청정소화약제 종류와 소화 메커니즘
청정소화약제는 화재 진압 후 잔여물을 남기지 않으며, 전기적으로 비전도성인 소화약제를 말합니다.
과거에는 청정소화약제(Clean Agent)라는 명칭을 사용했지만, 현재는 "할로겐화합물 및 불활성기체 소화설비"라고 명명하고 있습니다.
청정소화약제는 크게 할로겐화합물 소화설비와 불활성기체 소화설비 두 가지로 분류할 수 있습니다.
1. 할로겐화합물 소화설비
할로겐화합물 소화설비는 이전에 사용되던 할론(Halon) 소화약제가 오존층 파괴의 주된 원인임이 밝혀진 후, 이를 대체하기 위해 개발된 청정소화약제입니다.
1) 구성 성분
불소(F), 염소(Cl), 브롬(Br) 또는 요오드(I) 중 하나 이상의 원소를 포함하는 유기화합물을 기본성분으로 합니다.
2) 주요 소화 메커니즘
화학적 소화(부촉매 효과)가 주가 되며, 물리적 소화(냉각 효과)가 보조적으로 작용합니다.
화재가 발생해 소화약제가 방사되면, 위의 구성 성분(불소, 염소, 브롬 등의 할로겐 원소)들이 열에 의해 분해되면서 소화 작용을 하는 할로겐 라디칼이 생성됩니다.
이 할로겐 라디칼은 연소 과정에서 불꽃을 유지시키는 활성 자유 라디칼과 빠르게 반응해 그 활성을 없앱니다.
H· & OH· : 활성 자유 라디칼 (연소, 즉 화재가 지속되는 원인)
X· : 할로겐 라디칼
이러한 할로겐 원소별 소화 효과 차이에 대해 알아보면 다음과 같습니다. (소화 효과가 뛰어난 순서대로)
- 브롬 (Br) : 소화 효과가 가장 효과적입니다. 라디칼 반응을 통해 안정한 HBr을 생성하는 능력이 매우 뛰어납니다.
- 염소 (Cl) : 브롬 다음으로 소화 효과가 뛰어납니다.
- 요오드 (I) : 소화 능력은 좋지만, 화합물의 안정성이 낮아 소화약제로 사용하기 어려우며 독성이 강합니다.
- 불소 (F) : 소화 효과가 가장 약합니다.
다만, 브롬을 포함하는 소화약제는 "할론 소화약제"입니다.
잘 알려진 바와 같이, 할론 소화약제는 오존층 파괴 물질로 지정되어 몬트리얼 의정서에 따라 생산 및 사용이 제한되었습니다.
이에 청정소화약제인 할로겐화합물 소화약제에 사용되는 할로겐 원소는 브롬(Br) 대신 불소(F)와 수소(H)가 주성분입니다.
할로겐화합물 소화약제의 종류인 "HFC" 계열은 "불화수소(Fluorine Halides)" 라는 의미입니다.
3) 소화약제 종류 (상품명 또는 화학식 기반)
- HFC 계열 : HFC-125 / HFC-227ea / HFC-23 / HFC-236fa
- FC 계열 : FC-3-1-10
- 기타 : FIC-13I1 / FK-5-1-12 / HCFC BLEND A
이중 가장 널리 알려진 HFC-227ea (FM-200), FK-5-1-2 (NOVEC 1230)에 대해 간단히 알아보겠습니다.
- HFC-227ea (FM-200)
- 미국 UL이 승인한 최초의 소화약제입니다.
- 오존층 파괴 지수(ODP)는 0이지만, 지구온난화지수(GWP)가 비교적 높습니다. (약 3,000 수준)
- FK-5-1-12 (NOVEC 1230)
- HFC-227ea(FM-200)의 대안으로 개발된 차세대 청정소화약제입니다.
- 오존파괴지수(ODP)가 0이고, 지구온난화지수(GWP)가 1로, 현재 사용되는 청정소화약제 중 가장 친환경적입니다.
4) 특징
- 소화 후 약제가 기체 상태로 존재했다가 사라지므로, 분말 소화약제처럼 잔여물이 남지 않아 2차 피해를 최소화합니다.
- 전기가 통하지 않아 C급 화재(전기 화재)에 매우 효과적입니다.
- 오존층 파괴지수(ODP)가 매우 낮거나 0입니다.
2. 불활성기체(Inert Gas) 소화설비
불활성기체 소화설비는 환경 규제와 인명 안전에 대한 인식이 높아지면서 사용되기 시작했습니다.
2016년 몬트리얼 의정서의 키갈리 개정의정서가 채택되면서 지구온난화지수(GWP)가 높은 물질에 대한 단계적 감축이 시행되었습니다.
이에 궁극적인 대안을 모색하기 위해 ODP와 GWP 모두 0에 가까운 불활성기체 소화설비가 주목받기 시작했습니다.
1) 구성 성분
헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 질소(N2) 중 하나 이상의 원소를 기본 성분으로 합니다.
2) 주요 소화 메커니즘
질식 효과 (산소 농도 저하)와 냉각 효과로 소화합니다. 특히, 밀폐된 공간에서 산소 농도를 낮춰 소화하는 방식입니다.
불활성기체 소화약제는 이름 그대로 화학적으로 반응성이 매우 낮거나 없습니다.
이에 연소의 연쇄 반응을 차단하는 부촉매효과는 거의 없으며, 순전히 물리적 소화 (질식 소화) 메커니즘을 이용합니다.
소화약제가 방출되면 공기 중 산소 농도를 15%이하(임계 농도)로 낮추어 불을 끕니다.
3) 소화약제의 종류
- IG-01 : 아르곤 (Ar) 100%
- IG-100 : 질소 (N2) 100%
- IG-55 : 질소 (50%)와 아르곤(50%)의 혼합 가스
- IG-541 (이너젠) : 질소 (52%) + 아르곤 (40%) + 이산화탄소 (8%)의 혼합 가스
IG는 Inert Gas를 의미하며, 국제표준(ISO 14520) 및 미국 NFPA 2001에 정의되어 있습니다.
4) 특징
- 가장 친환경적인 소화약제입니다.
- 인체에 무해합니다.
※ 지구온난화지수(GWP) 란?
이산화탄소의 GWP를 1로 보았을 때, 해당 물질이 지구 온난화에 미치는 상대적인 영향을 나타내는 지수입니다.
GWP가 높은 물질은 지구 온난화의 주범인 온실가스로 분류되어 국제적인 규제 (키갈리 개정서)를 받습니다.
이러한 규제로 인해 GWP 지수가 150미만인 친환경 대체 소화약제로 전환이 진행되고 있습니다.
※ 키갈리 개정의정서란?
기존 몬트리얼 의정서를 개정한 협약입니다.
오존층 파괴물질에 대한 규제를 넘어 지구온난화 효과가 큰 수소불화탄소와 같은 물질에 대한 생산 및 소비를 단계적으로 감축하기 위한 국제 협약입니다.
2016년 채택되어 2019년 발효되었으며, 냉매, 에어로졸 등에 사용되는 수소불화탄소를 줄여 기후변화 대응에 기여하는 것을 목표로 합니다.