늦은 밤, 야근하고 집에 돌아온 초록이가 소파에 몸을 던집니다. 얼굴에 피곤이 가득하네요. 저녁 먹기 전에 급한 대로 당을 충전해야겠다는 생각에 부엌으로 향하는 강초록. 냉동실 문을 열고 아이스크림을 꺼내 먹으려고 하는데, 이게 웬걸! 아이스크림이 다 녹아버렸네요. 냉장고가 고장이 났나 봅니다. 내일 똑똑하고 야무진 친구 철석이랑 같이 냉장고를 사러 가야겠어요.
l 에너지 효율 높은 냉장고, 그 비밀은?
철석아 여기야! 냉장고 고르는데 같이 와줘서 고마워~ 가전제품을 만드는 데 안팎으로 빠질 수 없는 소재가 스틸 아니겠어? 스틸 전문가인 네가 어쩐지 똑똑하게 잘 골라줄 거 같더라고! 이번엔 튼튼하면서도 저탄소 고효율의 친환경적인 냉장고를 사려고 해.
친환경적인 냉장고라.. 그럼 으뜸 효율 가전제품을 사면 되겠다. 1등급 제품은 5등급 제품보다 30~40%의 에너지를 절감할 수 있다고 하니까, 꼭 1등급 제품으로 사자!
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오! 그럼 전기 요금도 많이 절약할 수 있겠네. 예전엔 가전제품들이 전기를 많이 먹어서 사놓고도 제대로 쓰지는 않고 신줏단지 모시듯 했는데.. 요즘은 1,2 등급 에너지 효율 제품들이 많아서 그런 걱정이 확 줄어든 것 같아. 그런데 똑같이 생긴 가전제품인데.. 에너지 등급은 왜 차이가 나는 거지?
그 비밀은 바로 컴프레서(compressor)에 있어! 다 같은 제품이라도, 그 속에 어떤 컴프레서를 쓰느냐에 따라 에너지 효율이 달라지거든. 냉장고, 건조기가 소모하는 에너지의 70% 가량을 컴프레서가 차지한데. 심장이 우리 몸에 피가 흐르게 하듯, 가전에 냉매를 흐르게 하는 게 컴프레서이기 때문에, 컴프레서는 ‘가전의 심장’이라고 불려.
컴프레서라고 들어는 봤지만 그렇게 많은 제품에 사용되는 줄은 몰랐네. 컴프레서가 정확히 어떤 역할을 하길래 그렇게 다양한 곳에 쓰이는 거야?
▲ 컴프레서 이미지 (출처=LG전자)
냉장고를 예로 들자면, 냉장고는 내부를 시원하게 하기 위해서 냉매를 기화시키고 그걸로 열을 빼앗거든. 기체가 된 냉매를 다 쓴 후에는 밖으로 내보내는 게 아니라 다시 액체로 만들어서 사용하는데, 이때 컴프레서가 작동해. 그 원리가 기체를 압축해서 액화하는 거라, 컴프레서는 다른 말로 ‘압축기’라고도 하지. 요즘 나오는 냉장고는 기기의 상태에 따라 작동하는 ‘인버터 컴프레서’를 사용하기 때문에 예전처럼 시도 때도 없이 우웅~ 소리를 내면서 돌아가지는 않아. 예전에는 컴프레서들이 소음도 많이 발생하고 전기료도 과도하게 나왔지만 최근 고효율 컴프레서들은 그런 단점을 모두 극복했지.
요즘 코로나 시대를 맞아서 집콕러들이 늘고, 라이프스타일의 변화로 소음과 진동이 적은 제품이 무척 선호된다고 하던데. 이런 추세도 고효율 컴프레서의 인기에 한몫하겠구나. 그럼 고효율 컴프레서, 저효율 컴프레서의 차이는 어떻게 생기는 거야?
l 다 알지? 우리나라 가전, 월드 클래스이라는 거!
LG, 삼성전자 같은 우리나라 기업의 제품이 생활가전에서 GE를 넘어 세계 1위에 등극했다는 거 알아? 그야말로 ‘월클’이라는거지. 한국산 가전제품은 해외에서는 품귀현상이 있을 만큼 인기가 좋대. 디자인적으로도 훌륭하지만, 무엇보다 고효율 컴프레서 덕분에 소음이 거의 없고 에너지 효율이 높아서 너도나도 우리 제품을 찾는다지. 2017년을 기준으로 삼성전자가 생산한 냉장고 컴프레서가 2만 대를 넘었대. 전 세계 인버터 냉장고 2대 중 1대는 삼성 ‘디지털 인버터 컴프레서’를 사용하는 거라나.
