이차전지 생산의 핵심인 드라이룸과 반도체·디스플레이 FAB 클린룸에 대한 초고효율화를 위한 R&D가 추진된다.

 

한국에너지기술평가원은 최근 2025년도 에너지기술개발사업 신규 연구개발과제에 △초저습 드라이룸의 에너지 절감을 위한 기술 개발 및 실증 △산업용 고청정 설비 초고효율화 기술개발 및 실증 등을 선정했다고 밝혔다.

 

 

 

초저습 드라이룸 개발·실증

 

Market and Markets의 자료에 따르면 산업용 제습기 글로벌시장은 11억달러로 추정되며 이중 이차전지 드라이룸에 적용되는 데시컨트 제습기는 50% 수준인 5억6,000만달러, 2028년 7억5,000만달러 수준으로 성장이 예상되고 있다.

 

K-배터리 발전 전략에 따르면 국내 배터리기업은 미래시장에서 글로벌 초격차를 이뤄내기 위해 2030년까지 설비(20조5,000억원)와 연구개발(R&D, 20조1,000억원)에 40조6,000억원에 투자하 계획이다.

 

탄소중립과 국가에너지정책 실행을 위해 에너지다소비 산업의 에너지사용량 절감을 위한 정책 지원 시급한 상황이다. 이차전지시장 확대와 함께 초저습 드라이룸에 요구되는 에너지절감기술이 필요하다.

 

이차전지산업은 소재부품이 생산원가 중 70% 이상을 차지하며 주요 원자재가 특정 국가에 편중 및 미국의 인플레이션 감축 법안 등 대외 환경이 열악해 국내 산업 육성 정책이 시급하다.

 

이차전지산업 육성을 위해서는 초저습 드라이룸 제습기가 요구하는 낮은 노점온도를 달성하며 재생에너지절감이 가능한 공조기술과 제습로터를 개발해야 한다.

 

이차전지 생산 시 총 에너지의 43%를 드라이룸에서 소비하고 있으며 드라이룸 제습기의 재생온도는 140℃ 이상이며 재생과정에서 연소열 또는 전기열이 다량 소비되지만 폐열 활용율은 매우 낮기에 재생온도를 낮추고 폐열을 재활용하는 에너지절감기술이 요구된다.

 

글로벌 드라이룸 제습기 선두그룹은 노점온도 -70℃급 제습로터기술을 보유하고 있으나 국내 제조사는 100% 수입에 의존한다. 실제로 선진국 초저습 제습로터 제조사인 SEIBU KIGEN(일본)의 경우 재생온도 140~220℃, 노점온도 –90℃를, MUNTERS(스웨덴)는 재생온도 140~220℃, 노점온도 –70℃를 달성했다.

 

이차전지의 지속적 시장확대와 함께 초저습환경 구현을 위한 초저습 드라이룸시장 확대에 대응하기 위한 기술개발이 시급한 상황이다. 노점온도 -70℃ 제습은 전고체 배터리 양산 시 핵심 공정조건이며 현재 전고체배터리 양산 시점이 2027년경으로 예상됨에 따라 양산시점에 부합하는 기술개발이 필요하다.

 

개발될 초저습기술은 재료, 파운드리, 셀조립 등 이차전지산업의 다각화된 공급사슬분야로 초저습 드라이룸 보급에 예상되며 이차전지 외 디스플레이, 선박, 제약·바이오분야 등 다양한 산업군의 초저습 설비에 적용이 가능할 전망이다.

 

이번 R&D는 초저습 드라이룸시스템의 에너지절감을 위한 국산화 기술 개발 및 수요기업 드라이룸 실증을 통한 기술선진국 제품과 동등한 수준의 초저습 드라이룸 에너지 고효율 설계 모델을 개발하는 것이다.

 

핵심목표는 드라이룸용 노점온도 -70℃ 이하 및 저온 재생(120℃ 이하)이 가능한 국산 제습로터 적용시스템 국산화와 단위 풍량(CMM)당 제습시스템 에너지투입량 1.5kW/CMM 이하로 기존대비 20% 개선하는 것이다.

 

고효율/초저습 드라이룸용 저온 재생 로터 국산화를 위해 △저온 재생(노점온도 –70℃, 재생열 온도 120℃이하) 제습 로터기술 △재생열 생산 고온 히트펌프 및 하이브리드시스템 △초저습 드라이룸 적합 에너지관리기술 △초저습 드라이룸 제습시스템 실증 등이 진행될 예정이다.

 

이를 통해 실제 산업현장에서 2만CMH급 이상 시스템을 하절기, 동절기, 간절기 포함 실증누적시간 2,000시간을 실증해 사업화 및 시장진출 능력을 확보해야 한다.

 

이번 R&D는 정부출연금은 150억원으로 45개월 이내 이뤄지며 올해 연구개발비는 22억원이다.

 

 

클린룸 초고효율화

 

에너지다소비설비의 고효율화와 함께 국가 대표산업의 에너지원단위 경쟁력 확보를 위한 지원이 필요한 상황이다. 미국, 대만, 일본 등에서는 자국의 반도체 및 디스플레이 제조사에 대해 전폭적으로 지원하고 있다.

 

반도체 FAB설비 에너지소비의 40%를 차지하는 클린룸 공조시스템은 반도체 제조사의 생산 경제성 향상 및 경쟁력 제고를 위해서는 클린룸 공조시스템의 탈탄소화와 효율향상이 시급한 상황이다.

 

Global Market Insight 자료에 따르면 세계 클린룸시장 규모는 2023년 55억달러에서 2032년 103억달러로 연평균 6.1% 성장이 예상된다. 소모성이 아닌 설비(Equipment) 관련 시장 규모는 2022년 기준 22억달러에 이르며 전체 클린룸시장의 40%를 차지한다.

 

반도체 FAB설비 에너지소비의 40%를 차지하는 클린룸 공조에너지 사용량 절감은 반도체부문의 경쟁력 향상에 기여 중이며 삼성전자는 2024년 D램 시설투자액을 전년대비 9.2%, 올해는 약 38% 증가할 전망이다.

 

이번 R&D는 반도체 및 디스플레이 FAB 클린룸을 위한 공기조화 및 에너지계통에 대해 높은 에너지효율의 핵심 기자재와 최적 설계 및 제어기술들을 적용해 에너지관리 초고효율화를 달성하고 실증단계까지 추진한다. 핵심목표는 △반도체 및 디스플레이 FAB 클린룸을 위한 공기조화 및 계통의 에너지사용량 절감률 20% 이상 향상(도입공기량 1,000CMM당) △시스템 규모 6만CMH(1,000CMM) 이상(클린룸 순환풍량의 20% 기준) △청정도 ISO등급 3(1,000Class, 0.1㎛) 이하 △실증운전 누적 5,000시간 이상(하절기, 동절기, 간절기 포함) 등이다.

 

이를 위해 △외조기 및 냉난방, 가습·제습 에너지관리 계통에 대한 최적 설계, 부하변동에 따른 에너지절감 실증 △클린룸 공조용 차세대 고효율 외조기 △클린룸 에너지 관리 계통의 최적 설계 및 제어 알고리즘 등을 개발해 테스드베드 구축을 통한 기술적 검증이 이뤄진다.

 

연구개발기간은 45개월 이내이며 총 정부출연금 150억원 이내다. 올해 정부지원연구개발비는 22억원 내외다.