CFC/HCFC 사용 규제 및 대체 냉매, 증기압축식시스템기타 기술 자료, 냉동(냉수) 시스템 요소기술

 

6) CFC/HCFC 사용 규제 및 대체 냉매

 

가. 몬트리얼 의정서

 

o CFC/HCFC 화합물은 우수한 열역학적, 화학적 성질과 높은 안정성 등으로 인해 지난 반 세기 동안 여러 분야에서 다양하게 사용되었다. 그런데 1974년 Rowland 및 Molina가 CFC계 화합물이 성층권의 오존층을 붕괴한다는 이론을 발표한 이래, 이러한 가설을 증 명하는 항공관측이 이루어졌으며 국제환경기구인 UNEP를 중심으로 1987년에 몬트리얼 의정서를 제정하여 전세계적으로 CFC의 사용 및 생산의 규제에 대한 법적인 기준의 틀 을 마련하였다.

 

o 오존층 붕괴의 주된 이유로는 CFC가 염소를 함유하고 있다는 사실과 이 화합물이 시스 템 외부로 누출되었을 때 그 구조의 안정성이 크므로 파괴되거나 소멸되지 않고 약 100 년 정도의 오랜 기간 동안 존재한다는 사실이다. 즉, 대기 중으로 방출된 CFC/HCFC는 화학적으로 안정되어 분해되지 않고 성층권에 도달하며, 태양의 자외선에 의해 그 화학 적 구조가 분해된다. 이 때 분해된 구성원자 중에서 염소는 오존과 반응하여 일산화염소 를 생성시키고, 또한 촉매반응에 의하여 염소는 다시 분리되어 다른 오존과 반응하며 염 소원자가 불활성화되거나 안정한 대류권으로 돌아가기까지 계속해서 오존층을 파괴하게 된다. 이러한 성층권 오존층 파괴는 지구 표면에 도달하는 유해한 자외선의 양을 증대시 킴으로 인류와 생태계에 중대한 영향을 끼칠 수 있다.

 

o 오존층 붕괴와 더불어 인류가 안고 있는 또 하나의 커다란 환경문제는 지구온난화현상 이다. 지구온난화를 일으키는 주요 인자는 석탄, 석유 및 천연가스의 연소시 발생되는 이산화탄소이지만, 미량 가스인 메탄, 산화질소 및 CFC의 영향도 무시할 수 없다. 특히, CFC는 이산화탄소와 비교해서 수천/수만 배의 적외선 흡수능력을 가지고 있고 대기 중 에서 수명이 길기 때문에 이로 인한 문제가 심각하다 할 수 있다. 기본적으로 지구온난 화를 방지하기 위한 대책은 온난화가스의 생성 및 방출을 줄이는 것이다.

 

o 지구온난화에는 냉매 자체로 인한 직접효과와 냉동/공조기를 구동하기 위한 전력 생산 시 발생하는 이산화탄소로 인한 간접효과가 있다. 따라서 온난화지수가 낮은 냉매를 사 용하였지만 시스템의 에너지 성능(COP, EER, SPF, SEER)이 기존 시스템에 비해 저하되었 다면, 직접 효과는 줄겠지만 에너지 소비가 늘어나므로 간접효과는 늘어나게 된다. 냉동 /공조기의 경우에는 간접효과가 직접효과보다 훨씬 커서 전체 효과의 95% 이상을 차지 한다. 그러므로 온난화 문제를 해결하기 위해서는 에너지 효율의 증대에 큰 관심을 기울여야만 한다.

