탄화규소는 전자파가 없고 에너지 효율 높다 ‘97%’
탄화규소(Silicon Carbide ; SiC화학식) 소재는 차세대 반도체산업을 이끌 핵심 소재이다. 일본 도요타자동차의 하이브리드 자동차모델인 ‘프리우스’ 모델은 탄화규소(SiC) 전력반도체를 적용하며 차량의 전력손실을 80% 줄이고 연비를 5% 이상 개선했다.
소재분야의 경쟁력이 제품경쟁력으로 직결된 사례다. 전기차, 하이브리드 자동차 등 전기·전자분야에서 에너지효율을 높이는 핵심소재인 탄화규소 전력반도체 기술이 국내에서도 꾸준하게 개발되고 있다.
특허청에 따르면 최근 9년(2006~2014년)간 에너지 효율을 높이는 핵심 소재인 탄화규소의 기술 출원 건수가 총 116건으로 집계됐다. 탄화규소 전력반도체는 실리콘 반도체 대비 전력 소모량을 줄일 수 있고, 열적으로 매우 안정해 차세대 핵심 기술로 떠오르고 있다.
반용병 정밀화학심사과장은 “탄화규소 소재기술은 고난이도 기술을 요구하나 반도체 산업을 한 단계 성장시키기 위해서는 반드시 확보해야 하는 원천소재 기술”이라며 “우리 기업이 전기자동차, 태양광용 에너지 소자 등 지속적인 시장 선점을 위해서는 차별화된 자체 기술과 함께 지식재산권 확보에도 관심을 가질 필요가 있다”고 말했다.
히터(발열체)는 1kWh의 전기 인가시 860kcal열량이 발생해야 효율이 100%이다. 온풍기용 히터의 성능은 피가열체에 몇%의 열량을 전달하는가가 중요한 요소가 된다. 현재 농업용 온풍기의 발열체로 주로 사용되고 있는 니크롬선(열선히터), 시즈 히터(일명 : 돼지꼬리 히터), 카본 히터(석영관 히터) 등의 발열체의 경우 구조의 특성상, 공기와의 접촉 면적이 적음에 따라 열교환 효율이 떨어지고, 비닐하우스 내의 넓은 면적을 원하는 온도까지 올리기 위해서 발열체를 필요 이상의 온도까지 올려 불필요한 전력 소비를 일으킨다.
공기와의 접촉면적을 늘리기 위해 금속선을 얇고 길게 코일형으로 꼬아서 표면적을 늘리고 추가적으로 금속핀(날개)을 부착하여 사용하지만 여전이 낮은 열교환성, 이로 인한 에너지이용효율저하, 비닐 하우스내의 높은 습도로 인해 금속 핀의 부식, 시간이 지날수록 금속히터의 발열면적이 줄어 몇 해 지나지 않아 성능이 저하되고 히터가 쉽게 단절되어 사용상 불편함이 생긴다.
비닐하우스내의 산소를 태우지 않고 작물에 피해를 입히는 오염원을 배출하지 않는 장점, 사용상의 편리성, 다른 원료들 보다 낮은 농업용 전기료에도 불구하고 전기온풍기가 농민들로부터 신뢰를 못 받는 이유이다.
이에 비해 벌집형 히터는 표면적이 넓고 이로 인해, 열교환 효율이 극대화된다. 고온강도, 내식성, 내열성, 열충격 저항성 등이 우수하여 부식성이 높은 탄화규소 소재를 이용해 돈사, 계사 등 축사에서 많이 발생하는 암모늄 같은 부식성이 강하고 습도가 매우 높은 비닐하우스 환경에 적합하고, 무엇보다 열전도가 높아 에너지이용효율(난방효율)이 매우 높은 장점을 가지고 있다.
뿐만 아니라 직렬연결인 기존 히터와 달리 허니컴 구조 자체가 병렬연결의 집합체이기 때문에, 전기적 안정성이 우수하다는 장점을 가지고 있다. 곧 다온 허니컴 전기온풍기는 고효율 저전력의 급속발열체이라는 것이다.
탄화규소(SiC)는 소재 특성상 전자파가 발생하지 않고 다량의 음이온이 발생한다. 전기제품에서 나오는 전자파는 두통, 시력저하, 백혈병, 뇌종양 등의 원인이 되고 몸의 호르몬에 영향을 주고 인체 내에 열을 발생시켜 면역을 떨어뜨리고 숙면을 방해하는 등 몸에 나쁜 영향을 준다고 보고되고 있다.
대부분의 축산농가에서는 미생물제 투여와 환기팬으로 임시적인 방편으로 시설유지를 하고 있다.
특히 날씨가 추운 가을 겨울철에는 밀폐형으로 유지되다 보니 악취가 더욱 더 발생하고 가축들의 건강에도 큰 위험이 되고 있다. 벌집형내에 오염된 공기가 유입되면 히터에서 발생한 강력 에너지로 병균을 사멸시키고, 악취제거에도 큰 효과가 있다.
다온 허니컴 전기온풍기는 농업기술실용화재단에서 에너지이용효율 97.1%로 인증을 받은 상태다. 또 하나의 장점은 온도 설정기능과 히터의 빠른 응답속도이다.
기존 전기장치들은 설정온도 이하로 떨어지면 히터가동이 되지만 온도가 상승되면 저항도 따라서 상승하는 히터를 대부분 사용하므로 원하는 온도까지 상승하는데 최소 1분 이상, 용량에 따라서는 5분 정도까지 시간이 소요된다.
비닐하우스의 난방은 난방기의 열량이 얼마냐가 중요하다. 더 중요한 것은 열관리를 얼마나 잘할 수 있는 난방기인가가 핵심요소라는게 업체측의 주장이다. 문의(031-767-7245 010-8991-2428)
정우철 기자
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