전 세계는 기후변화에 대응하기 위해 지구온난화지수(GWP)가 높은 HFC의 단계적인 감축과 Low GWP냉매로의 전환, 자연냉매 사용 확대에 초점을 맞추고 있다. 우리나라도 예외가 아니다. 올해부터 HFC의 단계적 감축이 본격 시행된다.

장영수 대한설비공학회 친환경냉매위원회 위원장(국민대 교수)을 만나 글로벌 냉매정책 및 우리나라 냉매정책 방향에 대해 들어봤다. 

오존층 파괴물질에 관한 몬트리올의정서(1987)가 채택된 이후 런던개정서(1990), 코펜하겐개정서(1992), 몬트리올개정서(1997), 북경개정서(1999), 키갈리개정서(2016)를 통해 규제 대상 물질을 점진적으로 확대해 왔으며 HFC 18종을 포함해 총 113종의 냉매가 규제되고 있다.

주요 국가들은 감축 일정에 맞춰 냉매 관련 규제를 채택하거나 강화하고 있으며 GWP가 높은 냉매에 대한 금지 또는 제한과 Low GWP 냉매로의 전환이 핵심 수단으로 추진되고 있다. 탄화수소, 암모니아, 이산화탄소와 같은 자연냉매와 환경에 미치는 영향이 적은 새로운 합성냉매 개발이 진행되고 있다. 

우리나라는 키갈리의정서의 개발도상국(A5) 국가로 분류돼 유럽, 미주 등 선진국대비 HFC 감축 일정이 늦추어져 있어 2024년부터 HFC의 소비량이 동결된다. 이를 기준으로 2029년까지 10%, 2035년까지 30%, 2040년까지 50%, 2045년까지 80% 감축해야 한다. 정부는 몬트리올의정서에서 규정한 오존층파괴물질 규제조치의 국내 이행을 위해 ‘오존층 보호를 위한 특정물질의 제조규제 등에 관한 법률’ 제9조 등에 근거를 두고 매년 특정물질의 생산·수입 및 판매량 배정계획을 세우고 있다. 2010년 CFCs의 생산 및 수입을 금지하고 있으며 2013년부터 HCFCs 냉매(R22 등)의 생산·수입량을 조절(쿼터 배정)하고 있다. 2030년에 전폐하게 된다. 

2022년 ‘오존층보호법’ 개정안에서 특정물질의 정의를 확대해 HFC를 규제 대상에 포함하고 부산물 HFC-23 배출물 파괴 명문화 및 HFCs에 대한 생산, 수출입 허가제 시행, HFC 18종 추가, 부담금 부과 대상 및 수입 요건 확인 물품 대상 확대, HFC 국내 감축계획(안) 수립 및 HFC 기준 한도 공고를 포함해 HFCs(R134a, R407C, R410A 등)의 생산·수입 할당량(쿼터) 배정이 진행될 예정이다. 이에 따라 2023년 9월 ‘HFCs 감축 로드맵’ 초안이 공유돼 친환경 냉매로의 전환에 대한 기업들의 의견을 수렴하고 원활한 감축 이행을 위한 방안이 논의되고 있다.

이에 따라 부처별 관리대상과 법령의 경계가 명확하지 않고 단계별 관리가 제각각 이뤄질 수 있으므로 냉매정책 방향의 통일이 필요하다. 한 부서에서 전체적인 냉매관리제도를 담당해 규제와 처벌에 대한 혼선이 없도록 해야 하며 법 일원화 및 집행의 용이성 차원에서도 필요하다. 

차세대 친환경냉매에 대한 탐색은 기본적으로 오존층을 파괴하지 않고 기후변화에 미치는 영향을 최소화할 수 있어야 하며 기존 HFC에 비해 GWP가 현저히 낮은 냉매여야 한다. 시스템에 적용했을 때 기존 냉매 적용 시스템과 비슷한 에너지효율을 가지거나 이보다 높아야 시스템운용 시 에너지소비량과 온실가스 배출 감소로 기후변화 영향을 최소화할 수 있다. 이에 따라 냉매의 수명주기 전반에 걸쳐 환경에 미치는 영향(LCA)을 종합적으로 평가하는 것이 필수적이며 여기에는 생산, 사용 및 폐기 시 환경영향평가가 포함된다. 새로운 냉매는 취급, 사용 및 누출 시 안전을 보장하기 위해 독성과 가연성 수준이 낮은 것이 바람직하다. 

그러나 현재 개발된 낮은 GWP 냉매는 약가연성을 가지고 자연냉매인 HC(하이드로 카본)는 가연성냉매이다. 공조용 또는 히트펌프에 적용될 수 있는 GWP 150 이하의 후보 냉매는 없는 상태다. 

