반도체로 냉매 없는 냉장고 구현…삼성 ‘공학의 노벨상’ 수상

펠티어 반도체 소재 이용한 냉각
냉매 없는 친환경 차세대 기술
美 ‘2025 R&D 100 어워드’ 선정

삼성전자와 존스홉킨스대가 공동 개발한 ‘나노 박막 펠티어 소자(왼쪽)’와 이를 응용한 ‘고효율 펠티어 냉장고’. 펠티어 반도체 소자가 열을 흡수하고 방출한다. (사진=삼성전자 제공)

삼성전자가 미국 존스홉킨스대 응용물리학연구소와 개발한 기술이 세계 100대 혁신 기술에 선정됐다.

삼성전자는 ‘차세대 펠티어 냉각 기술’ 연구가 미국의 R&D 월드 매거진이 주관하는 ‘2025 R&D 100 어워드’의 100대 혁신 기술로 선정됐다고 24일 밝혔다. 1963년 제정된 ‘R&D 100 어워드’는 매년 과학기술 분야 발전에 기여한 가장 혁신적인 100대 과학기술을 선정하는 상으로 ‘산학 혁신의 오스카상’ ‘공학의 노벨상’ 등으로 불린다.

해당 기술을 다룬 논문은 지난 5월 말 세계적인 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’에 게재되며 국제적 성과를 인정받았다. 어워드 주최 측은 삼성전자와 존스홉킨스대가 세계 최초로 나노공학 기술을 활용해 ‘고성능 박막 펠티어 반도체 소자’를 새롭게 개발하고, 이를 이용한 고성능 펠티어 냉장고를 실증한 것을 높이 평가했다.

기존 냉장고는 기체 상태 냉매를 압축해 액체로 만들고, 이를 다시 증발시켜 주변 열을 흡수하고 방출하는 증기 압축 방식을 사용한다. 반면 펠티어 냉각은 펠티어 반도체 소자에 전기를 가하면 한쪽 면은 차가워지고 다른 면은 뜨거워지는 효과를 활용한 기술로, 냉매 없이 전기만으로도 열을 제어할 수 있다. 이를 응용할 경우 이론상 냉매와 압축기 없이도 작동하는 ‘무소음·저전력·친환경’ 냉장고 구현이 가능하다. 하지만 효율성이 낮아 그동안은 상용화에 어려움이 있었다.

삼성전자와 존스홉킨스대 응용물리학연구소는 머리카락 굵기 10만분의 1수준인 나노공학 기술을 활용해 한계를 돌파했다. 새로운 반도체 증착 방식으로 개발한 ‘고성능 박막 펠티어 반도체 소자’는 기존 냉매 대비 냉각 효율이 약 75% 뛰어나고, 냉장고를 더 작고 가볍게 만들 수도 있다.

삼성전자는 이미 지난해부터 해당 기술을 적용한 ‘비스포크 인공지능(AI) 하이브리드 냉장고’를 선보이는 등 실생활에서도 펠티어 냉각 기술을 적용해왔다. 하이브리드 자동차처럼 평소에는 기존 컴프레서가 냉각하고, 강력한 냉각이 필요할 때 펠티어 소자가 함께 작동해 에너지 효율을 높이는 방식이다. 완전한 무냉매 방식은 아니지만 펠티어 기술 실용 가능성을 입증한 사례로 평가된다.

펠티어 냉각은 증기 압축 방식에 비해 빠르고 정확하게 온도를 조절할 수 있어 냉장고 등 가전 외에 데이터센터와 의료기기 등 다양한 산업 분야에 적용할 수 있다는 전망이 나온다.