한국기계연구원, 굴뚝 백연 속 응축성 미세먼지 제거 시스템 개발
냉각·흡수 하이브리드 방식으로 흰 연기와
응축성 미세먼지까지 한 번에 제거
뜨거운 연기를 급속도로 식혀 기체 상태 먼지를 액체로 잡아낸다
화력발전소와 폐기물 소각장 등에서 발생하는 흰 연기(白煙·백연) 속 응축성 미세먼지를 액체로 바꿔 제거하는 기술이 개발됐다. 유기탄소와 황산염 등 인체에 해로운 성분이 포함되어 있지만 아직 배출에 대한 별도의 규제가 없었던 흰 연기 속 응축성 미세먼지 해결에 도움이 될 전망이다.
한국기계연구원(원장 박상진, 이하 기계연) 환경시스템연구본부 그린동력연구실 김영민 책임연구원은 굴뚝에서 배출되는 흰 연기에 냉각과 흡수를 동시에 적용하여 오염물질을 제거하는 ‘냉각·흡수 하이브리드 응축성 미세먼지 제거 시스템’을 개발했다.
화력발전소나 사업장의 굴뚝에서 내뿜는 흰 연기는 수분이 대부분이지만 일부 인체에 유해한 응축성 미세먼지가 포함되어 있다. 응축성 미세먼지는 처음 고온 상태로 대기에 배출될 때는 기체 상태로 존재하다가 대기 중에서 냉각되면서 입자로 변하기 때문에 제거하는 데 어려움이 있었다.
응축성 미세먼지뿐만 아니라 수분만 포함된 흰 연기도 겨울철에는 도로의 결빙을 유발할 수 있고, 일조량을 감소시키거나 대기 중 오염물질의 확산을 방해하는 등 인근 지역의 공기 질을 악화시키는 원인이 될 수 있다
연구팀은 굴뚝에서 뿜어져 나오는 100℃ 이상의 배기가스가 배출되기 전 미리 상온 가까이 냉각시키고, 가스가 기체에서 액체로 변하면 필터로 수분기를 제거하고 응축성 미세먼지도 걸러냈다.
연구팀은 이런 방식으로 수분기와 응축성 미세먼지를 각각 70%, 80% 제거한 다음 남은 수분을 녹여내는 흡수제를 분사해서 한 번 더 수분을 흡수 제거하게 된다. 최종적으로 처음 배출되었던 상태보다 수분기와 응축성 미세먼지가 85% 수준까지 제거되는 결과를 얻었다.
지금까지는 이런 흰 연기를 제거하기 위해 비교적 장치구성이 간단한 냉각방식을 적용해왔지만, 냉각방식만으로는 제거 효과가 떨어지고, 제거효율이 높은 흡수제 방식은 장치 구성이 복잡하고 흡수제 재사용에 다시 많은 열에너지가 필요하다는 한계가 있었다.
연구팀은 장치 구성이 간단한 냉각방식으로 흰 연기와 그 속의 응축성 미세먼지를 최대한 제거한 다음 흡수제 방식을 적용했다. 흡수제 방식에 드는 부담을 줄이고 냉각 시 회수한 열을 흡수제와 수분을 분리하여 다시 사용하는 재생 과정에 활용하는 것이 특징이다.
김영민 책임연구원은 “이 기술은 흰 연기뿐만 아니라 아직 제대로 관리되지 않고 있는 응축성 미세먼지까지 동시에 제거하면서 배기열을 상온 정도로 100% 회수해 사용할 수 있는 기술”이라며 “이 기술을 적용하면 국내 발전소나 사업장 굴뚝에서 내뿜는 배기가스 속 수분과 응축성 미세먼지를 획기적으로 저감할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
연구팀은 이 기술을 환경설비업체인 하이스트㈜에 기술이전 했으며, 시스템 용량을 키워서 현장 실증 사업을 추진할 계획이다.
이번 연구는 기계연 기본사업 ‘배기냉각과 흡수식이 결합된 하이브리드 백연/배기배출물 저감 시스템 개발’의 지원을 받아 수행됐다.
한국기계연구원 환경시스템연구본부
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