최근 환경 분야의 최대 이슈는 뭐니 뭐니 해도 ‘미세먼지’일 테다.
인체에 악영향을 미친다는 이 오염물질로부터 호흡기를 보호하기 위한 마스크 착용이 부쩍 늘었고, 정부는 일평균 미세먼지 농도 예보에 나섰다. 송동근 한국기계연구원 환경기계연구실장이 선보인 초미세먼지·유해가스 배출 저감 청정시스템 기술에 세간의 이목이집중하는 이유다.
보이지 않아도 느낄 수 있다. 존재만으로 숨쉬기 답답하고 눈과 목이 따갑다. 매우 작아서미세먼지라고 불리지만, 진짜 이름은 따로 있다. 바로 입자상물질(Particulate Matter)이다. 파쇄· 선별의 기계적 처리와 연소, 합성 등의 과정에서 생기는 고체나 액체 상태의 미세한 물질로, 공기 중에 떠다니기에 부유입자(Aerosol)라고도 한다. 이 가운데 PM 10이 입자 크기가 10μm 이하의 오염물질이며, PM 2.5는 그보다도 작은 2.5μm 즉, 흔히 이야기하는 초미세먼지다. 더불어 황산화물(SOx), 질소산화물 (NOx), 상온에서 증기화하는 휘발성 유기화합물, 일산화탄소 등이 대기를 어지럽히는 주범이다.
대기 오염물질 완전 제거를 향한 끝없는 도전
송동근 한국기계연구원 환경기계연구실장과 연구실 구성원들은 이처럼 발전소, 산업설비등의 생산 활동으로 인해 발생하는 환경오염 물질 배출 저감과 제거에 앞장서고 있다. 특히 지하철 역사, 병원, 백화점 등 사람이 몰리는 다중이용시설 내 유해물질 노출을 줄이고, 공기 질을 높이기 위해 활약중이다. 이 과정에서 개발해낸 초미세먼지·유해가스 배출저감 청정시스템 기술은 큰 호응을 얻은 대표적 성과다.
“미세먼지에 해당하는 PM 10은 집진·탈황·탈진 설비를 연계해 제거할 수 있었어요. 그런데 기존 설비로 그보다 더욱 입자가 작은 초미세먼지 즉, PM 2.5까지 없애는 데는 한계가있기에 기술 개선이 필요하다고 판단했죠.”
미세먼지의 하전(荷電) 방식부터 바꿨다. 기존 코로나 방전(Corona Discharge)을 이온 주입(Ion Implantation)으로 대체한 것이다. 또, 농축 먼지 제거 효과를 추가하기 위해서 습식전기 집진을 도입했다. 새로운 기술을 적용한 끝에 초미세먼지 제거 효율은 사회적 요구에 부합하는 수준까지 도달했다.
유해가스의 질소화합물과 전구물질(Precursor, 기체로 배출되나 화학 반응을 거쳐 먼지로전환하는 물질)은 폐기물 소각 시 오염물질을 완전히 제거하는 마일드 연소 기술을 이용했다. 그 결과 질소산화물 배출량은 이전 대비 절반 이상 줄일 수 있었다.
더불어 후처리를 이용해 발전·산업 설비에서 배출하는 녹스농도를 10ppm 이하로 낮추는기술을 개발·적용해 완성도를 높였다.
배기가스 저감을 위한 노력은 현재진행형
최근 환경기계연구실에서 한창 진행하고 있는 프로젝트는 산업설비 배기가스 저감 기술연구다. 산업설비란 반도체, 제철 등 기업 자체의 독립 생산 시설로서 공정을 통해 에너지를 많이 소비한다. 여기서 나오는 배기가스는 발전소의 것과는 성분에 차이를 보인다. 특히 반도체는 식각공정으로 인한 독성가스와 산성 가스를 배출하기에 폭발 등의 이유로 발전소후처리 설비를 적용하기 어렵다.
따라서 펄스 플라스마(Pulsed Plasma, 매우 짧은 주파수로 전기를 인가하는 방식)를 이용한 기술적 환경 극복에 노력을 기울이고 있다. 또한 주택에서 미세먼지 등을 측정하는 센서와 실내환경 정화설비(공기청정기)를 효율적으로 운영하기 위한 실내 환경 먼지 저감연구를 추진 중이다.
