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CO2 증기압축 시스템에서의 공정 및 설계의 문제점(Fundamental process and system design issues in CO2 vapor compression systems)

전문가 제언: □ CO2는 인간을 비롯한 생물체의 호흡 작용으로 자연적으로도 발생하지만 인간의 경제활동으로 화석연료의 연소가 산업혁명 이전인 1870년대 280 ppm에서 1990년 353 ppm으로 26%나 되는 대기 중 CO2 증가의 주 원인이다. 본문에서 지적한대로 HFC에 비교하면 단위당 온실효과는 미미하지만 CO2도 교토 의정서가 지정한 온실가스이며 공기 중 가장 함량이 높은 온실가스여서 세계적 감축운동에 주 목표가 되고 있다.

○ 대기 중 CO2 감축으로 여러 가지 방안이 도출되고 있으나 그 중에 경제적으로 또 기술적으로 타당성을 가진 대책은 아직 나오지 않은 실정이다. 분리회수와 해양, 대수층(帶水層), 또는 지층으로 격리를 말하고 있으나 비용문제와 장기적으로 환경에 미치는 영향은 아무도 장담하지 못하고 있다.
- 그 중 가장 경제성 있는 방안이 이미 발생한 CO2를 수집하여 재이용하는 것이다. 본문에서 제시한 CO2 증기 압축 시스템도 CO2 재이용의 우수한 하나의 기술이 될 수 있다는 점에서 본문과 다른 각도에서 본문을 분석해 보았다.

□ 본래 CO2는 암모니아와 다른 탄화수소와 함께 염화불화탄소(CFC)를 합성하기 전에 냉동 등에 많이 이용되던 냉매였다. 특히 CO2는 다른 오래된 냉매와 달리 독성이 거의 없고 불에 타지 않는 장점이 있었다. 예를 들어 암모니아는 인구 밀집지역에서 누출되는 경우 그 혼란은 감당할 수 없을 정도였다.

○ 그러다가 CFC가 합성되어 시장에 등장하자 가장 우수한 냉매로서의 위치를 단번에 차지할 수 있었다. 낮은 압력에서 가동되는 열역학적 우수성 외에 비가연성이며 무독성이고 또 오랜 가동에도 화학적으로 안정되어 “인간이 만든 가장 완벽한 물질”로 인간의 사랑을 받아왔다. 냉매 외에도 세정제 등으로 새로운 용도도 개척되어 왔다.
- 그러나 NASA가 관측한 남극 위 성층권 오존층의 구멍이 CFC의 운명을 바꾸어 놓았고 무해하고 유용한 물질에서 공해물질로 전락하게 되었다. 태양에서 복사되는 치명적인 자외선을 막아 지구를 보호해 주는 오존층이 파괴의 원인이 폐냉장고 등에서 유출되는 CFC임이 밝혀져 몬트리올 의정서에서 이 물질의 생산, 사용 및 판매를 점차적으로 금지하게 된 것이다.

□ 이에 대한 대안으로 나온 냉매 화합물이 염소가 없는 HFC이다. 이는 우리나라의 KIST도 합성에 성공한 바가 있다. 그러나 이 화합물은 온실효과가 CO2에 비하여 3차원이나 큰 온실가스라는 점이 밝혀지며 이의 사용금지가 다시 논의되게 되었다.

○ 이것이 옛 냉매인 CO2가 다시 냉동장치로 돌아오게 된 경위이다. 열 흡수원의 온도가 높고 압력이 높은 단점이 있으나 그 동안 기술의 발전이 엄청남으로 모든 문제를 해결하고 CO2가 냉매로서의 위치를 다시 차지하는 날이 올 것이라 생각한다.

저자: Kim, MH; Pettersen, J; Bullard, CW
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