탄소중립을 위한 핵심기기 ‘히트펌프’, 주력산업화 지원 필요

-에너지 효율 향상, 지속 가능성 측면에서 성장 가능성 큰 분야로 주목 -

□ 세계적인 기후위기에 대한 우려와 탄소중립 달성에 대한 절실함이 커지는 가운데, 히트펌프 분야에 대한 지원이 중요하다는 제언이 나왔다. 

□ 과학기술정보통신부 산하 한국기계연구원(원장 류석현, 이하 기계연)은 히트펌프 시장과 정책 동향, 주요 분야별 전략 품목을 담은 기계기술정책 제116호 ‘산업용 히트펌프 동향과 대응 방향’을 발간했다. 

□ 히트펌프는 저온 열원에서 열을 흡수하여 고온 열원으로 옮기는 친환경 기기로, 화석연료 의존 감소, 에너지 효율 향상, 지속 가능성 측면에서 성장성이 크며, 탄소중립을 위한 핵심 기기로 주목받고 있다. 공기·하천·폐수·폐열 등 미활용 에너지나 지열·태양열 등 신재생 에너지를 고급 에너지로 바꾼다. 

□ 연구진은 출연연의 역할과 산업계와의 시너지를 고려하여 ▲산업용 히트펌프 ▲카르노 배터리 ▲미활용 에너지 히트펌프 ▲열에너지 네트워크 4개 분야를 히트펌프의 주요 기술 분야로 선정하고, 각 분야별로 기술 동향과 이슈를 분석하여 전략 품목을 도출했다. 

□ 산업용 히트펌프는 폐열이나 미활용 열원으로 산업공정에 필요한 100℃ 이상 고온 증기를 생산하여 공급하는 기기다. 전략 품목으로 스크류 압축기 적용 중소 규모형 산업용 스팀 히트펌프, 대용량 터보 히트펌프 MVR(Mechanical Vapor Recompression) 적용 산업용 히트펌프를 도출했다. 

□ 카르노 배터리는 대량의 잉여전력을 300℃ 이상 고온 열에너지로 저장했다, 필요 시 전력으로 바꿔 고온열 수요-공급의 완충 역할을 하는 기술이다. 전략 품목으로 자연냉매 활용 고온 히트펌프 시스템, 고온 고체 열저장 기술, 카르노 배터리 장주기 ESS(Energy Storage System) 기술이 있다.

□ 미활용 에너지 히트펌프는 열 회수 시스템이 추가된 것으로, 열원 특성과 수요처 온도 영역을 고려하여 열을 공급한다. 재생열원 하이브리드 Low GWP(Global Warming Potential) 냉매 히트펌프, 자연냉매 냉각장치 활용 수열·지열 하이브리드 데이터 센터 냉각 시스템을 전략기술로 제시했다.

□ 열에너지 네트워크는 열에너지 생산-수요 불균형을 넘어 에너지 이용 효율을 높이는 기술로, 단순한 열에너지원 공유를 넘어 에너지 거래 개념까지 확장 가능하다. 산업폐열을 이용한 열에너지 거래기술 개발 및 열에너지 네트워크 실증을 핵심 전략으로 꼽았다. 

□ 히트펌프는 기존의 열공급 시스템을 대체하는 고효율·친환경 에너지 전환 기술로 주목받고 있다. 연구진은 히트펌프 유망 기술 분야의 국산화 개발과 미래 시장을 대비한 원천기술의 선도적 개발이 필요하다고 강조했다. 또한, 열교환기나 압축기 등 히트펌프 핵심 부품에 대한 기술적 강점을 바탕으로 산·학·연이 협력하는 히트펌프 실증으로 생태계 강화가 필요하다고 덧붙였다.

□ 특히, 기계연 기계정책센터 이지은 선임연구원은 “냉·난방 중심에서 비주거용 히트펌프로의 시장 확대가 예상되는 아시아, 소형 보일러에서 히트펌프로의 전환으로 성장성이 큰 유럽 시장에 대한 선점 노력이 필요하다”고 말했다. 

□ 한편, 기계연 히트펌프연구센터는 ‘세상의 모든 열을 움직이는 히트펌프연구센터’라는 슬로건 하에 열에너지 토탈 솔루션 제공을 목표로 4개 워킹그룹(시스템 연구, 핵심기자재 기술, 히트펌프 응용 및 혁신, 열에너지 변환)과 2개 운영그룹(히트펌프 로드맵, 대외협력·홍보)으로 연구하고 있다. 2040년까지 단·중·장기 전략품목별 실천과제를 담은 ‘히트펌프 기술개발 로드맵’을 수립할 예정이다. 

□ 기계연은 기계산업 동향을 분석하고 정책을 제안하는 전문지식지 ‘기계기술정책’을 매년 3회 이상 발간하고 있으며, 기계연 홈페이지에서 정기구독 신청 및 다운로드를 할 수 있다.