자동차 열관리 분야에서 R290(프로판)과 같은 작동유체가 다시 주목받는 이유는 단일하지 않습니다. 환경 규제는 더욱 강화되고 있고, 전기차는 히트펌프 효율에 더욱 민감해지고 있으며, PFAS 관련 대체 경로에 대한 평가도 빠르게 진행되고 있습니다. 동시에 완성차 업체와 1차 공급업체는 열관리 시스템을 단순한 “공조 서브시스템”이 아니라, 주행거리, 충전 성능, 승차감, 안전성에 모두 영향을 미치는 핵심 플랫폼으로 재정의하고 있습니다. R290은 바로 이러한 변수들이 교차하는 지점에 위치합니다. 낮은 지구온난화지수(GWP)를 갖고 있고, 열역학적 성능이 지속적으로 주목받고 있으며, 이미 여러 주요 자동차 공급업체가 공개한 전기차 열관리 솔루션에 포함되어 있습니다. 동시에 R290은 고인화성 냉매에 속하기 때문에 안전 설계의 진입 장벽이 매우 높습니다. 이로 인해 자동차 분야에서의 도입은 매력과 난이도를 동시에 지니고 있습니다.[1][3][4][5]

R290과 자동차 열관리의 관계는 우선 히트펌프/냉동 회로의 작동유체라는 점에서 시작됩니다

자동차 열관리에서 R290이 위치하는 곳은 전통적인 수냉 회로의 냉각수가 아니며, 단독 부속 소재 역시 아닙니다. 현재 공개 자료에서 제시되는 적용 방향은 전기차 열관리 시스템 내 냉매/히트펌프 작동유체에 집중되어 있습니다. 즉, 탑승자 캐빈 공조, 히트펌프 냉난방 회로에 적용되며, 배터리, 전기구동계, 전력 전자장치의 온도 제어 요구와 결합되는 구조입니다. ZF가 공개한 TherMaS는 프로판을 냉매로 사용하는 전기차용 열관리 시스템으로 정의되며, 최소 10kW의 냉방 및 난방 성능을 제공하고, -25°C에서 +35°C까지의 외기 조건에서 작동합니다. Bosch Mobility가 공개한 히트펌프 유닛 또한 propane refrigerant를 통합한 솔루션임을 명확히 밝히고 있으며, MAHLE는 2025년 CES 공개 자료에서 자사의 Thermal Management Module이 PFAS-free R290 refrigerant와 호환되며, 이를 배터리 급속 충전, 주행거리, 배터리 수명 관리와 연결하고 있다고 설명했습니다.[3][4][5]

이 점이 중요한 이유는, R290이 이미 단순히 “이론적으로 사용 가능한 대체 냉매”의 수준을 넘어, 차량급 열관리 아키텍처의 후보군에 진입했음을 보여주기 때문입니다. 공급업체가 R290을 양산 지향형 열관리 모듈에 포함시키기 시작하면, 시장의 논의는 더 이상 실험실 수준에 머무르지 않고, 플랫폼 개발, 규제 평가, 공급망 준비, 안전성 검증 단계로 확장됩니다.[3][5]

R290이 자동차 열관리 시스템에 진입하는 첫 번째 배경은 규제와 환경 목표입니다

규제 측면에서 보면, EU의 모바일 공조 시스템(MAC) 관련 방향성은 매우 분명합니다. 2017년 1월 1일부터 EU 시장에 새롭게 출시되는 모든 신규 차량은, 모바일 공조 시스템에 사용되는 불소계 온실가스의 GWP가 150 미만이어야 합니다. 또한 EU 공식 자료는 R1234yf, R744, R290을 모바일 공조용 친환경 대체 냉매 옵션으로 함께 제시하고 있습니다. 이는 완성차 업체 입장에서 냉매 선택이 더 이상 과거의 관성이나 비용 선호의 문제가 아니라, 규제 기준, 환경 목표, 장기 기술 로드맵의 공동 영향을 받는다는 의미입니다.[1]

전기차 열관리 시스템에서 R290 히트펌프 회로의 개념도

이러한 맥락에서 R290의 환경 특성은 매우 매력적입니다. EU 공식 자료는 R290을 초저 GWP 냉매로 분류하고 있으며, ASHRAE 역시 R290을 정식 냉매 번호 체계에 포함하고 있습니다. 동시에 업계 전반에서는 PFAS 대체 이슈가 보다 폭넓게 논의되고 있고, MAHLE는 공개 자료에서 R290을 PFAS-free 경로와 직접 연결하고 있습니다. 전기차 열관리 관점에서 이러한 낮은 GWP와 비불소계 경로는 정책적, 브랜드 커뮤니케이션 측면에서 모두 강점을 가집니다.[1][2][5]

