 혼합냉매 R454B, R452B, R466A 등이 출시돼 있으며 일부 제조사들이 VRF 제품을 개발하고 있지만 다른 제품군에 적용된 것처럼 GWP 150 이하 VRF용 냉매는 아직 없는 실정이다”이라고 지적했다. 

냉동시장은 물류 및 대형 냉동창고에서 저온용 냉매인 R404A, R507A 냉매가 주로 사용됐으나 최근 GWP지수가 높은 냉매에 대한 규제가 강화되며 중간냉매라고 할 수 있는 R448A, R449A가 적용되기 시작했다. CO₂냉매가 장기적인 솔루션으로 부각되고 있다. 

냉동용 콘덴싱유니트(CDU)에도 장기적으로는 약가연성 A2L냉매를 거쳐 CO₂냉매로 전환이 될 수밖에 없다. Bottle cooler 또는 소형냉장고와 같은 자가저장 유니트는 R600a 냉매와 냉매충진량이 적기에 가능한 프로판 계열의 R290 냉매가 사용되며 중장기적으로는 R1234yf 냉매가 함께 사용될 수 있다.

업계의 한 관계자는 “GWP, CO₂감축이라는 목표에 따라 F-Gas에 대한 규제 로드맵이 그간 제시됐지만 최근 영원한 화합물질이라고 불리는 PFAS(과불화화합물)에 대한 규제가 유럽과 미국을 중심으로 논의되고 있다”라며 “아직 범위와 일정에 대해 확정된 바는 없지만 현재까지 논의된 바에 따르면 Low GWP를 위한 대안으로 평가받고 있는 많은 냉매들이 규제 대상으로 묶일 가능성이 있다”고 지적했다. 이 관계자는 “대안 냉매 방향은 맞으나 현 상황에서 대안을 찾기 어려운 제조사들에겐 더 많은 시간이 필요할 것으로 예상된다”고 지적했다. 

결국 규제에 만족하는 제품을 기획, 개발, 생산하는 제조업체는 원가 상승, 개발 부담 증가라는 현실에 직면해 있다. 동일 용량을 위해서는 한 단계 큰 유닛을 판매해야 하거나 냉매 누설감지 장치 등 안전관련 부품 부착이 요구되거나 고압 냉매용 부품은 원가 압박이 크다는 현실을 고려해야 하는 상황에 놓여 있다. 시장참여자, 고객사 입장에서도 냉동공조시설 비용 상승이라는 현실을 받아들여야 할 것이다.

냉매전환 지원 시급 

몬트리올의정서로부터 시작된 오존층파괴물질에 대한 세계적인 이슈는 키갈리 개정의정서 채택으로 세계적인 주제가 됐다. HFC에 대한 직접적인 규제가 확정된 것이다. 국내에서는 2024년부터 키갈리 개정의정서에 파생된 지구온난화물질 HFC 냉매의 국내 소비량 감축 규제가 시행될 예정이다. 

업계의 한 관계자는 “우리나라는 키갈리의정서의 개발도상국(A5) 국가로 분류돼 유럽, 미주 등 선진국대비 HCFC 및 HFC 감축 스케줄이 약 5년 이상 늦추어져 있어 수출을 많이 하는 대기업을 제외하고는 관심이 부족하다”라며 “특히 냉동·냉장산업계에서는 주로 중소기업들이 관련 제품군들을 제조하고 있어 아직도 HCFC계 제품 또는 High GWP HFC 제품들을 제조, 판매하고 있다”고 지적했다. 

업계에서는 HFC 냉매 감축이 다가옴에 따라 정부에서 규제뿐만 아니라 정책적인 지원이 시급하다고 주장한다. 기기 제조사에는 신냉매 제품을 개발할 수 있는 환경이 조성돼야 하고 사용자에게는 기존 냉매를 사용하지 않고 신냉매를 쓸 수 있도록 규제와 인센티브가 적절하게 조화를 이뤄야 국가적인 차원에서의 냉매전환이 이뤄질 수 있기 때문이다.  

아직까지는 친환경 냉매는 기존 냉매대비 가격차이가 많은 상황이다보니 제품을 교체하는데 장벽이 되고 있다. 이 장벽으로 인해 보급이 지연돼 수요가 없어 가격이 내려가지 않는 악순환이 되고 있는 상황인 것이다. 

이에 따라 친환경 냉매를 사용할 수 있는 다른 유인이 필요하다. 특히 냉동기의 경우 한번 설치하면 15~20년간 사용하는 제품으로 선제적인 제도 개선을 통해 빠른 보급이 필요하다. 

가령 과거 고효율 기기에 대한 보조금 지급과 같이 친환경 냉매 적용 모델로 신규 설치, 교체할 수 있도록 보조금 지원 등 적극적인 활동을 통해 장벽을 해소할 수 있는 법적, 제도적인 지원이 시급한 상황이다. 

업계의 한 관계자는 “국내 에너지정책이 원전 비중을 높이는 방향이므로 온실가스(탄소배출) 비중과 관련 화석연료 발전의 영향도가 낮아질 것으로 예된다”라며 “그러면 상대적으로 냉매 누출에 의한 탄소배출 비중이 높아질 가능성이 있는 만큼 친환경 냉매 적용 정책 수립이 빨라야 한다”고 지적했다. 

또 다른 관계자는 “국내의 경우 HFO냉매 사용과 관련한 기술수준 등은 이미 갖춰져 있다고 판단되나 선진국에 비해  HFC 감축 계획에 여유가 있기 때문에 HFO냉매 활성화가 되기까지 다소 시간이 걸릴 것으로 예측된다”고 전망했다.