[더팩트 | 구미=정창구 기자] 국립금오공대는 김준영 교수 연구팀이 건물의 탄소 배출을 줄일 수 있는 '다기능 히트펌프 및 에너지 저장 장치'를 개발했다고 밝혔다.
17일 국립금오공대에 따르면 이번 연구는 기존 냉매 기반 냉난방 시스템의 한계를 극복하기 위해 전기에너지 저장 기능과 열에너지 변환 기술을 결합한 차세대 히트펌프 기술이다.
연구 결과는 열·에너지 분야 국제 학술지 '에너지 변환 및 관리'에 게재됐다.
건물은 냉난방과 온수, 냉동 등에 사용되는 에너지로 전체 에너지 소비의 40% 이상을 차지한다. 특히 기존 히트펌프에 사용되는 수소불화탄소 계열 냉매는 지구온난화의 주요 원인으로 지목되면서 친환경 대체 기술 개발 필요성이 꾸준히 제기돼 왔다.
연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 전기 이중층 커패시터를 기반으로 한 '열용량 사이클'을 적용했다.
이는 전기에너지를 저장하면서 동시에 열을 흡수·방출하는 원리를 이용한 기술이다. 기존 냉매 대신 고체 재료의 물리적 변화를 활용하는 친환경 방식이다.
특히 활성탄 전극과 염화리튬 수용액을 활용한 실험에서 충·방전 과정 중 온도 변화를 최대 2.7도까지 끌어올렸으며, 이를 단계적으로 배열할 경우 히트펌프 시스템 전체에서는 약 12도의 온도 차이를 구현할 수 있는 것으로 나타났다.
체적 기준 난방 용량도 세제곱미터당 15킬로와트 수준으로 확인됐다.
이 기술은 기존 대체형 히트펌프 대비 평균 15% 높은 열효율을 확보할 수 있는 잠재력을 갖는 것으로 평가된다.
또 비교적 풍부한 소재를 활용해 비용 경쟁력과 친환경성을 동시에 확보했다는 점에서도 의미가 크다.
무엇보다 냉난방 기능과 전기에너지 저장 기능을 하나의 장치에 통합할 수 있어 건물 에너지 관리 효율을 크게 높일 수 있을 것으로 기대된다.
김준영 교수는 "히트펌프는 탄소중립 시대의 핵심 기술로, 향후 냉난방 수요가 급격히 증가할 것으로 예상된다"며 "이번 연구는 친환경·고효율을 동시에 달성할 수 있는 차세대 에너지 시스템으로서 의미가 크다"고 말했다
이번 연구는 국립금오공대와 미국 국립연구기관 연구진이 참여한 국제 공동 연구로, 국립금오공대와 미국 에너지부 산하 연구기관의 지원을 받아 수행됐다.
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