와 대단하다! 내가 듣기로 컴프레서 하면 LG도 빼놓을 수 없다던데?
맞아. LG의 컴프레서 기술력은 업계에서도 모두 인정할 만큼 대단하데. 대표적인 것이 LG가 자체 개발한 ‘리니어 컴프레서(Linear Compressor)’ 기술이야. 기존 모터의 회전하며 움직이는 방식을 직선 운동 방식으로 바꿨어. 이로써 마찰량을 획기적으로 줄이고 에너지 효율을 높였지.
아, 부모님 댁에 있는 냉장고에 ‘리니어 컴프레서, 10년 보증’이라는 스티커가 붙어있는 걸 봤는데! 앞뒤로 움직인다고 해서 리니어구나!
이렇게 컴프레서 원리 자체를 바꾸는 것도 엄청난 기술이고, 또 하나는 컴프레서를 만드는 소재로 철손(Core Loss)이 적은 프리미엄 강재를 쓰는 것도 필요해. 철손이라 함은, 철심이 들어 있는 기기에서 발생하는 전력 손실을 말해. 모터는 기본적으로 전기에너지를 운동에너지로 변환해 주는 기계잖아. 그래서 모터의 소재는 두 에너지가 상호 전환되는 과정에서 에너지가 최대한 손실되지 않게 하는 게 중요하지. 어떤 강판의 철손이 낮다는 것은, 이 강판을 이용하면 에너지 손실이 낮다는 뜻이야.
혹시 그게.. 전기강판??
역시 초록이는 아는구나! 진화한 컴프레서에 그만큼 진화한 스틸이 빠지지 않겠지? 아무 스틸이나 써서 만들 수 있는 게 아니니까. 특히 유행에 민감한 가전 산업은 다른 산업군에 비해 제품 개발 주기가 빠르고, 제조 비용 저감과 신규 기능에 대한 요구가 많은 분야야. 여기에도 역시 포스코의 전기강판 솔루션이 함께 하고 있어.
l 컴프레서 핵심 소재 : 포스코의 무방향성 전기강판 Hyper NO
전기강판이라… 전기가 흐르는 강판인가?
얼추 맞았어! 전기강판은 규소를 1~5% 함유해서 전자기 특성이 양호하고 철손이 적은 강판이야. 포스코는 국내외 유수의 자동차사, 가전제품 기업 등으로 세계 최고 수준의 전기강판을 연간 100만 톤가량 공급하고 있지. 그리고 전기강판은 크게 ‘방향성 전기강판’과 ‘무방향성 전기강판’으로 나눌 수 있어.
방향? 무방향? 말이 어렵네. 그게 뭐야?
방향성 전기강판(GO, Grain-Oriented electrical steel)은 전류가 압연된 한 방향으로 잘 흐르는 강판이고, 무방향성 전기강판(NO, Non-Oriented electrical steel)은 한쪽 방향이 아닌 모든 방향으로 전류가 균일하게 흐르는 강판이야. 우리가 오늘 이야기하는 컴프레서에 들어가는 건 무방향성 전기강판이지!
컴프레서 속 모터가 적은 양의 전기로도 강하고 조용하게 작동해야 하니까, 모든 방향으로 자기적 특성을 전달할 수 있는 무방향성 전기강판이 필요하구나.
그리고 이런 무방향성 전기강판에도 등급이 있어. 철손량에 따라 철손값 3.5W/kg 이하일 때 Hyper NO, 6.0W/kg 이하일 경우 High NO 제품이라고 해.
고효율 컴프레서에 들어가는 건 당연히 Hyper NO겠군!
맞아. 컴프레서의 모터는 Hyper NO를 여러 층 겹쳐서 만드는데, 그 두께가 얇고 체결 방식이 간단할수록 모터의 효율을 향상할 수 있어. 전기강판의 두께가 얇아질수록 철손량이 줄어들거든. 포스코는 두께 0.15mm까지 초극박재 Hyper NO를 생산해서 더 낮은 철손을 구현하고 있지. 머리카락 굵기가 평균 100㎛(=0.1mm)라고 하니 얼마나 얇은 지 상상이 가지? 포스코는 현재 세계 최고 수준의 무방향성 전기강판을 생산하고 있어.
우와 머리카락처럼 얇은 강판을 만들다니 정말 대단하다! 근데 그렇게 얇은 강판을 빠른 속도로 회전시키면 강판이 찢어져 버리는 거 아니야?
l 컴프레서를 한 단계 더 혁신하는 방법? 셀프본딩 기술!
