[에너지칼럼] 액침냉각, 고발열 전자장비의 미래를 열다

전자장비 냉각 방식은 크게 공랭(Air Cooling), 수랭(In-direct 또는 Direct Liquid Cooling) 그리고 액침냉각(Immersion Liquid Cooling)으로 구분됩니다.

• 공랭: 구조가 단순하고 유지보수가 쉽다는 장점이 있어 데이터센터 등에서 오랫동안 사용되었습니다. 그러나 에너지 효율이 낮고, 고출력 장비의 발열 관리에는 한계가 있습니다.
• 수랭: 전기차 배터리에 주로 적용됐으며, 최근 데이터센터 서버로도 확대되고 있습니다. 공랭 대비 에너지 효율이 높고 고출력 발열 대응이 가능하다는 장점이 있지만, 냉각수가 흐르는 콜드플레이트(Cold plate)와 직접 맞닿는 부분만 냉각되는 구조적 한계가 있습니다.
• 액침냉각: 전자장비 전체를 비전도성 액체에 담가 일괄 냉각하는 방식으로, 기존 기술들의 한계를 보완할 수 있는 대안으로 몇 년 전부터 주목받기 시작했습니다.

액침냉각이 주목받는 이유는 최근 가장 주목받는 산업인 데이터센터와 배터리 분야의 구조적 과제를 비교적 단순한 방식으로 해결할 수 있기 때문입니다.

국제에너지기구(IEA)는 2024년 데이터센터 전력 소비가 약 415 TWh, 전 세계의 1.5% 수준이라고 밝혔습니다. AI 확산으로 고성능 서버 수요가 급증하면서 2030년에는 945 TWh로 두 배 이상 늘어날 것으로 예상되며, 전력 수급 부담과 발열 관리가 주요 과제로 떠오르고 있습니다.

배터리산업은 드물기는 하나 치명적인 화재·폭발 위험을 사전에 방지하고, 현재 30~60분이 소요되는 전기차 급속 충전 시간을 10분 이내로 단축하며, 사용 수명을 향상시켜야 하는 과제를 안고 있습니다.

이러한 과제를 해결하기 위해서는 장기간의 개발 및 대규모 투자가 필요한 것이 일반적이지만, 액침냉각은 기존 서버·배터리 시스템 일부만 개조해도 적용할 수 있고, 발열 제어 효과가 확실해 주목받는 대안입니다.

다만 데이터센터와 배터리 산업은 실증과 신뢰성 평가를 거친 후에야 상용화할 수 있어 적용 확산에는 시간이 필요합니다. 반면, 가상화폐 채굴 산업은 데이터센터와 유사한 환경에서 발열·소음·먼지 문제를 해결하기 위해 액침냉각을 빠르게 도입했고, 대규모 채굴장 적용 사례가 늘고 있습니다.

데이터센터 서버와 배터리 등 전자장비의 발열 문제는 분명하며, 액침냉각 기술은 발열 억제, 장비 수명 연장, 에너지 효율 향상 등 다양한 장점이 있습니다. 그러나 기존 공랭·수랭 기술의 고도화 및 경쟁 심화, 불소계 2-Phase 유체의 재부상, 냉각 기술의 하이브리드화가 맞물리면서 시장 전개는 아직까지 불확실한 부분이 있는 것도 사실입니다.

하지만 이러한 상황에서도 GS칼텍스가 ’23년에 국내 최초 액침냉각유 Kixx Immersion Fluid S를 출시한 이유는, 시장이 본격적으로 형성되면 후발주자의 진입이 사실상 어렵다고 판단했기 때문입니다.

해외 주요 기업들 역시 같은 전략적 판단을 하고 있습니다. 세계적인 에너지·석유화학 기업 Shell은 네덜란드의 액침냉각 전문 스타트업 Asperitas에 투자하고, 액침냉각유체를 출시한 뒤 데이터센터·배터리 관련 글로벌 기업과 협력을 추진했으며, 한국 내 관련 기업들에도 영향력을 발휘하고 있습니다. 영국 에너지·석유화학 대기업 BP Castrol은 약 6,400만 달러를 투자해 액침냉각 연구시설을 구축하고 다양한 글로벌 기업과의 협력을 확대했습니다. 국내에서는 SK엔무브가 미국의 액침냉각 솔루션 기업 GRC에 약 2,800만 달러를 투자하고, 이를 기반으로 글로벌 기업과 협력하며 계열사 SKT, SK온과 함께 액침냉각 기술 실증 및 공동 개발을 진행했습니다.

