‘박현설 박사팀, 산업공정 배출 미세먼지 90%이상 추가 저감 가능’
한국에너지기술연구원(원장 김종남) 박현설 박사는 산업공정에서 배출되는 미세먼지를 기존 기술과 비교하여 90%이상 추가로 저감할 수 있는 집진 기술을 개발했다.
최근 수년에 걸쳐 심각한 사회적문제로 이슈화된 미세먼지 문제의 개선을 위해서는 국내 대기오염물질 배출량을 획기적으로 줄여야만 한다. 국내 전체 배출량의 절반정도를 차지하고 있는 산업분야의 경우, 대기오염물질은 반드시 방지시설을 거쳐서 대기 중으로 배출되도록 되어 있다. 국내에서 현재 운영되고 있는 대기오염방지시설의 약 60%는 먼지를 처리하는 집진시설로 가장 높은 비중을 차지하고 있어 국내 대기환경 개선을 위해서는 보다 높은 효율을 갖는 집진기술이 요구된다.
한국에너지기술연구원에서 개발한 집진기술은 압력손실이 낮은 싸이클론 기술과 먼지배출을 큰 폭으로 줄이면서도 안정적인 운전인 가능한 여과집진기술이 접목된 조합형 집진기술이다.
기존의 싸이클론 집진기는 운전시 압력손실이 높아 에너지 소비가 많고 마모성 분진에 취약하다는 단점이 있지만, 연구팀이 개발한 싸이클론은 슬릿이 형성된 이중의 외벽구조를 갖도록 설계되어 있어 싸이클론의 압력손실을 기존 대비 50% 이상 감소시켜 동력비용이 절감되며, 싸이클론 외벽의 마모 문제가 발생되지 않는다는 특징이 있다.
또한 필터를 사용하는 기존의 여과집진기술은 처리가스의 조건에 구애받지 않고 높은 집진효율을 유지할 수 있다는 장점이 있으나, 먼지가 포집된 필터의 높은 압력손실으로 인해 동력비 등 운전비용이 높고, 필터에 쌓인 먼지를 주기적으로 털어내는 탈진이 원활하게 이루어지지 않는 경우가 빈번하며, 탈진과정에서 높은 농도의 먼지가 대기 중으로 배출되는 단점을 갖고 있다. 특히 크기가 작은 미세먼지의 경우에는 탈진효율이 더욱 저하되고 잦은 탈진조작으로 인해 먼지배출이 더욱 증가하게 된다. 반면, 이번에 개발된 여과집진기술은 필터를 통과하는 기류의 방향을 제어하는 탈진기술을 적용함으로써 보다 적은 에너지를 사용하면서도 필터에 쌓인 먼지를 보다 쉽게 털어낼 수 있었으며, 필터 탈진효율이 큰 폭으로 향상되어 집진장치의 운전안정성이 개선되었다. 특히 탈진시 순간적으로 배출되는 먼지의 농도가 기존기술과 비교하여 10% 이하로 감소하는 높은 집진성능을 보였다.
저압손 싸이클론 기술과 고효율 여과집진 기술이 조합된 집진장치는 먼지가 일차적으로 싸이클론에서 제거된 후 여과집진부로 유입되도록 구성되어 있으며, 싸이클론에서 80% 이상의 먼지가 제거되고 나머지 먼지는 필터에서 제거된다. 따라서 필터에 대한 먼지부하가 큰 폭으로 낮아지기 때문에 필터 탈진주기가 증가하여 결과적으로 먼지배출이 더욱 낮아지며 집진기의 운전안정성은 보다 개선된다. 처리가스 유량 2,000 m3/hr 및 유입 먼지농도 20 g/m3 조건에서 개발된 조합형 집진장치를 시험한 결과 먼지배출농도는 기존 기술대비 1/10인 수준인 0.32 mg/m3으로 감소하였으며, 탈진 주기는 4배까지 증가하는 것으로 확인되었다.
본 조합형 집진장치는 향후 국내외 제철, 발전, 시멘트, 조선, 자동차, 소각 분야의 연소시설 및 생산제조시설에 적용될 전망이다.
박현설 박사는 “이번에 개발된 집진기술은 기존 기술의 한계를 극복하고 산업분야의 먼지배출을 획기적으로 저감시킬 수 있는 기술적 수단을 확보하였다는 점에서 그 의의가 높다”고 말했다.
또한 “궁극적으로는 향후 먼지배출 제로를 추구하는 산업 생태계를 구축하는데 핵심적인 역할을 담당할 것”이라고 덧붙였다.
한편, 본 기술은 [국가과학기술연구회 융합연구단 사업 (과제명 : 초청정·고효율 연료다변화형 미래에너지 생산기술개발)]을 통해 개발되었으며, 과학기술정보통신부 산하 공공연구성과사업화 촉진기관인 과학기술일자리진흥원과 정부지정 기술거래기관인 ㈜내비온을 통해 기술사업화를 위한 수요기업을 탐색하고, 기술이전을 통해 사업화를 추진할 예정이다.
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