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공장 초미세먼지 90%이상 줄이는 복합집진기 개발

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2018년 10월 29일 12:32 프린트하기

시민들이 마스크를 쓴채 서울 광화문 앞을 지나고 있다. 수도권 미세먼지 농도는 세계보건기구(WHO) 권고치의 2~3배를 넘기며 기승을 부리고 있다.
시민들이 마스크를 쓴채 서울 광화문 앞을 지나고 있다. 수도권 미세먼지 농도는 세계보건기구(WHO) 권고치의 2~3배를 넘기며 기승을 부리고 있다.

국내 연구진이 입자와 가스 형태를 띠고 있는 다양한 초미세먼지를 90% 이상 제거하는 기술을 개발했다. 초미세먼지 배출량 중 32%를 차지하는 산업시설과 배출량의 19%를 내뿜는 화력발전소 공정에 적용할 경우 초미세먼지 배출량을 크게 줄일 수 있을 것으로 기대된다.


국가과학기술연구회 FEP융합연구단은 각종 연료를 태우는 과정에서 발생하는 초미세먼지를 제거하는 복합 기술을 개발했다고 29일 밝혔다. 입자 형태의 초미세먼지는 한국에너지기술연구원이, 가스 형태의 초미세먼지는 한국기계연구원이 기술 개발을 담당했다.


심준목 FEP융합연구단 책임연구원(에너지연 청정연료연구실 책임연구원)팀은 원심력을 이용해 초미세먼지를 분리하는 기술에 고성능 필터를 결합해 미세먼지를 2중으로 제거하는 기술을 개발했다. 원통형 모양의 구조를 빠르게 회전시켜서 내부 공기의먼지가 원심력에 의해 원통 밖으로 분리되게 하는 장치를 ‘사이클론’이라고 한다. 기존의 사이클론은 새어나가는 공기가 많아 내부 압력이 많이 떨어지고, 그에 따라 에너지 손실이 높아진다는 단점이 있었다. 

 

먼지 잡는 2중벽 사이클론의 원리. -사진 제공 FEP융합연구단
먼지 잡는 2중벽 사이클론의 원리. -사진 제공 FEP융합연구단

심 연구원팀은 사이클론의 벽을 이중으로 만들어 압력의 손실을 70% 이상 줄이고, 여기에 고성능 필터를 추가로 달아 미세먼지를 두 번에 걸쳐 90% 이상 제거하는 방법을 개발했다. 1차로 사이클론에서 미세먼지의 70% 이상이 제거된 상태기 때문에, 필터를 사용할 때 가장 문제가 되는 먼지에 의한 필터 막힘 현상이 사라지고 필터 수명이 두 배 늘어나는 부수적인 효과도 얻었다. 이렇게 만들어진 집진장치는 크기가 기존 집진장치의 2분의 1 수준으로 작다.


길상인 FEP융합연구단 책임연구원(기계연 환경기계연구실 책임연구원)팀은 흔히 ‘2차 초미세먼지’로 불리는 가스 형상의 초미세먼지를 제거하는 기술을 개발했다. 연구팀은 대기 중 질소산화물(NOx)과 황산화물(SOx) 농도를 제거하기 위해 이들을 화학적으로 변화시킬 환원제를 분사하는 방법을 개선했다. 보통은 액체 상태의 환원제를 분사하는 방법을 썼지만, 화학 반응 속도가 느리다는 단점이 있었다. 길 책임연구원팀은 높은 온도의 연소 가스와 스팀을 이용해 환원자를 저분자 형태의 기체로 뿌리는 방식을 개발했다. 


실험 결과 NOx와 SOx 제거 효율이 기존보다 50% 이상 개선된다는 사실을 확인했다. 또 연소 과정에서 생기는 수분을 모아 오염물질 제거 공정에 재사용해, 물이 부족한 지역에서도 활용할 수 있게 했다.  

 

사이클론과 필터의 이중구조. - 사진 제공 FEP 융합연구단
사이클론과 필터의 이중구조. - 사진 제공 FEP 융합연구단

이재구 FEP융합연구단장(에너지연 책임연구원)은 “초미세먼지 및 유발물질을 제거하는 기술은 기존에도 있었지만, 여러 단계로 복합적으로 활용해 효율을 높인 시스템은 별로 없었다”며 “실용화가 가능한 핵심기술을 확보한 만큼 국가적 초미세먼지 해결에 도움이 되면 좋겠다”고 말했다.


연구팀은 국내 500기 정도 존재하는 폐기물 에너지자원화 설비에 우선 보급될 계획이며, 화력발전소에도 활용하기 위해 발전사들과 논의 중이다. 중국 석탄 연소 설비에도 적용할 수 있도록 국내 환경전문기업과 중국 현지기업과도 협의 중이다.
 

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