국내외 주요 윤활유 기업들은 현재 대부분 액침냉각유체 제품을 출시했거나 개발을 진행 중이며, 관련 기술 기업과의 협력도 확대하고 있습니다. 그 이유는 액침냉각 기술이 보편화될 경우 윤활유 산업 전반에 미칠 파급력이 크기 때문입니다.

윤활유 업계가 과거 가장 큰 리스크로 인식했던 변화는 전기차 확산이었습니다. 엔진오일은 내연기관 차량의 핵심 소모품으로, 매출과 이익의 상당 부분을 차지합니다. 하지만 전기차에는 엔진오일이 필요하지 않아, 전기차 보급이 늘면 매출 감소가 불가피하다는 전망이 많았습니다.

액침냉각 기술은 이러한 우려를 완화할 새로운 기회가 될 수 있습니다. 전기차 확산으로 줄어드는 엔진오일 수요를 대체하고, 배터리와 서버 등 냉각 수요가 큰 시장에 진입할 수 있기 때문입니다. 이 때문에 글로벌 윤활유 기업들은 기술 개발과 제품 상용화, 산업별 파트너십을 동시에 추진하고 있습니다.

GS칼텍스는 국내 최초로 Kixx Immersion Fluid S를 출시한 이후, 다양한 시장 수요에 대응하기 위해 추가 3종을 개발·출시하며 제품 포트폴리오를 확대했습니다.

PAO(Poly Alpha Olefin) 기반의 S5와 S30은 높은 에너지 효율과 고인화점을 갖춰 다양한 운용 환경에 적합하도록 설계되었으며, 합성 에스터 기반의 SE와 바이오 유래 소재 기반의 S BIO는 특수 목적과 친환경 요구에 맞춘 제품입니다.

4종 모두 미국 Open Compute Project 기준을 충족하며, NSF 인증과 생분해성 특성을 갖춰 친환경성까지 확보했습니다. 이를 통해 다양한 산업 분야에서의 적용 가능성이 검증되고 있습니다.

액침냉각 기술은 서버, 배터리, 각종 전자시스템과 연동되므로, 산업별 주요 기업과 협력해 실제 환경에서 성능과 안정성을 검증하는 것이 핵심입니다.

GS칼텍스는 메모리 디바이스, 서버, 데이터센터 운영사, 배터리 제조사, ESS, 급속충전기 기업, 관련 스타트업 등과의 협력을 통해 이러한 검증을 하고 있습니다.

액침냉각은 시장 전개에 불확실성이 있지만, 에너지 효율 향상, 장비 수명 연장, 소음 및 설치 공간 절감 등 다양한 효과가 기대됩니다.

글로벌 시장조사기관 Market.us 분석에 따르면, 액침냉각 시장은 2024년 약 13억 달러에서 연평균 18.3% 성장해 2034년 약 72억 달러 규모로 확대될 전망입니다. 또한, 글로벌 시장조사기관 MarketsandMarkets는 글로벌 데이터센터 액체 냉각 시장이 2025년 약 28.4억 달러에서 2032년 약 211.4억 달러로 확대될 것으로 전망했습니다. 데이터센터와 배터리 산업 모두 발열 관리가 핵심 과제로 떠오르는 만큼, 이러한 시장 수요는 중장기적으로 꾸준히 확대될 가능성이 높습니다.

국내 최초로 액침냉각 유체를 상용화 수준까지 개발한 경험을 가진 GS칼텍스는 데이터센터와 배터리 등 발열 관리가 중요한 산업에서 협력 범위를 넓혀가고 있습니다. 단순한 기술 공급을 넘어, 파트너와 함께 실제 운영 환경에서 성능과 안정성을 검증하며 사업화를 가속화하고 있습니다.

액침냉각은 전기차 확산으로 축소되는 엔진오일 수요를 보완할 수 있는 새로운 성장 기회이자, 에너지·전자장비 분야에서 전력 효율과 장비 수명에 직접 기여할 수 있는 인프라입니다. 이러한 잠재력을 기반으로 GS칼텍스는 윤활유 사업의 새로운 축을 만들며, 미래 성장 시장을 선도할 준비를 하고 있습니다.