특히 주목할 점은 인도 환경·산림·기후변화부가 2026년에 전기차용 저 GWP 모바일 공조 시스템에 관한 연구 입찰을 별도로 발주했다는 점입니다. 해당 연구는 승용차, 트럭, 운송용 냉동 차량을 포괄하며, 저 GWP 냉매의 열역학 성능, 안전 분류, 현지 기후 적합성, 비용, 공급망, 서비스 네트워크 성숙도를 종합적으로 평가하도록 요구하고 있습니다. 한 국가의 부처가 “저 GWP 차량용 공조 냉매 경로”를 공식 연구 의제로 채택했다는 사실만으로도, 이 주제가 결코 주변적인 이슈가 아님을 보여줍니다.[6]

R290이 주목받는 이유는 낮은 GWP뿐 아니라 전기차 효율, 주행거리, 히트펌프 성능과 직접 연결되기 때문입니다

만약 R290이 단지 친환경성만을 갖고 있었다면, 자동차 산업에서 이처럼 큰 관심을 끌지는 못했을 것입니다. R290이 실제로 완성차 업체와 1차 공급업체의 시야에 들어온 이유는 전기차 열관리 효율과의 밀접한 연관성에 있습니다. ZF는 2025년 공개 자료에서 TherMaS가 열 활용 최적화와 겨울철 효율 향상을 통해 최대 10%, 극한 조건에서는 최대 30%까지 주행거리 향상에 기여할 수 있다고 밝혔습니다. Bosch는 propane heat pump를 통합한 솔루션을 운전 편의성을 높이면서도 주행거리 손실을 최소화하는 경로로 정의하고 있으며, MAHLE 또한 차세대 열관리 모듈의 핵심 가치를 주행거리 향상, 고출력 충전 지원, 배터리 온도 제어에 두고 있습니다.[3][4][5]

학술 연구 역시 이러한 산업적 움직임을 뒷받침합니다. 2025년 Case Studies in Thermal Engineering에 발표된 논문은 프로판 기반 히트펌프가 전기차에서 난방 및 냉방 성능을 개선할 수 있으며, -35°C에서 0°C 구간의 시험 조건에서 R1234yf 대비 더 우수한 효율과 열출력을 보였고, 한랭 환경에서 최대 약 5%의 주행거리 향상 효과를 제공할 수 있다고 보고했습니다. 2022년 Energy Reports에 발표된 연구는 R290 전기차 히트펌프 공조 시스템이 고온 냉방과 저온 난방 조건 모두에서 우수한 성능을 나타낸다고 밝혔습니다. 또한 2024년 Science China Technological Sciences에 게재된 실험 연구는 전기차용으로 개발된 R290 증기분사 히트펌프 시스템이 -30°C에서 0°C 환경 범위에서 작동 가능하며, 충전량, 분사 압력, 캐빈 온도 등의 파라미터에 대해 체계적인 분석을 수행했다고 설명했습니다.[7][8][9]

이는 R290이 자동차 분야에서 진지하게 논의되는 이유가 단순히 기존 냉매 하나를 대체하기 위해서가 아니라, 차량 열관리 시스템의 종합 성능 지표, 즉 냉방, 난방, 주행거리, 겨울철 성능, 충전 과정에서의 온도 제어 능력, 시스템 크기와 통합도에까지 영향을 줄 수 있기 때문임을 의미합니다.[3][5][7][8][9]

전기차 열관리 시스템에서 R290 히트펌프 회로의 개념도
전기차 열관리 시스템에서 R290 히트펌프 회로가 캐빈, 배터리, 전기구동계와 형성하는 결합 관계.

그러나 동시에 분명한 과제도 존재합니다: R290은 A3 냉매이며, 인화성은 일반적인 대체 경로보다 훨씬 높은 장벽을 형성합니다

R290의 가장 큰 논쟁 지점 역시 매우 명확합니다. ASHRAE의 공식 분류에 따르면 R290은 A3 냉매로, 즉 저독성이지만 고인화성을 가진 냉매입니다. 영국 F-Gas Register의 기술 자료 역시 R290을 highly flammable refrigerant로 명시하고 있습니다. 이 특성은 자동차 산업에서 더욱 크게 확대되어 해석됩니다. 차량 환경은 진동, 충돌, 협소한 공간, 고밀도 전기장치, 다수의 열원, 높은 승객 안전 요구, 복잡한 애프터서비스 정비 시나리오를 포함하기 때문입니다. 따라서 완성차 업체가 A3 냉매를 수용하려면 반드시 “시스템 수준에서 안전이 통제 가능하다”는 전제가 필요합니다.[2][10]

