프레온 대체할 친환경 냉매 찾았다

영국 케임브리지대학과 스페인 카탈루냐공대 공동 연구팀이 네오펜틸글라이콜(Neopentyl Glycol)의 유점성 결정(plastic crystal)이 냉매로 뛰어난 성질을 지니고 있다는 사실을 발견했다고 발표했다.

지금까지 냉매는 가스였지만 새로운 소재는 고체이기 때문에 공기 중에 방출되기 어렵고 더구나 저렴하면서도 환경친화적이기까지 하다. 냉장고나 에어컨 냉매로 이용해온 프레온 가스는 오존층을 파괴해버리는 탓에 지금은 대체 프레온이라는 수소불화탄소(HFC) 가스를 냉매로 이용하고 있다. 하지만 대체 프레온 역시 강력한 온실가스로 환경을 파괴하기 때문에 냉매가 되는 신소재 개발이 요구되어 왔다.

이런 가운데 케임브리지대학 자비에 모야(Xavier Moya) 박사와 카탈루야공대 조셉 루이스 타마릿(Josep Lluís Tamarit) 박사는 가스 냉매를 대체할 신소재로 유점성 결정에 주목했다. 연약한 점성 결정은 구성 분자가 고체처럼 일정하게 줄 지어 있는 반면 마치 액체처럼 분자 방향이 제각각이기 때문에 액체와 고체 중간 상태에 있는 물질이다. 비슷한 물질에 액정이 있지만 액정은 부드러운 점성 결정과는 반대로 분자가 액체처럼 제각가인 반면 분자 방향은 고체처럼 갖추고 있다.

모야 박사는 100마이크로미터 가루로 된 네오펜틸글라이콜 유점성 결정에 압력을 가해 온도 변화를 측정했다. 기존에 사용해온 가스 냉매에 필적할 만한 온도 변화를 보였다고 한다. 가스 냉매도 가압 감압에 의해 압축 팽창하면 흡열과 발열을 하는 성질을 이용해 냉각을 하지만 유점성 결정은 전혀 다른 원리로 온도가 변화한다. 유점성 결정은 압력을 가하고 결정을 구성하는 입자 방향을 갖추고 상전이를 일으키는 급격한 열 변화를 가져올 압력열량효과(barocaloric effect)를 이용해 냉각한다. 또 압력 뿐 아니라 전기와 자력으로 같은 효과를 발생시키는 게 가능하다는 것.

네오펜틸글라이콜은 페인트와 윤활제 합성에 널리 사용되어 안전성이 높고 환경 부하도 작은 물질이다. 또 기체가 아닌 고체이기 때문에 회수나 관리도 비교적 용이하다. 오존층을 파괴하고 온실효과를 초래할 걱정도 없다. 모야 박사는 논문에서 전 세계에서 생산되는 에너지 중 5분의 1이 냉밫이나 냉동 등 냉각에 이용되고 있지만 가스 냉매를 이용한 에어컨이나 냉장고는 효율이 좋지 않다고 지적했다. 고체 냉매가 보급되면 환경 친화적인 냉각 기술이 확립될 것으로 기대를 하고 있으며 앞으로는 케임브리지대학 상품화 부서와 협력해 신기술 실용화를 목표로 하고 있다고 한다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.