지난 7월말 빛고을 광주에선 특별한 행사가 열렸다. 광(光)도시로서의 면모를 알리듯 태양열 냉방 실증시스템이 한 문화센터에 설치돼 본격 가동을 시작했기 때문이다.

이 시스템은 기존 태양열 시스템과는 현저한 차이를 갖고 있는 특별한 것이다. 태양열을 이용해 난방으로 활용하거나 뜨거운 물로 사용하는 것에서 벗어나 냉방까지 할 수 있는 첨단 태양열 냉방 실증 시스템으로 제작, 설치된 것이다.

이날 설치된 태양열 냉방 실증시스템은 국내에서 처음으로 태양열로 냉방을 할 수 있는 뉴 프런티어 시대를 열었다는 점에서 의미가 크다. 영국과 일본에 이어 세계에서 3번째로 냉방용 태양열 시스템이 구축된 것이다. 더욱이 고유가 시대를 대체하는 신재생 에너지의 활용범위를 한층 넓힌 획기적인 사건이라는 점에서 주목을 끌었다.

태양열로 난방과 냉방을 동시에 가능케 한 주역은 바로 한국에너지기술연구원 태양열연구센터 곽희열 박사(46)다. 곽 박사는 태양열 분야에서 만큼은 국내에서 독보적인 존재나 마찬가지다. 태양열을 이용해 150℃ 이상으로 물을 데울 수 있는 중고온 진공관형 태양열 집열기를 개발한 데 이어 이를 응용한 냉방용 태양열 시스템을 구현했기 때문이다.

태양열 냉방 실증시스템의 원리는 이렇다. 태양열을 이용해 냉매인 물을 증발시켜 수증기를 얻고 이를 다시 물로 환원시킬 때 발생하는 온도차를 이용, 냉각하는 이른바 '흡수식 냉방'을 이용했다. 이 시스템은 냉방뿐만 아니라 겨울에는 난방이나 급탕용으로 사용할 수 있어 전천후 태양열 시스템의 상용화에 성공한 셈이다.

곽 박사가 이러한 연구 성과물을 상용화하기까진 산(産)-연(硏) 협동연구를 지속적으로 추진해 왔기에 가능했다. 그는 이 시스템의 기반기술인 단일 진공관형 집열기 개발에 착수하던 지난 2003년부터 대덕연구개발특구 벤처기업인 에이팩과 공동 개발을 추진했다. 곽 박사팀이 연구개발을 총괄했으며 에이팩은 진공 태양열 집열관 생산을 맡았다.

당시 곽 박사는 태양열을 이용해 중온(70-150℃)의 물을 안정적으로 공급할 수 있는 고효율 중온 발생시스템을 개발했다. 이 시스템은 산업공정 분야에 적용돼 성공적인 평가를 받았다. 적용 분야는 맥주공장의 병 세척공정이었다. 이를 통해 연간 원유 사용량을 6t 절감했고 이산화탄소 배출량을 15t 가량 줄일 수 있었다.

"'이 시스템을 냉방에 적용할 수 없을까'하는 생각이 들었죠. 냉매인 물을 증발시키고 이를 다시 물로 환원할 때 발생하는 온도차를 이용하면 냉방도 가능하다는 생각을 하게 됐죠."

곽 박사의 예상이 맞기까지 그리 오래 걸리지 않았다. 태양열 집열기에서 열에너지로 변환되는 과정 중 대류나 전도 등으로 상당량의 에너지가 빼앗기는데 이것을 차단하면 냉방용으로 활용할 수 있다는 결론을 내게 됐다.

이때부터 태양열을 냉방으로 활용하기 위한 연구에 본격 착수했다.

곽 박사는 열손실을 최소화하기 위해 집열기를 진공시킬 수 있는 기술을 개발했다. 이 기술은 다름 아닌 유리와 금속 간 접합기술을 통해 열 수송능력이 탁월한 중온용 히트파이프를 개발하는 것이었다.

여기에 금속 열교환기술 등의 요소기술이 접목돼 드디어 냉방까지 가능한 단일 진공관형 태양열 집열기를 개발, 상용화에 성공할 수 있었다.

"태양열 냉방 실증시스템이 설치된 광주 서구문화센터는 연간 12t에 달하는 원유 절감효과를 가져오게 됐습니다. 고유가 시대를 대비한 대체에너지원으로 활용할 수 있는 시대가 개막된 것이죠."

이 시스템은 당분간 무인시스템으로 운영될 계획이다. 연구를 지속적으로 해야 하는 실증시설인 만큼 최적화된 시스템을 구현하기 위한 검증작업이 필요하기 때문이다. 곽 박사의 연구는 아직 '진행형'이다. 말 그대로 본격적인 상용화를 위한 단계를 밟고 있다. 그런 만큼 지금 수행하고 있는 연구가 더욱 중요하다는 게 곽 박사의 설명이다.

"사계절 활용이 가능한 태양열 시스템을 구현했다는 점에서 의미가 있습니다. 그리고 발상의 전환이 이뤄지면 연구분야가 무궁무진하다는 점도 깨닫게 해주었지요."