선유이앤씨(대표 구연걸‧이동건)는 기계설비, 소방설비 및 냉동·냉장분야에 풍부한 경험과 노하우를 갖춘 전문기업으로서 컨설팅, 설계, 시공 및 진단분야에 특화된 기업이다.
특히 ESG경영 및 열에너지분야 기술개발을 위해 기술연구소를 설립, 미활용에너지 활용기술, 친환경냉매 적용기술, 수전해기술을 이용한 그린수소 생산기술 개발 등 친환경에너지 활용기술을 실용화, 상용화하는데 노력하고 있다.
선유이앤씨는 최근 과학기술정보통신부가 발주한 ‘액화가스 냉열을 이용한 데이터센터 냉각시스템의 개발 및 성능평가’ 연구과제에서 주관기관을 맡았다. 이동건 선유이앤씨 대표를 만나 LNG냉열 적용을 위한 데이터센터(DC) 현황과 이번 R&D 특징 및 주안점에 대해 들었다.
■ LNG냉열은 무엇인가
LNG는 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)를 말한다. 천연가스를 대량으로 수송하거나 저장하기 위해 메탄이 주성분인 천연가스를 –162℃로 냉각함으로써 액화시켜 부피를 1/600로 압축시킨 무색 투명한 액체다.
-162℃, 1기압 상태의 LNG 1kg을 0℃, 1기압 기체로 변화하려면 약 약 200kcal의 열이 필요하다. 기화 시 주변열을 200kcal/kg 흡수하는데 해당 열량만큼 냉열을 방출하는 것과 같은 의미다. 이것을 LNG냉열이라고 칭한다.
LNG냉열 이용기술은 LNG를 기화시키는 과정에서 해수와 공기 중으로 무의미하게 버려지는 냉열에너지를 재활용하기 위한 기술을 의미한다.
■ 국내 DC현황은
국내에서 2027년까지 약 34개 신규 상업용 DC 프로젝트가 추진 및 계획 중이다. 신규 프로젝트로 인한 투자액은 약 14조원 이상에 달할 것으로 기대된다.
특히 우리나라는 클라우드시장 잠재력이 가장 큰 국가 중 하나로 글로벌 및 국내 CSP(Cloud Service Provider) 시장확대를 위한 DC확보가 활발한 상황이다. 또한 한국의 AI 및 빅데이터 시장 역시 빠르게 성장 중이며 데이터트래픽도 꾸준히 증가 중이어서 DC에 대한 수요는 줄지 않을 것이다.
■ 이번 R&D 참여배경 및 역할은
에너지절감, 에너지신사업 육성, 탄소중립 및 국가온실가스 감축목표 달성에 기여하기 위해 연구에 참여했다.
선유이앤씨는 앞서 미활용 LNG냉열을 회수해 냉동물류창고에 활용하는 기술을 상용화한 연구에 참여했던 경험이 있다. 이를 바탕으로 이번 R&D 성공에 기여할 방침이다. 또한 이번 연구를 통해 공기액화분리, 액화탄산 및 드라이아이스 제조, 저온분쇄산업 등 다양한 LNG냉열이용산업에 적용가능한 기술노하우를 축적하고 상용화 기술을 개발할 계획이다.
선유이앤씨는 이번 연구의 주관기관으로 참여한다. LNG냉열 잠열방식의 냉각시스템을 실질적으로 개발하게 되며 에탄 및 CO₂ 냉매분석, 시제품 설계 및 제작, 실증사이트 구축 및 운영 등 전반에 주도적으로 참여한다. 이를 통해 국내 특허출원 6건, PCT(해외특허출원) 3건 등 정량적 성과를 내는 것도 목표로 삼고 있다.