친환경 냉매로의 전환을 촉진하려면 기존 냉동시스템의 수정을 최소화하고 적용할 수 있으며  비용은 합리적인 수준에서 공급될 수 있으면 좋을 것이다. 또한 친환경냉매 사용에 대한 국제적 합의와 표준은 매우 중요한 선결조건이다. 

자연냉매 중 탄화수소(R290) 냉매는 아이스크림 냉동고 및 음료수 냉장고, 수냉식 냉각기가 사용되는 쇼케이스 및 대형 슈퍼마켓에서 사용되고 있으며 우수한 효율을 얻을 수 있다. 그러나 가연성으로 인해 IEC60335-2-89 안전규정에 따른 충전량 한계(최대 500g)로 소용량 설비에만 적용되고 있다. 공조용 기기로는 유럽 및 중국에서 R290을 사용하는 제품이 출시되고 있으며 R410A에 상응하는 비용경쟁력과 우수한 에너지효율을 달성할 수 있다.

탄화수소 냉매 사용을 위해 시스템에 충전하는 냉매량 최소화와 냉매 누설 최소화, 적절한 안전조치가 필요하다. IEC 60335-40에서 공조장치의 종류와 용도에 따라 일체형(300g), 패키지 및 분리형(1kg), 환기공간 및 외기 설치(1kg, 5kg) 최대 충전량 제한조건이 규정돼  있다. 

또한 다른 대표적인 자연냉매인 이산화탄소는 낮은 임계온도(31℃)와 임계압력(74bar)이 이산화탄소를 적용한 시스템설계에 가장 큰 고려요소다. 공랭식 시스템을 구성하는 경우 응축과정이 존재하지 않으므로 초임계사이클을 구성해야 하며 높은 외기온도에서 효율 저하를 극복하기 위한 parallel compression 및 ejector를 활용한 기술이 적용되고 있다. 유럽을 중심으로 멀티팩 중앙 냉동시스템에는 이산화탄소가 광범위하게 사용되고 있으며 캐스케이드시스템을 적용해 에너지효율 향상을 이루고 있다. 이산화탄소를 적용하기 위해 내압성 향상, 시스템효율 향상기술 적용에 따른 비용 증가가 가장 큰 장애 요인이 될 수 있다,

현재 고려되고 있는 친환경냉매는 모두 가연성 또는 고압이라는 약점이 있어 이와 관련된 규제나 표준, 지원 정책 부재는 친환경냉매 전환에 가장 큰 걸림돌이 될 수 있다. Low GWP 냉매전환을 위한 국제기준에 부합되는 표준 및 기준(ISO 5149, IEC60335-2-40, IEC60335-2-89 등)을 국내 상황에 고려해 능동적으로 적용하는 것도 친환경냉매 적용을 활성화하는데 도움이 될 것이다.

우리나라는 세계 5위의 냉동공조기기 생산국이지만 전체 냉매 중 HCFC와 HFC계열이 95% 이상을 차지하고 있다. 미국과 유럽에 다양한 제품을 수출하고 있는 대기업을 제외하고는 친환경냉매로의 전환에 관심이 부족하다. 특히 냉동·냉장산업계에서는 주로 중소기업들이 관련 제품군들을 제조하고 있어 아직도 HCFC계 제품 또는 High GWP HFC 제품들을 제조, 판매하고 있다. 이에 따라 정부의 규제 및 인센티브정책은 친환경냉매로의 전환에 중요한 역할을 한다. 

전 세계적인 냉매규제에 따라 이들 규제 대상 냉매 사용을 Low GWP냉매로 전환해야 한다. 국내 중소기업 제품의 Low GWP냉매로 전환을 위해서는 기술개발 지원과 인센티브 제공을 검토해 볼 필요가 있다. GWP가 높은 냉매사용을 단계적으로 폐지하는 규제 조치와 함께 친환경냉매 적용에 따른 안전성 확보를 위한 제조비용 증가를 보상할 수 있는 한시적인 세제 혜택, 보조금 제공을 통해 친환경냉매 전환을 촉진할 수 있다.

HFC냉매 감축이 현실화되고 있는 시점에서 ‘HFCs 감축 로드맵’의 초안이 발표되고 협의가 시작된 것은 환영할 만한 일이다. 키갈리개정서의 감축 일정에 따라 설정된 감축목표를 달성하기 위해 쿼터제에 의한 규제뿐만 아니라 정책적인 지원이 시급하다. 감축목표 달성을 위한 다양한 제품군의 Low GWP 냉매로의 전환 일정을 제시하는 것이 필요하다. 친환경냉매의 공급, 사용, 회수, 재활용, 폐기를 위한 종합적인 규제 및 지원 정책이 필요하다.