낮은 환경 영향으로 시원함 유지: 천연 냉매의 특허 데이터 분석

냉매는 냉장 및 에어컨 시스템에 사용되는 화학 물질입니다. 열을 흡수하고 순환적으로 전달하여 공기나 물체를 냉각시킵니다.

냉매는 일반적으로 끓는점이 낮아 상대적으로 낮은 온도에서 증발하고 주변 환경을 냉각할 수 있습니다. 액체 상태일 때 냉매는 열을 흡수하여 기체로 증발합니다. 그런 다음 압축 및 응축 과정을 통해 냉매는 열을 방출하고 액체 상태로 돌아가 다음 사이클을 준비합니다.

좋은 냉매는 대부분 시스템과 환경에서 좋은 성능을 발휘하기 위해 다양한 특수한 물리적 및 화학적 특성을 결합해야 합니다. 그 중에서도 좋은 냉매는 높은 증발 압력, 높은 임계 온도, 낮은 동결 온도 또는 고밀도 액체와 같은 특성을 가져야 합니다. 또한 안정성, 안전성, 비부식성, 무독성과 같은 특수한 화학적 특성이 있어야 하며 물론 환경을 해치지 않아야 합니다.

천연 냉매란 무엇인가?

천연 냉매는 자연에서 찾을 수 있는 냉매로 사용되는 분자입니다. 최초의 냉장 시스템에 사용되었습니다. 하지만 기술이 발전하면서 가연성, 독성, 부식과 같은 몇 가지 문제를 극복하도록 설계된 인공 합성 냉매로 대체되었습니다. 가장 많이 사용되는 천연 냉매는 암모니아 (NH3 – R717),이산화탄소 (CO2 – R744) 및 탄화수소 (예: 프로판 R290 또는 이소부탄 R600a)입니다. 물(H2O, R718) 및 공기(R729)와 같은 대체 물질도 천연 냉매 범주에 속합니다.

특허 데이터 분석은 혁신에 대한 귀중한 통찰력을 제공하며, 여기에는 기술의 미래를 예측하는 데 도움이 됩니다. 이 부분에서는 천연 냉매, HFO 및 기타 저 GWP HFC를 포함한 저 GWP 냉매에 대한 특허 출원이 주요 산업 참여자 및 주요 R&D 및 시장 부문을 포함하여 이러한 가스의 미래에 대해 알려줄 수 있는 내용을 설명합니다. 저희의 특허 검색은 저 GWP 가스와 이를 사용하는 냉각 또는 공조 시스템에 초점을 맞추었습니다.

천연냉매의 특허데이터 분석

이 기술의 혁신과 R&D 활동을 이해하기 위해, 우리는 독점적인 IP 인텔리전스 소프트웨어를 사용하여 매크로 검색을 수행했습니다. IP 컨설팅 서비스 전문성을 사용하여 수집된 특허를 분석함으로써, 우리는 이 분야의 혁신과 투자에 대한 매혹적인 글로벌 통찰력을 창출할 수 있었습니다.

특허 동향은 이 분야의 현황에 대해 무엇을 알려주는가?

전체적으로 이 데이터베이스는 지난 20년 동안 채워진 2,000개 이상의 특허 패밀리로 구성되어 있습니다. 특허 출원 동향은 처음 10년 동안 혁신이 크게 없었던 분야를 보여주며, 2016년부터 2019년까지 활동이 크게 증가했으며, 연평균 성장률(CAGR)이 20%를 넘었습니다.

아마도 이러한 증가는 2014년에 처음 발생한 EU F-가스 규정 개정(No 517/2014)과 관련이 있을 것입니다. 이 규정은 HFC 및 기타 불소화 가스 사용에 대한 엄격한 조치를 부과했으며, 여기에는 HFC에 대한 단계적 감축 목표와 특정 고 GWP 냉매에 대한 완전한 금지가 포함됩니다. 또한 2016년에는 앞서 언급한 키갈리 개정안이 있었습니다. 이는 2019년에 선진국에서 먼저 시작하여 HFC를 단계적으로 감축하는 글로벌 협정입니다.

그러나 충전 증가는 오래 지속되지 않았으며, 2020년부터 시작된 COVID-19로 인한 세계 경제 침체는 잠재적으로 그 해의 우선순위를 약간 바꿀 수 있었습니다. 2022년에는 역동성이 다시 높아지는 것으로 보이며, 2023년에 이미 많은 수의 충전이 등록되었습니다.

이 데이터베이스의 중요한 특징은 소송과 이의가 비교적 많다는 점인데, 이는 이 규모와 연령의 일반적인 데이터베이스보다 2.5배 더 높습니다. 주로 이러한 이의와 소송은 합성 저 GWP 가스에 대한 특허를 중심으로 발생하며 해당 분야의 가장 큰 이름이 관련됩니다. 실제로 이러한 법적 절차의 약 3분의 2는 Honeywell, Chemours, Arkema라는 세 회사만 관련됩니다.

