질소산화물, 물 + 질소로 바꿔
디젤차 배출 매연 95%까지 저감
반도체 등 활용 이어 발전소 실험
디젤차 배출 매연 95%까지 저감
반도체 등 활용 이어 발전소 실험
웰컴 투 'R&D 랩'
기계연 플라즈마연구실
최근 방문한 대전 유성구 한국기계연구원 플라즈마연구실. 연구실 전원을 끄고 유리관 안에 있는 아크 플라즈마를 작동시킨 후 노즐을 통해 공기와 연료를 주입하자 플라즈마 버너에서 파란색 섬광이 선명하게 보였다. 기체, 액체, 고체가 아닌 '제4의 물질 상태'로 불리는 플라즈마가 생성된 것으로, 플라즈마 버너가 정상 작동하기 시작했음을 의미한다.
이것은 연구팀이 플라즈마 버너 기술을 적용해 실험실 수준에서 구현해 놓은 '탈질촉매 설비'다. 이 설비는 화력발전소에서 배출되는 질소산화물을 물과 질소로 바꿔 오염물질을 줄여준다.
◇플라즈마 버너, '미세먼지 해결사' 주목=문재인 대통령이 미세먼지 저감 대책의 일환으로 노후화된 석탄화력발전소의 가동 중단을 지시하면서 미세먼지를 줄이는 핵심 기술로 플라즈마 버너 기술이 주목받고 있다.
이 설비의 핵심은 플라즈마 버너 기술로, 매연저감장치(DPF)에 적용하면 디젤차에서 배출되는 매연을 최대 95%까지 저감할 수 있다. DPF는 대기오염을 줄이기 위해 디젤차의 배기관에서 배출되는 매연의 95% 이상을 필터에 포집해 태우는 장치다. 제대로 작동하려면 배기가스 온도가 약 300도 이상으로 유지돼야 한다. 하지만 실제 도로를 주행하는 차량이 내뿜는 배기가스 온도는 이보다 매우 낮아 배출가스 온도를 높이기 위해 플라즈마 버너 기술을 적용한다.
디젤차에서 배출되는 매연을 필터에 포집하고 이를 플라즈마로 태워 매연을 줄이는 것처럼, 발전소에서 나오는 질소산화물을 줄이기 위해 고온의 플라즈마 버너와 요소수(urea)를 이용한다. 요소수는 경유차의 배기가스에 뿌려 질소산화물을 저감하는 물질이지만, 증발하지 않아 활용하기 어려웠는데 플라즈마 버너를 통해 증발시키고 질소산화물을 물과 질소로 배출시키는 역할을 한다.
송영훈 기계연 환경연구본부장은 "플라즈마 버너를 이용하면 50PPM 수준이던 질소산화물을 5PPM으로 90% 이상 줄일 수 있다"면서 "안전성이 높고 많은 에너지를 들이지 않고도 질소산화물을 줄일 수 있는 현존하는 세계 최고 수준 기술로 평가받고 있다"고 말했다.
◇자동차·선박에 이어 발전소서 실증 테스트=플라즈마 버너 기술을 장착한 탈질촉매 설비는 이미 자동차, 선박 등에 채택돼 상용화에 성공했다. 자동차의 경우 여과 필터에 플라즈마 버너 기술이 적용돼 배출가스를 줄이는 데 사용되며, STX와 현대중공업 등 국내 조선기업이 만든 선박에도 장착됐다. 이에 앞서 SK하이닉스, 삼성전자 등 국내 굴지의 반도체 기업에 기술을 이전해 반도체 공정에 나오는 유해물질을 줄이는 데도 쓰이고 있다.
여기에다 미세먼지의 원인 물질인 질소산화물을 많이 배출하는 열병합발전소에서도 실증 테스트가 진행되고 있다. 일산 열병합발전소에 설비를 설치해 기술의 가능성을 검증하고 완성도를 높이는 작업을 진행한느 것.
송 본부장은 "이미 여러 분야에 적용돼 기술의 안전성과 신뢰성이 확인된 만큼 열병합발전소를 포함한 다른 발전소에도 설비 적용에 큰 문제가 없을 것으로 본다"면서 "세계적으로 환경오염 문제가 점점 심각해지고 관련 규제가 까다로워지는 상황에서 우리 기술을 솔루션으로 제공하기 위해 최선을 다하겠다"고 말했다.
대전=이준기기자 bongchu@dt.co.kr
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