안녕하세요. 삼성전자 가전 연구소장입니다.
매년 여름, 우리의 쾌적한 일상을 책임지는 에어컨. 하지만 혹시 에어컨을 켜실 때마다 마음 한편이 무거우셨던 적 없으신가요? 베란다의 절반을 턱하니 차지하고 있는 거대한 실외기, 한밤중 정적을 깨는 웅웅거리는 압축기 소음, 그리고 무엇보다 '내가 에어컨을 켤수록 지구는 더 뜨거워지는 건 아닐까?' 하는 환경에 대한 미안함 말입니다.
오늘 저는 여러분께 지난 120년간 단 한 번도 변하지 않았던 에어컨의 근본적인 원리를 뒤집고, 실외기와 냉매가 아예 존재하지 않는 '미래의 에어컨'을 향한 삼성전자의 가슴 뛰는 혁신 여정을 직접 소개해 드리고자 합니다.
1. 120년간 멈춰 있던 냉방 기술의 시계
(실외기와 굵은 배관이 사라지면, 우리의 주거 공간은 이렇게 훨씬 더 넓고 쾌적해질 수 있습니다.)
1902년 윌리스 캐리어가 최초의 현대식 에어컨을 발명한 이래, 에어컨의 핵심 작동 원리는 놀랍게도 거의 변하지 않았습니다. 압축기를 이용해 기체 상태의 냉매를 압축하고, 다시 팽창시켜 열을 빼앗는 '증기압축식' 사이클입니다.
이 방식은 필연적으로 크고 무거운 실외기와 굵은 냉매 배관을 필요로 합니다. 하지만 더 심각한 문제는 바로 '냉매' 그 자체에 있습니다. 현재 에어컨에 주로 쓰이는 HFC 계열의 냉매는 공기 중으로 유출될 경우 이산화탄소보다 수천 배 더 강력한 온실효과를 유발합니다. 전 세계적으로 냉방 전력 수요가 폭증하는 기후 위기 시대에, 기존의 방식은 더 이상 지속 가능하지 않다는 것이 저희 연구진의 뼈저린 문제의식이었습니다.
2. 패러다임을 뒤집다: 삼성전자의 '고체 냉각(Solid-State Cooling)'
그렇다면 과연 냉매와 압축기를 없애고도 공기를 차갑게 만들 수 있을까요? 저희 삼성전자 연구진은 그 해답을 첨단 소재 공학인 '고체 냉각(Solid-State Cooling)' 기술에서 찾았습니다.
(냉매 기체 대신, 전기를 가하면 스스로 온도를 낮추는 첨단 반도체 기반의 고체 냉각 소재)
특히 저희가 주목하고 있는 것은 전기열량(Electrocaloric) 효과입니다. 이름이 조금 어렵게 느껴지실 수 있지만 원리는 명쾌합니다. 특정 고체 소재에 전기를 가하면 물질 내부의 구조가 변하면서 온도가 바뀌는 물리적 특성을 이용하는 것입니다.
즉, 환경을 파괴하는 화학 가스(냉매)가 배관을 타고 흐르는 것이 아니라, 첨단 반도체와 같은 고체 소재 칩 자체가 스스로 차가워지며 바람을 식혀주는 마법 같은 원리입니다.
3. 실외기 없는 에어컨, 우리 일상을 어떻게 바꿀까?
이 혁신적인 차세대 냉방 기술이 상용화되어 여러분의 거실에 놓이게 된다면, 우리의 삶은 완벽하게 달라질 것입니다.
첫째, '실외기의 종말'과 완벽한 공간의 자유입니다. 건물 외벽을 흉물스럽게 덮고 있던 실외기들이 모두 사라집니다. 벽을 뚫고 굵은 배관을 연결할 필요도 없어지므로, 설치 공간의 제약이 완전히 사라져 집안 어디든 원하는 곳에 에어컨을 두는 진정한 인테리어 혁명이 시작됩니다.
둘째, 소음과 진동이 사라진 '완벽한 정숙성'입니다. 기존 에어컨 소음의 주범인 대형 압축기(컴프레서)가 없어집니다. 고체 소자의 물리적 변화만으로 냉각이 이루어지기 때문에, 한여름 밤에도 도서관보다 조용하고 쾌적하게 숙면을 취하실 수 있습니다.
셋째, 유지보수 비용 절감과 '진정한 친환경'의 실현입니다. 가스를 충전할 일도, 배관 누수를 걱정할 필요도 없습니다. 무엇보다 온실가스의 주범인 에어컨 냉매를 단 1g도 사용하지 않아 탄소 배출을 획기적으로 줄이는 게임체인저가 될 것입니다.
4. 치열한 글로벌 기술 패권 경쟁, 대한민국이 선도하겠습니다
(고체 냉각 기술은 단순히 가전을 넘어, 진정한 탄소중립 스마트 시티를 완성하는 핵심 열쇠가 될 것입니다.)
현재 차세대 친환경 냉방 기술은 미국 에너지부(DOE)와 유럽연합(EU) 등에서 탄소중립 핵심 기술로 선정해 천문학적인 연구비를 쏟아붓고 있는 미래 국가 경쟁력의 핵심입니다.
자랑스럽게도 우리나라는 세계 최고 수준의 가전 제조 기술력과 전자소재, 반도체 제어 기술을 모두 보유하고 있습니다. 삼성전자가 앞장서서 개발 중인 이 '고체 냉각 기술'은 향후 가정용 에어컨을 넘어 엄청난 발열을 잡아야 하는 AI 데이터센터, 전기차의 열관리 시스템, 첨단 반도체 공정 등 다양한 미래 산업으로 뻗어나갈 무궁무진한 잠재력을 품고 있습니다.
[연구소장의 맺음말] 혁신은 멈추지 않습니다
물론 여러분께 이 꿈의 기술을 선보이기 위해 저희가 넘어야 할 산은 아직 남아 있습니다. 거실 전체를 시원하게 만들 '냉각 용량'을 더 크게 키워야 하고, 극한의 환경에서도 10년 이상 버틸 수 있는 '내구성'과 '에너지 효율'을 입증하는 험난한 기술 검증 과정이 진행 중입니다.
전문가들은 향후 10년 내에 상용화 제품이 등장할 것으로 전망하고 있습니다. 120년간 아무도 깨지 못했던 '에어컨은 으레 실외기와 냉매가 있어야 한다'는 낡은 상식을 깨고, 사람과 지구가 모두 시원하게 웃을 수 있는 친환경 냉방 시대를 삼성전자가 가장 먼저 활짝 열겠습니다.
대한민국의 기술력이 세계 냉방 역사의 패러다임을 바꾸는 그날까지, 독자 여러분의 따뜻한 응원과 관심을 부탁드립니다. 감사합니다.