우선 국가 필링은 R&D가 수행되는 국가에서 가장 자주 발생하므로 이 데이터를 살펴보면 어떤 국가가 가장 혁신적이고 어떤 국가가 발명품을 보호하려고 하는지 알 수 있습니다. 종종 그렇듯이 중국은 필링의 3분의 1 이상을 차지하며 주요 혁신 국가입니다.

영어: 흔히 그렇듯이 유럽은 우선 지역보다 보호 국가에서 더 잘 대표되는데, 유럽은 중요한 글로벌 시장일 뿐만 아니라 환경 보호 및 기후 변화 대처를 위한 솔루션을 규제하고 채택하는 데 있어 선구자 역할을 하는 경우가 많기 때문입니다. 사실, Johnson Controls에서 20년 이상 근무한 후 최근 은퇴한 Alexander C. Pachai 에 따르면 " 지속 가능한 규제, 특히 냉장 분야의 측면에서 중국은 유럽에서 일어나는 일을 매우 면밀히 따르고 있습니다. " 이는 이 거대한 시장과 전체 분야의 미래에 올바른 방향으로 도약하는 데 도움이 될 수 있습니다.

아래 그래프는 데이터베이스에서 상위 13개 충전 담당자를 보여줍니다. 대부분의 상위 담당자는 Daikin, Gree Electric Appliances, Panasonic, Mitsubishi, Carrier 등과 같은 냉장 시스템 제조 분야의 대기업 및/또는 냉장 가스 생산업체(Honeywell, Chemours, Mexichem, Arkema)입니다.

최근 활동은 매우 다양합니다. 일부 회사는 2017년 이후로 특허의 30% 미만을 채웠지만(Sanden, Mexichem, Denso, Carrier), 다른 회사는 같은 기간 동안 포트폴리오의 대부분(>70%)을 채웠습니다(Daikin, Chemours, Panasonic, Idemitsu 등). 이는 이 분야에서 전환이 올 수 있도록 스스로를 포지셔닝하는 듯합니다.

또한 우리는 주요 행위자들이 같은 크기와 연령의 다른 데이터베이스와 비교했을 때 자신을 매우 강력하게 인용한다는 것을 알아챘습니다. 이는 도메인이 매우 경쟁적이며 플레이어들이 서로를 면밀히 모니터링한다는 사실을 뒷받침하는데, 이는 많은 분쟁과 반대에서 볼 수 있습니다.

예상대로 주요 가스 기업인 Chemours와 Honeywell이 가장 많이 인용되고 가장 많은 소송 특허를 보유하고 있습니다. Daikin은 이러한 기업을 자주 인용하는데, 그 이유는 자사의 장치와 시스템이 해당 가스로 작동할 수 있기 때문입니다. 실제로 대부분의 Daikin 특허는 반드시 천연은 아니지만 모든 종류의 저 GWP 냉매를 언급합니다.

따라서 저희는 저 GWP 가스와 시스템 시장이 매우 경쟁이 치열하고, 냉방 및 공조 시스템에 대한 전 세계적 수요 증가에 힘입어 성장할 것으로 예상했습니다.

저희 데이터베이스에서 CO2는 대부분의 특허(데이터베이스의 30%)에서 언급된 가스이며, 지난 10년 동안 특허 출원이 가장 크게 증가한 가스이기도 합니다. 저희 데이터베이스에서 두 번째로 많이 사용되는 가스는 프로판이지만, CO2에 대한 특허 수는 절반도 되지 않습니다.

또한 CO2는 가장 독립적으로 논의된 냉매로, 특허의 3분의 2 이상이 냉각 시스템의 잠재적 가스로 언급하고 CO2만 언급하고 다른 냉매는 언급하지 않아 시스템이 특별히 CO2에 맞게 설계되었음을 시사합니다. 이는 물리적 특성을 수용하기 위해 특수 시스템과 압력 처리가 필요하다는 점에서 특성과 연관될 수 있습니다.

그러나 이러한 결과는 상업 및 산업용 냉난방용 CO2 시스템 설계 및 제조업체인 ADVANSOR의 CTO인 Kenneth Bank Madsen 에 따르면 CO2를 매우 효과적이고 주류 냉매로 채택하는 데 반대하지 않습니다. 그는 " CO2는 낮은 온도 요구 사항 때문에 산업 시스템에서 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 게다가 CO2는 고압 요구 사항에도 불구하고 거의 모든 응용 분야에 사용할 수 있습니다."라고 말합니다.