하하. 한 장만 사용하는 게 아니야. 얇은 Hyper NO를 회전시킬 수 있는 덩어리로 만들기 위해선 수많은 판을 차곡차곡 쌓아야 해. 그리고 이 판들을 잘 붙여야 하지. 이때 주로 사용하는 건 원래 용접 방식이었어.
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용접? 그럼 Hyper NO의 우수한 전자기적 특성이 훼손되는 거 아니야?
그래서 포스코가 용접보다 더 좋은 체결방식이 없을까 고민한 끝에, ‘셀프본딩(Self-bonding)’이라는 기술을 2016년에 개발해냈어. 셀프본딩은 전기가 통하지 않는 얇은 접착제 같은 코팅을 전기강판 표면에 적용하는 기술인데, 전자기적 특성은 저하하지 않고 강하게 접합하기 때문에 소음은 줄이면서 모터 효율을 향상시킬 수 있어. 판끼리 밀접하게 붙으니까 뒤틀림이나 들뜸이 방지되어서 모터의 평행도가 개선되고, 판 사이의 진동이 줄어서 소음도 낮아지지. 셀프본딩 기술을 적용하면 용접 체결 방식 대비 모터 코어의 철손이 무려 10% 이상 줄어들어. 모터 소음도 5dB 이상 개선된데.
포스코의 Hyper NO로 가전제품 모터를 만들면, 에너지도 절약하고 소음도 줄일 수 있구나?
이 셀프본딩 기술은 원래 자동차 모터를 제작할 때 주로 사용되는데, 최근에는 가전제품의 컴프레서 모터에도 적용할 수 있도록 포스코와 고객사가 협력 중이야.
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빨리 셀프본딩이 적용된 가전제품을 써보고 싶은걸! 친환경 제품이 필요한 곳이라면 어디든 나타나서 솔루션을 제공해 주는 포스코구나.
l Hyper NO가 적용된 컴프레서를 쓰면 지구에 얼마나 도움 될까?
예전엔 막연히 전기 요금이 저렴하다는 이유로 에너지 효율 등급이 높은 가전제품을 선택했는데, 이제는 에너지를 절약함으로써 환경을 지킬 수 있다는 점 때문에 친환경 고효율 제품을 더 많이 찾는 거 같아.
맞아, 에너지 효율이 높은 가전제품을 쓰면 온실가스 배출 저감에도 큰 도움이 돼. 1등급 제품을 구매하면 구매 비용의 10%를 환급해 주는 ‘으뜸효율 가전제품 구매비용 환급사업’도 있잖아. 1등급 제품 사용은 국가, 개인적으로 큰 흐름이 된 것 같아.
포스코가 Hyper NO를 더 열심히 만들어야겠네! 그럼 실제로 에너지 효율 2~5등급 제품보다 1등급 제품을 쓰는 게 지구에 얼마나 도움이 될까?
냉장고로 한번 가정해볼까? 포스코 자체 연구에 따르면, 똑같은 컴프레서 모터의 소재만 High NO에서 Hyper NO로 바꾸어도 에너지 효율이 최대 1.5% 증가한데. 컴프레서가 냉장고 전체 전력량의 70%를 차지하니까, 컴프레서 효율이 1.5% 높아지면 전력 소모량은 약 1.1% 낮아진다는 뜻이겠지? 작년 국내로 판매된 2~5등급 냉장고에 Hyper NO로 제작한 컴프레서를 적용한다고 가정해보니, 연간 약 7.1GWh의 전력 사용량이 절감되고 온실가스 배출량 역시 약 3,300톤 줄어든다는 결과가 나왔어. 냉장고 한 대당 사용 수명이 평균 9.1년이라고 하거든. 그 기간을 따지면 온실가스 배출량은 약 3만 톤 줄일 수 있는 거야.
내가 쓰는 냉장고 한 대는 미약할지 몰라도 이렇게 계산하니 그냥 지나치면 안 되겠구나. 우리 집에도 친환경을 위한 해법이 숨어있었네. 나는 꼭 Hyper NO 컴프레서가 들어간 1등급 제품, 이걸로 사야겠어!
초록이가 마음에 드는 냉장고를 찾았네요. 역시 에너지 효율 1등급 제품입니다. 우리 집 한편에 놓여있는 냉장고, 건조기, 에어컨에도 포스코의 스틸 솔루션이 숨어 있을 줄이야~ 초록빛 지구를 향한 포스코의 GPS는 우리의 일상에도 함께하고 있습니다.