KRICT 한국화학연구원

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AI가 더 반가워할

'액침냉각소재' 국산화

“고맙다고 하지 마세요.” 국내 사용자 수가 1천만 명을 넘어선 챗GPT 개발사의 CEO가 뜻밖에도 AI에게 공손한 표현을 하지 말아달라고 당부합니다. 가뜩이나 높은 AI의 전력 소모량이 추가적인 데이터 처리와 응답으로 더 늘어나고 있기 때문이라고 하는데요.

Chapter 01

AI 시대, 폭증하는 전력수요

2025년 현재 국내의 AI 서비스 이용자 수는 한국인이 가장 많이 사용하는 챗GPT를 포함해 뤼튼, 에이닷, 코파일럿 등 약 1,600만 명에 이르는 것으로 파악됩니다. 학생과 사무직 종사자의 경우에는 이미 절반 이상이 생성형 AI를 사용하고 있으며 연간 사용자 증가율도 200%가 넘어 조만간 국민 대다수가 AI를 활용하는 시대가 될 것으로 전망되고 있습니다.

최근 국회를 통과해 본격 시행을 앞두고 있는 ‘전력망 특별법(국가기간전력망확충법)’ 역시 어느새 우리 일상 곁에 바짝 다가선 AI 대중화 시대를 실감나게 하고 있습니다. 이 법은 AI 확산으로 급증하고 있는 데이터센터의 전력 수요에 대응하기 위해 신속히 대규모 전력망을 구축하는 것을 주요내용으로 하고 있습니다. 하지만 송전탑과 변전소 같은 필수 전력설비의 설치를 놓고 사업자-주민·자자체 간 갈등의 수위가 높아 상당한 난관이 예상되고 있지요. 이는 비단 우리나라뿐만 아니라 전 세계에서 벌어지고 있는 현상이기도 합니다.

이에 따라 인텔, 쉘, 에네오스와 SK이노베이션, GS칼텍스 등의 국내외 대기업들이 속속 ‘액침냉각’이라는 차세대 열관리 기술 개발에 뛰어들고 있는데요. AI 데이터센터에서 냉각 시스템이 차지하는 전력 사용량은 상당히 높은 비중을 차지합니다. AI가 연산을 수행하는 GPU와 고성능 프로세서에서 엄청난 열이 발생하는 데 이를 냉각하기 위해 쓰는 전력량이 데이터센터 전체 전력 소비량의 약 40%에 달합니다.

액침냉각(Immersion Cooling)은 데이터센터 서버나 배터리 등의 전자장치를 액체에 담가 직접적으로 열을 흡수하는 방식으로 작동합니다. 누전이나 기계고장은 전기가 통하지 않는 비전도성 액체를 사용하기 때문에 걱정할 필요가 없습니다. 또한 냉각 팬이나 공조 시스템이 불필요해져 전체 시스템의 전력 소비를 낮출 수 있고 데이터센터의 크기도 줄일 수 있다는 게 큰 장점입니다.

Chapter 02

새로운 블루오션 ‘액침냉각’

화학연이 독자 개발에 성공한 HFE는 기존의 불소계 유체보다 지구온난화 영향이 5분의 1 이하로 적고, 전도성 첨가제가 도입돼 전기까지 잘 차단해 글로벌 시장의 수요가 연평균 5% 이상씩 계속해서 늘고 있는 친환경 산업원료입니다. 특히 화학연의 HFE 개발은 그간 국내에 기술이 없어 전량 수입에 의존해 온 불소계 핵심소재의 국산화뿐만 아니라 기존 소재보다 한층 높은 부산물 저감율과 고순도 불소 화합물 전환율을 달성하고 있다는 점에서 국내 관련 산업계의 경쟁력 향상에 크게 기여하게 될 것으로 전망되는데요.

세계시장은 2022년 기준 약 2억 8910억 달러 규모이며, 매년 5.4% 성장해 2028년 3억 9640억 달러에 달할 것으로 예상된다.

3M, AGC, Tianhe Chemical이 약 90%를 점유하고 있으며, 3M 社는 다양한 제품을 보유하며 시장을 주도하고 있다.

(출처 = Hydrofluoroether (HFE) Market Global and Regional Analysis and Forecast 2028, Market Watch (2023))

HFE가 AI 데이터센터의 급증 속에 블루오션으로 부상하고 있는 액침냉각의 주요 소재로 활용될 가능성이 높아지며 화학연의 HFE 국산화 소식은 산업계의 더욱 뜨거운 관심사가 되고 있습니다. 현재 석유화학 기업들을 중심으로 개발되고 있는 윤활기유 계통의 액침냉각 소재들보다 환경 친화적이고 절연 성능이 뛰어나 한층 안정적인 냉각 효과를 발휘할 수 있을 것으로 예상되고 있기 때문입니다.

글로벌 시장조사업체 마켓앤드마켓에 따르면 전 세계 액침냉각 시장은 AI 데이터센터의 높은 증가세와 각국 기업들의 기술개발 경쟁 속에 연평균 24.2%씩 증가해 2030년 17억1000만 달러에 이를 것으로 추산되고 있습니다. 이와 함께 열관리가 중요한 전기차 배터리와 에너지저장장치(ESS) 등 한층 다양한 산업으로 활용범위가 확대될 것으로 내다보고 있는데요. 화학연의 이번 HFE 개발 성과가 탄소중립 시대 핵심 산업원료의 국산화를 넘어 보다 안정적이고 친환경적인 AI 시대 개막에도 중요한 지렛대가 될 수 있기를 기대합니다.