프로판 역시 저희 데이터베이스에서 많이 논의되지만, 특허의 약 절반이 CO2입니다. 또한 기존 시스템에서 쉽게 사용하거나 다른 탄화수소로 대체할 수 있기 때문에 다른 가스와 함께 언급되는 경우가 많습니다. 특히 모바일 에어컨과 전기 자동차(EV) 배터리 냉각을 위한 경쟁에서 프로판은 선두에 설 수 있습니다. 실제로 STELLANTIS의 CO2 배출 감소 전략 책임자인 Carloandrea Malvicino는 " 프로판이 EV에 가장 좋다 "고 확신하며 " CO2는 매우 더운 여름철에는 그다지 효과적이지 않기 때문에 자동차 제조업체에 전 세계적인 솔루션이 될 수 없다" 고 언급하고 " 프로판은 저렴하고 자동차에 200~250g만 필요하다 "고 말했습니다. 그는 가연성 문제를 무시하고 오늘날 우리는 두 번째 생각 없이 자동차에 50리터의 가솔린을 넣는다는 점을 지적했습니다.

합성 가스(HFO 및 HFC)와 관련하여 2019년 이후 충전량이 약간 감소한 것으로 나타났으며, 이는 보다 자연스러운 냉매로의 전환을 반영한 것일 수 있습니다. 향후 몇 년은 특허 출원이 시장 소식에 반응함에 따라 모니터링하는 것이 흥미로울 것입니다.

국제 에너지 기구(IEA)의 전망에 따르면, 2010년부터 2050년까지 비OECD 국가의 에어컨 및 냉방 수요는 4.5배, OECD 국가의 에어컨 및 냉방 수요는 1.3배 증가할 것으로 예상됩니다. 지역, 국가 및 전 세계적 수준에서 제정된 법률 및 공약 덕분에 새로운 냉매 및 관련 시스템에 대한 시장이 상당히 형성되어 있습니다.

기존의 불소화 냉매에서 벗어나 지속 가능한 대체물, 특히 암모니아, 이산화탄소, 탄화수소와 같은 천연 냉매로의 추세가 지속되고 가속화될 것으로 예상됩니다. 실제로, 시스템 전하가 낮고 GWP 값이 0에 가까워서 유리한 환경적 영향이 있어 지구 온난화에 미치는 직접적인 영향은 무시할 만합니다.

냉장 전문가와의 인터뷰를 거쳐 우리는 세 가지 주요 결론을 도출했습니다.

• 천연 냉매 채택에 대한 기술적 장벽은 없으며 , 모든 것이 존재하고 기능적입니다. 존재하는 유일한 장벽은 다음과 같습니다.
  • 훈련/교육 및 표준 적용
  • 최고 행위자(특히 합성 냉매 조성물을 보호하는 특허를 보유한 화학 회사)의 로비 활동
  • 화합물의 가용성(예: 아프리카)
• CO2와 프로판은 매우 다재다능합니다. 널리 사용되고 있으며, 소규모 냉장 시설부터 산업 설비까지 매우 광범위한 응용 분야가 있습니다.
• 개념 증명을 반영하는 많은 프로젝트가 있으며, 인용된 모든 예는 이미 구현되어 완벽하게 작동하고 있으며 모든 유형의 냉매(CO2, 프로판, 프로펜, 암모니아, 물 등)를 포함하고 있습니다.

예를 들어, 위르겐 쉬스는 " F-가스의 최고 효율은 항상 천연 냉매에 의해 이길 수 있다 "고 언급했으며 "더 이상 F-가스가 필요하지 않다 "고 말했습니다.

실제로 F-가스 규정과 같은 정책은 고 GWP 냉매의 점진적인 단계적 폐지 및 감소를 촉진하여 보다 환경 친화적인 대체품 사용을 장려합니다. 산업은 이러한 패러다임 전환에 적응할 방법을 찾아야 할 것입니다. EU가 F-가스에 대한 보편적 제한을 채택하기로 결정하면 냉매가 연기되는지 여부에 따라 대체품을 구현하는 데 5~15년이 걸릴 수 있습니다. 그러나 연기는 상업적 대안이 없거나 대체품이 생산을 확장하는 데 시간이 필요한 응용 분야에만 적용될 가능성이 높으며 천연 냉매는 이미 실행 가능한 대안인 듯합니다. 기업과 소비자가 온도 제어를 위한 보다 친환경적인 옵션을 모색함에 따라 산업용 냉각, 상업용 냉장, 가전제품과 같은 부문에서 채택이 증가할 것으로 예상됩니다.

특허 역학은 시장 조사 및 전문가 인터뷰와 함께 연구 및 혁신 추세와 시장에 대한 귀중한 통찰력을 제공할 수 있습니다. 이는 저 GWP 및 천연 냉매에 대한 이 특허 데이터 분석에서 보여주기를 바랍니다. 이 분야 또는 다른 기술 분야의 특허 활동에 대한 추가 통찰력이나 구체적인 조언 또는 지원이 필요한 경우 Questel IP 컨설팅 팀에 문의하세요 .

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