학술 문헌은 이러한 위험성을 보다 구체적으로 보여줍니다. 2020년 International Journal of Refrigeration에 발표된 연구는 R290이 자동차 공조 시스템에서 누출될 때의 농도 분포와 위험 특성을 분석했으며, 증발기 누출이 고위험 시나리오라고 지적했습니다. 그 이유는 냉매가 승객실로 유입되어 국소적으로 위험 농도를 형성할 가능성이 있기 때문입니다. 또한 2023년 관련 연구는 전기차 엔진룸(또는 파워트레인 구획) 시나리오에서 응축기 누출이 더욱 위험한 가연성 영역 분포를 초래할 수 있으며, 누출 구멍의 크기와 충전량이 위험 수준에 큰 영향을 준다고 설명했습니다. 이와 함께 전기차 히트펌프 시스템의 누출 및 연소 특성에 대한 실험 연구는 R290이 잠재적 누출 과정에서 화재 또는 폭발 위험을 야기할 수 있음을 보여주며, 이것이 상용화 확산의 핵심 안전 제약 중 하나임을 시사합니다.[11]

바로 이러한 이유로 최근 연구와 산업계 공개 자료에서는 “secondary loop”, “indirect heat pump”, “safety regulations”, “charge reduction”와 같은 키워드가 반복적으로 등장합니다. 2025년 단일 루프 및 이중 루프 간접식 프로판 히트펌프에 관한 연구는 propane를 사용할 경우 안전 규정을 충족하는 단일 또는 이중 루프 간접 시스템 구성이 필요하다고 명시했습니다. 또한 2025년 The Innovation Energy의 리뷰 논문도 R290은 인화성 제약 때문에 종종 2차 루프 시스템이 필요하다고 설명합니다.[12][13]

최종 판단: R290의 자동차 기회는 이미 시작되었으며, 실제 확산 속도는 효율 향상과 안전 폐루프가 동시에 성립하는지에 달려 있습니다

공식 자료와 최근 연구를 종합해 보면, R290은 이미 자동차 열관리 분야에서 기술 평가와 시제 시스템 전시 단계에 실질적으로 진입했습니다. 주요 적용 지점은 전기차 히트펌프, 캐빈 공조, 그리고 배터리·전기구동계와 결합된 통합 열관리 모듈에 집중되어 있습니다. R290이 주목받는 이유는 낮은 GWP와 히트펌프 효율 향상이 강력한 조합을 이루기 때문이며, 도입이 느리게 진행되는 이유는 A3 인화성이 시스템 설계, 안전 검증, 규제 입증의 장벽을 크게 높이기 때문입니다.[1][2][3][4][5]

따라서 “인화성과 폭발성을 지닌 R290이 왜 여전히 자동차 열관리 시스템으로 들어오는가”에 대한 가장 정확한 대답은 다음과 같습니다. R290은 완성차 업체가 진지하게 평가할 만한 효율성과 환경 가치를 제공하는 동시에, 업계에 보다 성숙한 안전 엔지니어링 솔루션을 요구합니다. 이 두 축이 함께 진전되는 한, R290의 자동차 열관리 분야 내 존재감은 앞으로도 계속 확대될 것입니다.[7][8][9][12][13]

References

  1. European Commission. Mobile air-conditioning systems (MACs).
  2. ASHRAE. ASHRAE Refrigerant Designations.
  3. ZF. Comfortable temperature for electric cars: New ZF thermal management system increases range by up to 10 percent.
  4. Bosch Mobility. Heat pump unit.
  5. MAHLE. CES 2025: MAHLE on Display with Electrification as the Focus.
  6. Ministry of Environment, Forest and Climate Change, India. Study on use of Low GWP Mobile Air-Conditioning (MAC) in India’s electric vehicles.
  7. Khader, S. et al. 2025. Electric vehicle heat pump system operated with R290... Case Studies in Thermal Engineering.
  8. Huang, Y. et al. 2022. Research on the electric vehicle heat pump air conditioning system with R290 refrigerant. Energy Reports.
  9. Yang, Y.C. et al. 2024. Performance analysis of an R290 vapor-injection heat pump system for electric vehicles. Science China Technological Sciences.
  10. UK F-Gas Register. Flammable refrigerants in air conditioning and heat pump systems.
  11. Li, K. et al. 2020. Experimental investigation on combustion characteristics of R290/R1234yf...
  12. Kwon, S. et al. 2025. Single- and dual-loop indirect heat pumps with propane...
  13. Future development trends in new energy vehicle thermal management system... The Innovation Energy, 2025.