 

o 전 세계의 많은 국가들은 CFC 화합물에 의한 지구환경문제를 국지적인 논의나 규제만으 로 해결할 수 없다는 인식을 하게 되었고, 1985년 3월에는 오존층 보호를 위한 비엔나 조약을 체결하여 국제적 협력의 기본 틀을 마련하였다. 그 후 국제보건기구 회의(1985 년), 미항공우주국(NASA) 보고서(1986년) 등은 오존층 파괴와 온실효과의 원인 중 CFC 의 비중이 상당하다고 보고하였으며, 1987년 3월에는 오존층 파괴물질의 생산, 사용 및 무역을 금지시키는 것을 주요 내용으로 하는 몬트리얼 의정서가 세계 24개국과 구주공 동체 등에 의해 조인되었다. 이 의정서에서는 일부 CFC의 연차적 생산감소계획을 수립 하였고, 비가입국의 규제대상물질과 규제대상물질이 함유된 제품에 대한 수출 및 수입 규제를 결정하였다. 1990년 6월의 런던 회의에서는 종래의 계획을 수정하여 모든 CFC를 규제할 것을 결정하였고, 2000년 이후에는 CFC의 생산을 중단하고 사용을 규제하도록 하였다. 1992년 11월 코펜하겐에서 열린 제 4차 몬트리얼 의정서 가입국 회의에서 CFC 의 소비 및 생산규제의 일정을 앞당겼고, 경과물질로 규정한 HCFC도 규제대상에 포함시 켰다. 그 결과 선진국의 경우에는 1996년 1월 1일 이후로 CFC의 생산이 중단되었고, 개 발도상국은 10년간의 유예기간을 갖고 2020년 11월 CFC를 전폐하게 되었다.

 

 

나. 대체냉매의 개발

 

o CFC/HCFC의 대체냉매는 앞서 열거한 바와 같이 우수한 열역학적, 물리화학적 특성을 가짐과 동시에 환경친화적이어야만 한다. 다시 말해, 궁극적으로 채택될 대체냉매는 1) 에너지 효율이 높아야 하며, 2)ODP가 0이고, 3)GWP가 낮아야 하고, 4)독성 및 가연성이 없어야 한다.

 

o 1987년 McLinden과 Didion 등은 현재 인류가 개발한 860종의 산업용 액체 중 냉매의 기준조건을 만족하는 물질은 51개가 있으며 그 중 가연성과 유독성이 높은 물질을 제외 하면 단지 20여 개만을 냉매로 쓸 수 있다고 보고하였다. 메탄계 및 에탄계 할로카본 화 합물 중에서 독성 및 가연성이 없으며, CFC가 아닌 냉매는 R22, R23, Rl34a, R123, R124 및 R125 등 소수가 있다. 이 중에서 R22, R123 및 R124 등은 HCFC이므로 규제대상이 며 또한 R23은 HFC이지만 열역학적 성질이 좋지 않아 냉매로 활용하기 어렵다.

 

o 이상에서 살펴본 것처럼 할로카본 중에서 대체냉매로 사용할 수 있는 HFC 순수냉매는 극히 제한되어 있다. 그러므로 2개 또는 3개의 순수물질을 적절한 조성비로 혼합하여 순 수물질이 가지고 있는 단점을 보완하여 좋은 환경지수를 나타낼 수 있는 혼합냉매가 대 체냉매로 많이 개발되었고 연구되고 있는 실정이다.  ­

 

① 가정용 냉장고 및 자동차 에어컨 등에 널리 사용되어온 R12를 대체할 수 있는 냉매로는 Rl34a, R152a 및 사이클로 프로판(RC270) 등이 있다. ­

② 저온냉매로 주로 많이 사용되고 있는 R502의 대체냉매로는 R404A 및 R507 등의 HFC 혼합냉매가 고려되고 있다. ­

③ 열펌프 및 각종 공조기기에 사용되고 있는 R22의 대체냉매로는 R32를 포함한 HFC 혼합냉매들이 고려되고 있으며 이에 대한 많은 연구가 진행중이다. R22 대체냉매로서 고려되고 있는 주요 HFC 혼합냉매로는 R407C 와 R410A 등을 들 수 있다. ­

④ 이 외에도 많은 종류의 혼합냉매 및 자연냉매에 대한 연구가 진행중이며, 제3세대 대체냉매로 탄소, 불소, 수소 이외에 산소, 질소, 요오드, 규소 등이 더 포함되어 환경친 화성이 높은 화합물에 대한 연구가 활발히 진행중이다. 끝으로 냉매의 특성 및 데이터 에 관하여 좀더 자세한 정보를 원한다면 ASHRAE 핸드북을 참조하기 바란다.

 

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