더불어 일일, 계절, 환경 등의 변화에 따른 발전소 오염물질 양과 배출 시간을 연속적으로확인하는 자동측정장치를 개발하고있다. 이 기술을 실생활에 활용한다면 신뢰성이 검증된 먼지 측정 센서를 선보일 수 있을 것으로 판단된다.
에너지 생산에는 오염물질 배출이 필연적으로 따라온다. 이를 막을 방법이 없기에 그간 송 실장과 연구진은 효과적 저감에 우선 집중해왔다. 그러나 앞으로는 유해물질의 노출자체를 줄이는 데 최선을 다할 계획이다.
“국가나 지방자치단체에서 관리하는 다중이용 시설부터 관리기준치를 정하고, 계속해서모니터링하는 체계를 구축해야 한다고 봐요. 그럼 민간 영역도 서서히 긍정적인 방향으로변화해 나가겠죠.”
현재 그와 환경기계연구실은 다중이용 시설 내부 공기 질 관리모니터링, 기준치를 충족하는 저감 효과, 운영 방안 등을 도출하기 위한 기술을 정리했다. 차후 이를 구현하면서 추가로 필요한 요소를 찾아내고, 실행 방법을 모색할 예정이다.
“결국 환경기계 기술은 인간과 자연이 공생하는 사회를 구축하도록 나아가야 합니다. 당장 엄청난 가치를 창출하지 못하더라도 말이죠. 사실 지속해서 사회를 유지할 수 있는생태계 구축이야말로 매우 큰 부가가치가 아닐까요.”
인간과 자연이 공생하는 환경기계연구에 앞장설 것
4차 산업혁명은 이미 우리 시대의 혁신을 이끌고 있다. 환경기계 기술분야도 이 변화의 흐름에서 예외는 아닐 터다. 송동근 실장은 미래 기술을 선도하는 핵심 키워드인 초지능·초연결 가운데 특히 초연결을 눈여겨보고 있다. 이전엔 무겁고 비싼 장비로 시도했던 환경측정이 IoT(Internet of Things, 사물인터넷), 광대역 통신망 보급 등으로 더욱 편리해질 것이다.
또, 환경기계연구실이 개발할 높은 정확도의 센서에 이 기술을 적용하면 네트워크상에 손쉽게 측정 정보를 올릴 수 있다. 게다가 생산만큼 환경 유지 보수의 비중이 커지는 미래사회에서 IoT기술과 자동 운영 방안이 기여하는 몫은 적지 않을 거라고.
송 실장은 기계공학 전공을 통해 배운 바를 환경기계연구에서펼쳐왔다. 이 분야에서 몸담고 각종 연구를 진행하는 동안 절실히 느낀 점은 바로 자연의 소중함이다. 그간 우리나라는 빛나는 경제 성장을 일궈 내는 데 집중하느라 비교적 환경 문제에 소홀했다. 그러나 정책 도입으로 인한 변화와 기회 가치를 평가할 때 이를 빼놓고 논하기란 어렵다. 현 세대뿐만 아니라 그 이후를 살아갈 후손에게 미칠 영향까지 고려해야 하기 때문이다.
“결국 환경기계기술은 인간과 자연이 공생하는 사회를 구축하도록 나아가야 합니다. 당장엄청난 가치를 창출하지 못하더라도 말이죠. 사실 지속해서 사회를 유지할 수 있는 생태계 구축이야말로 매우 큰 부가가치가 아닐까요.”
앞으로 우리나라 환경의 개선과 보존, 국가적 요구에 부응하는 환경기술 수준 상승 등을위한 연구개발에 열정을 다하고자 한다는 송동근 실장. 연구원들과 함께 환경기계연구실만이 해낼 수 있는 연구 프로젝트를 충분히 고민하고 준비하면서 정부 출연 연구기관으로서의 역할을 충실히 해내겠다고 밝히는 그의 미소엔 자신감이 함께하고 있었다.
