에너지연·기계연, 입자와 가스상 배출 초미세먼지 90%이상 저감

고성능 저비용 조합형 집진기.<사진=한국에너지기술연구원 제공>
고성능 저비용 조합형 집진기.<사진=한국에너지기술연구원 제공>
초미세먼지 피해 우려가 지속되는 가운데 배출은 줄이고 제거 효율은 높은 기술이 개발돼 주목된다.

한국에너지기술연구원과 한국기계연구원 등이 참여하는 FEP융합연구단(단장 이재구 에너지연 책임연구원)이 1, 2차 초미세먼지(입자와 가스상 배출) 배출량을 기존대비 90% 이상 줄일 수 있는 기술을 개발했다고 29일 밝혔다.

초미세먼지는 2.5 μm(마이크로미터)보다 작은 입자로 화력발전소(19%), 경유차(15%), 각종 산업시설(32%) 등을 통해 연간 약 85만톤 배출된다. 이중 10%는 입자 상태의 1차 초미세먼지, 90%는 가스 상태의 2차 초미세먼지로 배출돼 국민 건강에 영향을 미치고 있다.

현재 화력발전소 등 각종 에너지 사용, 생산 시설은 미세먼지 제거를 위한 환경설비를 갖추고 있지만 배출 물질의 다양성으로 어려움을 겪는 상황이다. 이를 극복하기 위해 고성능 집진기술과 지구온난화 지수가 이산화탄소의 300배에 달하는 아산화질소 발생도 함께 억제할 수 있는 설비 구현이 필요하다.

에너지연 연구팀은 입자상 초미세먼지의 배출농도를 줄이기 위해 자체 개발한 이중벽 구조의 저압손 싸이클론(미세먼지를 관성력과 원심력 집진원리를 이용해 제거하는 집진장치)과 새로운 방식의 필터 재생시스템을 결합한 신개념 집진시스템을 구축했다.

1차 집진부인 저압손 싸이클론에서 유입되는 먼지가 70% 이상 제거된 후 2차 집진부인 백필터 집진기로 유입되며 여과필터 먼지 부하량이 감소하는 원리다. 이 기술이 적용되면 탈진 공정 주기가 길어져 필터 수명이 2배 이상 늘어나며 초미세먼지 배출농도가 기존 대비 90%이상 저감된다.

일반적인 싸이클론은 운전시 압력손실이 높아 에너지 소비가 많고 마모성 분진에 취약하다는 단점이 있어 연소공정 후단 환경설비로 적합하지 않았다. 연구팀이 개발한 이중벽 구조의 저압손 싸이클론은 압력손실을 70% 이상 감소시켜 에너지 효율을 높이고 싸이클론 외벽의 기계적 마모도 줄여준다.

또 충격기류방식과 역기류 재생방식이 복합된 새로운 필터재생기술을 개발해 초미세먼지 배출 농도를 90% 이상 저감하고, 기존 백필터 재생과정에서 미세먼지가 높은 농도로 배출되는 문제도 해결했다.

기계연 연구팀은 고온가스재순환(Hi-FGR) 방법과 환원제 열분해 방식을 적용, 가스상 초미세먼지 유발 물질인 질소산화물과 황산화물의 제거 효율을 기존 대비 50%이상 향상시켰다.

특히 연소과정에서 생성된 수분을 응축, 오염물질 제거공정에 재사용함으로써 물 부족 지역에서도 활용이 가능하도록 했다.

연구단이 개발한 기술은 약 500기에 이르는 폐기물에너지 자원화 설비에 우선 보급될 예정이다. 중국 석탄연소설비 성능 개선을 위해 중국 현지기업과도 공동 협의를 진행 중이다.

이재구 단장은 "초미세먼지와 미세먼지 유발물질을 제거하는 단위기술은 많이 소개돼 왔으나 이번 연구에서처럼 다단복합과 동시처리가 가능한 고효율 시스템을 개발하고 활용한 사례는 찾아보기 어렵다"며 "국가적 초미세먼지 문제 해결에 도움이 될 수 있는 실용화 핵심기술을 확보했다는데 의의가 있다"고 설명했다.

한편 FEP융합연구단은 온실가스 배출 저감 기술개발을 위한 국가과학기술연구회 미래선도형 융합연구단. 주관기관인 에너지연과 기계연, 한국생산기술연구원, 한국표준과학연구원, 위탁기관, 기업 등이 참여하고 있다.

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