[인더스트리뉴스 최정훈 기자] 전량 해외로부터 사서 쓰던 LNG운반선의 핵심 원천기술을 우리나라가 독자적으로 개발·실증에 성공하면서 자국 양산체제 전환을 위한 기반을 마련했다. 

과학기술정보통신부 산하 한국기계연구원(원장 박상진, 이하 기계연)이 네온을 작동유체로 하는 브레이튼 극저온 냉동기 시스템의 원천기술을 확보하고 출력 실증에도 성공했다고 12월 17일 밝혔다. 우리나라에서 극저온 냉동기 시스템을 직접 구성하고 실제 출력에 성공한 것은 이번이 처음이다.

이 기술은 천연가스, 수소가스 등을 더 효율적으로 액화하는데 활용될 수 있다는 점에서 더욱 빛을 발한다. 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 이용해, 고속으로 회전하면서 작동유체를 팽창시켜 극저온 조건을 만들어 주는 팽창기의 회전속도를 헬륨에 비해 1/3 수준으로 낮춤으로써 더욱 효과적인 극저온 생성을 구현할뿐만 아니라 전체 시스템의 안정성과 수명도 향상시킬 수 있다.

연구팀은 현재 전량 외산 기술로 운용되고 있는 국내 LNG운반선에 우리 기술로 만든 극저온 냉동기 시스템을 운용할 수 있도록 후속연구를 통해 10 ㎾출력 실증에도 나선다는 방침이다.

기계연 관계자는 “이번 시스템은 연안을 항해하는 소형 LNG운반선에 활용 가능하다. 나아가 LNG 주요 생산지인 중동 해역을 주무대로 삼는 선박과 수요처인 한국, 일본을 오가는 중대형 선박에 적용하기 위해서 출력을 더욱 높여야 하므로, 이를 위해 향후 냉동출력 10㎾ 달성을 목표로 후속 연구를 진행할 계획이다”고 밝혔다. 

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.

기계연은 이번 기술이 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 기대하고 있다.

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 분야 국내 최고 연구역량을 갖추고 있다. 이런 점을 인정받아 앞선 지난해 12월에는 과학기술정보통신부 선정 터보기계·극저온기계 분야 국가연구실(National Lab)에 지정됐다.

기계연 관계자는 “개발된 브레이튼 극저온 냉동기 기술을 기반으로 천연가스, 수소가스 액화 효율을 크게 개선해 친환경 에너지 활용을 확대하는 데 기여할 것”이라며, “향후 터보압축기, 극저온 팽창기 등의 핵심 기계를 국산화하고 시스템 용량을 출력 10㎾까지 향상시켜 상용화를 완성하기 위해 지속 노력을 경주하겠다”고 말했다.

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