국내 연구단, 초미세먼지 90% 잡는 기술 개발

국가과학기술연구회가 지원하는 FEP융합연구단이 각종 연료의 연소 과정에서 발생하는 미세먼지의 발생과 배출을 억제하는 ‘초미세먼지 및 유발물질 제거기술’을 독자 개발했다고 29일 밝혔다.

FEP융합연구단은 온실가스 배출 저감 기술 개발을 위한 국가과학기술연구회 미래선도형 융합연구단 사업이다. 초미세먼지는 크기가 2.5 μm보다 작은 입자로, 화력발전소, 경유차, 각종 산업시설 등을 통해 연간 약 85만톤이 배출되고 있다.

이 중 10%는 입자 상태의 1차 초미세먼지로, 나머지 90%는 가스 상태의 2차 초미세먼지로 배출되고 있다.

한국에너지기술연구원과 한국기계연구원은 각각 1차 초미세먼지와 2차 초미세먼지 물질 제거 분야를 담당해 초미세먼지 관련 유발물질을 높은 효율로 제거하는 기술을 개발했다. 이 기술을 이용하면 1, 2차 초미세먼지를 기존 배출량 대비 90% 이상 줄일 수 있다.

에너지연은 1차 초미세먼지의 배출농 도를 줄이기 위해 자체 개발한 이중벽 구조의 저압손 싸이클론과 새로운 방식의 필터 재생시스템을 결합한 신개념 집진시스템을 구축했다.

1차 집진부인 저압손 사이클론에서 유입되는 먼지가 70% 이상 제거된 후 2차 집진부인 백필터 집진기로 유입되기 때문에 여과필터 먼지 부하량이 크게 감소하는 원리다. 이 기술이 적용되면 필터 수명도 2배 이상 늘어난다.

일반적인 싸이클론은 운전 시 압력손실이 높아 에너지 소비가 많고, 마모성 분진에 취약하다는 문제점이 있어 연소공정의 후단 환경설비로는 적합하지 않다. 연구진이 개발한 이중벽 구조의 독특한 저압손 싸이클론은 압력 손실을 70% 이상 줄여 에너지 효율을 높이고, 싸이클론 외벽의 기계적 마모도 줄여준다.

충격기류방식과 역기류 재생방식이 복합된 새 필터재생기술도 개발해 기존 백필터 재생 과정에서 미세먼지가 높은 농도로 배출되는 문제점을 해결했다.

기계연은 고온가스재순환 방법과 환원제 열분해 방식을 적용해 2차 초미세먼지 유발 물질인 질소산화물과 황산화물의 제거 효율을 기존 대비 50% 이상 끌어올렸다. 연소 과정에서 생성된 수분을 응축, 오염물질 제거 공정에 재사용해 물 부족 지역에서도 활용이 가능하도록 했다.

이전에는 액체 상태의 환원제를 직접 분사하는 방식을 사용했으나 혼합과 반응 속도가 느려 제거 효율이 낮다는 문제가 있었다.

이에 연구진은 고온의 연소가스와 스팀을 이용해 환원제를 저분자 형태의 기체 상태로 분무하는 방식을 개발, 유해물질 제거 효율을 높이는데 성공했다.

이를 통해 대기 중으로 배출되는 질소산화물과 황산화물의 농도를 0~수ppm 수준까지 낮췄다. 필요에 따라 질소산화물과 황산화물의 동시 제거와 선택적 제거 모두 가능하게 했다.

이재구 FEP 융합연구단 단장은 “초미세먼지 및 미세먼지 유발물질을 제거하는 단위기술은 많이 소개돼 왔으나, 다단복합과 동시처리가 가능한 고효율 시스템을 개발하고 활용한 사례는 찾아보기 어렵다”며 “국가적 초미세먼지 문제의 해결에 도움이 될 수 있는 실용화 핵심기술을 확보했다는데 큰 의의가 있다”고 밝혔다.