특히 냉각시스템 설계 및 시제품 제작과 관련해서는 33RT급 냉각시스템이 탄생하게 된다. 이를 위해 LNG, 냉매 열교환기 시작품을 제작하고 냉동사이클 해석방안을 도출해야 하며 고효율 열교환기 설계에 따른 열물성치를 파악해야 한다. 또한 LNG, 냉매 열교환기 타입선정과 기본설계를 수행하고 기존 구성요소의 사양을 고려한 냉동사이클 해석이 진행될 예정이다. 이와 함께 시제품 제작 후 무부하로 시험운전함으로써 자체 성능평가를 수행하게 된다.
■ LNG냉열 관련 역량은
선유이앤씨는 LNG와 냉매의 운전조건별 물성치 등 특성을 이해하고 있으며 전체 시스템을 설계할 수 있는 역량을 보유했다. 국내 최초로 LNG냉열을 회수 및 이용하는 저온물류센터를 개발했으며 시공에도 참여함으로써 많은 노하우를 보유하고 있다.
개인적으로 다수의 논문과 저서를 집필한 경험을 갖고 있다. △미활용 LNG냉열 이용기술(2015년) △신재생에너지 저온냉열 이용기술(2015년) △LNG발전의 냉‧온열을 활용한 선박해양용 융복합 냉난방시스템(2018년) △LNG발전과 냉‧온열 이용기술 사례(2019년) △냉동‧냉장창고의 LNG발전과 냉‧온열 이용기술(2020년) △LNG냉열의 가치와 활용기술(2022년) 등을 주요활동으로 꼽을 수 있다.
이와 관련된 원천 특허기술도 보유했다. △LNG 액화가스 기화열을 이용한 물류창고 냉각시스템 △LNG를 열원으로 하는 수소연료전지에 의한 전기, 냉‧온열, 건조열 및 이산화탄소 제조시스템 △효율적인 제상운전이 가능한 복합식 냉각시스템 △효율적인 제상운전이 가능한 액펌프식 냉각시스템 △효율적인 제상운전이 가능한 사이폰식 냉각시스템 등의 특허가 등록돼있다.
■ R&D 기대효과 및 연도별 진행계획은
DC는 대표적인 전기에너지 다소비시설이다. 기존에 사용되던 전기식 냉동기 대신 LNG냉열을 쿨링에 이용할 수 있다면 전기사용량 및 탄소배출량을 획기적으로 절감할 수 있는 솔루션을 확보할 것으로 기대된다.
LNG냉열은 대표적인 미활용에너지다. LNG를 도시가스로 사용하기 위해 기화하는 과정에서 막대한 양의 에너지가 무효하게 해수와 공기 중으로 버려지고 있다. 일부 냉동창고 등에 활용되고 있지만 대부분은 쓸모없이 흩어지고 만다. 이러한 에너지를 꼭 필요한 곳에 활용함으로써 지구환경, 산업발전, 경제성장에 기여할 수 있다.
특히 이러한 기술을 상용화할 수 있다면 국가적인 탄소중립 목표달성은 물론 DC 테넌트의 ESG경영, RE100 등에도 도움을 줄 수 있다.
1차연도인 올해는 각 요소기술을 개발하며 냉각시스템 설계 및 시제품 제작을 완성하게 된다. 2차연도인 2024년에는 실증사이트 구축 및 성능검증이 진행된다.
실증은 △충북IDC 오창분원 2관 △충주DC △카카오 안산DC △경기TP DC 등 다양한 실증 사이트 후보지를 대상으로 최적의 실증을 위해 검토 및 협의 중이다. 최종 선정된 실증사이트에 개발된 냉각시스템을 구축해 실증 및 성능평가를 진행할 계획이다.
연구결과로 개발된 LNG냉열 활용기술은 DC 쿨링뿐만 아니라 스마트팜, 빙상스포츠, LNG연료 추진선박 냉동‧냉장물류시스템 등으로 확장이 가능하다. 모쪼록 이번 기술개발을 통해 미활용 LNG냉열 이용기술이 냉열을 꼭 필요로하는 다양한 산업에 확대적용될 수 있는 토대가 되기를 바란다.
■ LNG냉열은 무엇인가
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