한국기계연구원, 매연저감장치 인증 추진

매연은 물론 햇빛과 만나 미세먼지되는 질소산화물도 동시에 잡는다.

[사진=한국기계연구원 제공]

아주경제 모석봉 기자 = 최근 국내 미세먼지 발생이 잦아지면서 미세먼지에 대한 경각심이 커지고 있다. 미세먼지 발생 원인도 자동차 매연 뿐 만아니라 자동차 배출가스의 한 성분인 질소산화물로부터의 2차 생성 미세먼지 등 다양한 다른 원인으로 확대되면서 실질적인 대책을 요구하는 목소리도 커지고 있다.

이런 가운데 한국기계연구원(원장 임용택) 플라즈마 연구실이 소형차량과 대형차량에 적용할 수 있는 ‘플라즈마 버너가 장착된 DPF(Diesel Particulate Filter‧매연저감장치)’ 기술의 환경부 인증을 추진하고 있어 눈길을 끈다.

이 기술은 기계연 플라즈마 연구실의 독자적 원천기술인 플라즈마 버너를 DPF에 적용한 기술로, 디젤차에서 배출되는 매연을 최대 95%까지 저감시킬 수 있다.

향후 환경부 인증을 획득하면 내년부터는 실제 차량에도 적용돼 미세먼지 등 환경문제를 해결할 것으로 기대를 모은다.

DPF는 대기오염을 줄이기 위해 디젤차의 배기관에서 배출되는 매연의 95% 이상을 필터에 포집해 태우는 장치다.

제대로 작동하려면 배기가스의 온도가 약 300도 이상으로 유지돼야 하지만 실제 도심에서 주행하는 차량이 내뿜는 배기가스의 온도는 이보다 매우 낮아 배출가스 온도를 높이는 기술이 필요했다.

미국과 유럽 등 선진국도 DPF의 정상작동을 위해 배기가스의 온도를 올리기 위한 버너를 개발했지만 부피가 매우 커서 대형 트럭 외 에는 제대로 쓰이지 못하던 실정이었다.
연구팀은 DPF에 포집된 매연을 태워 없애기 위해 소형 플라즈마 발생장치를 이용한 버너를 개발에 성공하고 크기를 크게 감소시켰다.

플라즈마 버너가 장착된 DPF는 디젤차에서 배출되는 매연을 필터에 포집하고 이를 플라즈마 버너로 태운다. 크기도 일반 연소기의 1/10 크기에 불과해 차의 크기와 관계없이 부착할 수 있고 가격경쟁력도 높였다.

기존 기술과 달리 배기가스 온도가 낮거나 엔진의 운전 조건이 나쁘더라도 제약 없이 매연을 태울 수 있어 현재 기술 중 가장 뛰어난 기술로 꼽힌다.

지금까지 플라즈마 버너는 크기가 크다보니 대형 기관차나 트럭용으로 사용됐지만 지금은 대형선박이나 발전소는 물론 소형 승용차에도 적용될 수 정도로 활용 폭이 확대됐다.

송영훈 플라즈마 연구실장(책임연구원)은 “최근 매연 뿐 아니라 질소산화물(NOx)이 햇빛과 만나 미세먼지를 발생시키는 것이 알려지면서 디젤차의 고질적인 문제점인 매연과 질소산화물을 동시에 처리할 수 있는 플라즈마 버너 기술에 대한 관심이 커지고 있다”며 “올 하반기부터 선박과 중소형 발전소는 물론 소형 승용차까지 다양한 활용이 추진될 것”이라고 설명했다.

또한, 질소산화물 정화를 위해서 주로 요소수를 배기관에 분사하는 SCR(배기가스 중 질소산화물만을 선택적으로 무해한 질소로 정화하는 촉매기술)기술이 사용되고 있으나 초기 시동 시 또는 도심 저속운전 조건에서는 배출가스 온도가 낮아 촉매가 제대로 작동하지 않아 다량의 질소산화물이 배출되고 있는 실정이다.

하지만 본 연구팀이 개발한 플라즈마 버너를 사용 할 경우 이같은 문제를 해결할 수 있어 질소산화물에 의한 도심 2차 미세먼지 생성을 크게 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

환경ㆍ에너지기계연구본부 김홍석 연구원(책임연구원)은 “디젤엔진은 큰 출력이 필요한 분야에서 전기나 천연가스 등 친환경 동력원으로 완전히 대체하기 어렵고 다른 동력원보다 효율이 우수하다는 장점도 있다”며 “미국과 유럽 등 선진국도 디젤엔진의 배출가스를 개선하기 위한 기술 중 하나로 버너를 이용한 방법에 관심을 갖고 있는 만큼 플라즈마 버너를 더욱 발전시켜 세계시장을 선점하는 것이 필요하다”고 말했다.

한편 이번 연구는 미래창조과학부 ‘저탄소/저공해를 위한 나노촉매-플라즈마 하이브리드 기술개발’ 사업과 환경부 친환경자동차사업단 ‘운행건설기계차량용 플라즈마버너 DPF 및 SCR 핵심기술 개발’ 사업의 지원을 받아 수행됐다.