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스페셜리포트

'온실가스 발포' XPS…R&D로 활로 연다

XPS, BAU 감축목표 3% 배출
업계, "발포제전환 취지 공감"
기술·성능·비용 장애물 넘어야



XPS가 온실가스로부터 벗어나려는 노력이 이어지고 있다. XPS(압출법 유기발포단열재)는 사용온도 70℃ 이하 조건에서 사용할 수 있는 단열재로 폴리스티렌(Polystyrene)을 발포시켜 성형한 압출법 보온판 단열재다. 난연성능, 밀도 등을 조절하기 위해 난연제, 핵제 등을 첨가한다.


균일한 다수의 미세독립기포로 구성되며 EPS(비드법 단열재)와 특성이 유사하지만 밀도는 더 높다. 타공법 대비 체적 내 독립기포의 수가 적고 치밀해 단열효과가 좋은 특성이 있다. KS 기준에 따라 특·1·2·3호로 구분되며 R밸류가 0.027~0.031W/㎡K을 만족해야 한다. 0.031~0.043W/㎡K인 EPS보다 성능이 높다.


또한 수분흡수율도 높은 장점이 있다. EPS 수분흡수율은 1.5%에 비해 0.01~0.05%로 낮아 직접 물이 닿는 부위에 적용해도 단열을 보장할 수 있다.


다만 시간이 지남에 따라 단열재 내부의 발포가스가 새어나가 단열성능이 떨어지는 경시변화가 발생할 수 있다. KS M 3808은 XPS의 장기열전도율을 0.029~0.033W/㎡K 이내로 제한하고 있으며 시험방법은 KS M ISO 11561 B에 따라 생산 후 최소 25년간의 평균 열저항 추정치를 통해 장기열전도율을 계산하게 된다.


온실가스는 XPS 생산과정에서 발포제에 의해 발생한다. 2010년대 이전에는 프레온계열인 HCFC가 100% 활용됐으며 최근에는 HCFC 쿼터제가 시행돼 HFC와 혼합해 사용하고 있다. 다른 분야와 마찬가지로 XPS업계에서도 2030년까지 전량 감축해야 한다.


문제는 HCFC나 HFC 모두 상당량의 온실가스를 배출한다는 점이다. HCFC 규제가 오존파괴지수(ODP)를 규제하는 것이어서 HFC로 전량 전환하더라도 온실가스 배출량을 줄이지 못한다는 점이다.


2016년 기준으로 XPS 발포제를 통한 온실가스 배출량은 약 1,728만톤으로 2030년 국가온실가스 감축목표량인 BAU 5억3,600만톤의 약 3%를 차지한다. 단일산업으로는 상당한 비중을 차지하는 것이다.


이에 더해 2018년 상반기까지 폭발적인 XPS 수요증가가 발생한 점과 최근 몇 년 새 업계에서 생산라인 증설 등을 진행한 점을 감안하면 비중은 더 커질 전망이다.


XPS, 쿼터부담↓
프레온계열인 HCFC는 2010년부터 감축이 추진됐다. 쿼터는 2010년부터 2011년 사용량을 산술평균해서 정하고 이를 기준으로 2013년부터 5.3%씩 줄이기 시작해 지금은 매년 6.3% 감축이 진행되고 있다.


HCFC는 발포제, 냉매로 가장많이 사용하고 있다. 불소화학분분야 기업인 후성에서 R22를 생산하고 있으며 나머지는 전량 수입에 의존하고 있다.


현재 자동차, 반도체분야는 전환됐지만 XPS분야는 진행 중이다. 발포제는 XPS와 PU(폴리우레탄)단열재 기업과 밀접한 이슈이며 XPS는 142b와 R22를 섞어 발포한다.


2015년부터 2017년까지 단열재 수요가 급격히 증가하면서 생산량이 쿼터에 막히는 상황이 발생했다. 먼저 141b를 사용하던 PU기업들이 문제에 직면했다. 발포제 단가가 kg당 1만원대까지 올라가 경제성에 문제가 생겨 사이클로펜탄으로 전환했다.


이에 따라 XPS업계의 숨통이 트이게 됐다. XPS업계는 PU업계의 발포제 전환에 따라 남게 된 141b 수요를 142b나 R22로 치환해서 사용하고 있다.


이후 2018년부터 XPS의 수요감소에 따라 생산량이 줄면서 현재 HCFC 쿼터에는 다소 여유가 생긴 상황이다.


기술·성능·단가 ‘문제’
XPS기업들이 대체로 발포제 전환의 취지에 공감하면서도 당장 전환하지 못하는 것은 △생산기술 부족 △물성저하 △비용증가 등 3가지를 꼽을 수 있다. 먼저 생산기술 측면에서 HCFC, HFC를 사용할 때만큼 셀(cell)구조를 제어하기 어렵고 두께도 얇게 만들기 어렵다.


또한 단열성능, 압축강도 측면에서도 다소 성능저하가 발생하고 있으며 CO₂ 등 자연냉매를 사용하는 경우에는 발포과정에서 셀 내부에 가스가 남아 있지 않게 된다. 이와 같은 특성에 따라 초기와 장기 열전도율 값의 차이가 없어진다는 장점도 있지만 그만큼 초기 열전도율을 만족하기 어렵다는 것이어서 기술개발이 필요하다.


이와 함께 HFO 등 최근 개발된 신냉매는 가격이 비싸 제품단가에 민감한 단열재 시장이 받아들이기 어렵다는 것도 문제다. XPS는 제품마다 성능편차가 적어 가격이 기업경쟁력의 핵심이기 때문에 가격인상 없는 비용증가는 단기적인 수익성악화를 버텨야 한다. 또한 새로운 기술로 제품을 생산할 수 있는 설비투자도 이뤄져야 하기 때문에 업계는 부담으로 인식하고 있다.


기업들도 궁극적으로는 HFC로, 나아가 HFO로 전환하는 것이 필요하다는 입장이기 때문에 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 연구개발, 실증사업을 진행하고 있다.


세경산업은 한국에너지기술연구원과 함께 ‘Non-CO₂ 온실가스 저감기술개발 사업단’을 구성해 발포제 사용에 따른 온실가스를 저감하는 기술개발을 수행하고 있다. 발산되는 온실가스를 포집·분해해 온실가스를 배출하지 않는 물질로 변환하는 기술과 발포과정에서 온실가스를 배출하지 않는 친환경 신발포제를 개발하며 연구과제는 내년 종료된다.


벽산도 해외 컨설팅을 받아 Non-프레온계 발포제를 이용한 XPS 생산기술을 개발하고 있으며 현재 충남 홍성공장에 생산라인을 갖추고 연말까지 기술을 완성시켜 양산한다는 계획을 갖고 있다.