- 탄소중립 기여하는 친환경 에너지 기술 확보 -

- 기계연, 네온 브레이튼 극저온 냉각 시스템 개발 및 2 ㎾ 출력 - 

과학기술정보통신부 산하 한국기계연구원(원장 박상진, 이하 기계연)이 네온을 작동유체로 하는 브레이튼 극저온 냉동기 시스템의 원천기술을 확보하고 출력 실증에도 성공했다. 극저온 냉동기 시스템을 직접 구성하고 실제 출력에 성공한 것은 국내에서 처음이다.

기계연은 이번 극저온 냉동기 시스템 개발 및 실증 성공으로 현재 전량 외산에 의존하고 있는 극저온 냉동기 시스템의 국산화를 위한 발판을 다지게 됐다. 또한, 이 기술을 활용하면 천연가스, 수소가스 등을 더 효율적으로 액화할 수 있어 친환경 에너지 활용 확대에도 기여할 것으로 기대된다.

기계연 에너지변환기계연구실 염한길 책임연구원 연구팀은 국내에서 처음으로 네온가스를 작동유체로 하는 브레이튼 냉동기 시스템을 개발하고 영하 200℃의 극저온에서 2 ㎾ 출력 실증에 성공했다. 

브레이튼 극저온 냉동기에 헬륨대신 네온을 작동유체로 이용하여, 고속으로 회전하면서 작동유체를 팽창시켜 극저온 조건을 만들어 주는 팽창기의 회전속도를 헬륨에 비해 1/3 수준으로 낮춤으로써 더욱 효과적인 극저온 생성뿐만 아니라 전체 시스템의 안정성과 수명도 향상시킬 수 있다.

연구팀은 현재 전량 외산 기술로 운용되고 있는 국내 LNG 운반선에 우리 기술로 만든 극저온 냉동기 시스템을 운용할 수 있도록 후속연구를 통해 10 ㎾ 출력 실증에 도전할 계획이다.

또한, 개발된 극저온 냉각기술을 세계 최고 수준의 국산 초전도 케이블 시스템에도 활용함으로써 케이블 코어(core), 극저온 냉각장치, 부대시설은 물론 설치와 운영까지 초전도 케이블 시스템의 토탈 솔루션을 제공할 수 있는 기반도 마련하게 됐다.

아울러 작동온도를 친환경 연료인 수소가스 액화(영하 253℃)에서 천연가스 액화(영하 162℃)온도까지 확대할 수 있어 LNG 분야의 기술 경쟁력 강화와 수소사회 조기구현에도 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

기계연 에너지변환기계연구실은 극저온기계/터보기계 전문연구실로 특히, 극저온 연구팀은 K1전차 전차장 열상장비 냉각용 스터링 냉동기, 대전차 미사일(현궁) 적외선 센서 냉각용 줄-톰슨 냉동기, 진공동결 건조기용 초저온 냉동기 개발을 성공적으로 수행하는 등 극저온 분야에서 국내 최고의 연구역량을 갖추고 있다. 이런 점을 인정받아 앞선 2019년 12월에는 과기부 선정 터보기계·극저온기계 분야 국가연구실 (National Lab)에 지정됐다.

에너지변환기계연구실 염한길 책임연구원은 “개발된 브레이튼 극저온 냉동기 기술을 기반으로 천연가스, 수소가스 액화 효율을 크게 개선하여 친환경 에너지 활용을 확대하는 데 크게 기여할 것”이라며 “향후 터보압축기, 극저온 팽창기 등의 핵심 기계를 국산화하고 시스템 용량을 출력 10 ㎾까지 향상시켜 상용화를 완성하기 위해 노력하겠다”고 말했다.

한편 이번 연구는 기계연 주요사업 ‘미래에너지 대응 극저온 냉각시스템 개발’ 사업의 일환으로 수행됐다.