대기오염 걱정없이 화석연료 연소·폐기물 소각. 기계연 심성훈 박사팀, 질소산화물(NOx) 획기적 저감기술 개발.오염물질 50% 감소

2013.11.13
최대 80%…화력발전소·소각로 적용시 오염물질 50% 감소

설비. 앞으로 석유·석탄 등 화석연료 연소와 폐기물 소각과정에서 발생하는 질소산화물을 획기적으로 줄일 수 있는 기술이 개발됐다.

한국기계연구원은 13일 심성훈 환경기계시스템연구실 박사팀이 '고온 배기가스 재순환 방식'을 이용, 연소과정에서 생성되는 질소산화물을 획기적으로 저감시키는 기술을 개발했다고 밝혔다.

질소산화물은 질소가 고온의 연소과정에서 생성되는 물질로 산성비와 광화학스모그의 원인이 되는 대표적 대기오염물질이다. 현재까지 화력발전소나 소각로에서 발생하는 다량의 질소산화물은 '선택적 촉매환원법' 등 후처리에 의존해왔다. 하지만 촉매와 환원제로 백금계 금속과 암모니아가 사용돼 화력발전소 1기에 60억원 이상이 소요되는 등 유지비용이 높았다.

심성훈 박사팀은 화석 연료와 폐기물 소각 과정에서 답을 찾았다. 질소산화물 저감을 위해 냉각된 후의 배기가스를 재순환시키는 기존의 MILD(Moderate and Intense Low oxygen Dilution)연소법을 개선해 연소실 출구의 고온 배기가스를 재순환하는 기술을 도입한 것.

연소된 후의 배기가스에는 이산화탄소와 질소 및 수중기가 포함돼 있지만 산소는 1차 연소에 사용돼 농도가 낮다. 이를 연소용 공기와 혼합 후 주입해 산소 농도를 낮추는 것이다. 하지만 이 방식은 화염이 꺼지거나 착화가 일어나지 않는 등 불안정하다는 문제를 갖고 있다.

▲ 고온 연소가스 재순환 개념도(사진 위)와 이번 연구를 진행한 심성훈 박사.

심 박사팀은 연소실 출구부의 고온연소가스를 재순환시켜 기존 MILD연소법의 장점을 살리는 동시에 불안정성 문제를 해결했다.

이 방법을 적용한 결과, 가스류 연소에서는 질소산화물을 발생시키는 고온 화염대가 제거돼 약 80% 이상의 질소산화물이 저감된 것으로 확인됐다. 또 미분탄·하수슬러지·폐기물 등 고체연료에서도 적용가능하며, 기존 연소법 대비 40% 이상의 질소산화물 절감이 가능했다.

심성훈 박사는 "이번에 개발된 기술은 연료의 종류에 상관없이 적용이 가능해 파급효과가 클 것"이라며 "특히 연소 과정에서 질소산화물 생성을 극소화하기 때문에 석탄 화력발전소나 폐기물 소각로 등에서 상용화할 경우, 질소산화물 후처리 비용을 기존 대비 50% 이상 절감할 수 있을 것으로 기대된다"고 의미를 부여했다.

한편 기계연은 "질소산화물 저감을 위해 고온배기가스 재순환구조를 개발한 것은 세계적으로 이번이 처음"이라고 강조하고 "현재 국내특허가 출원·등록됐고, 국제특허 출원을 앞두고 있다. 이미 중소기업 두 곳에 기술을 이전해 폐기물 소각로 등에 상용화를 진행하고 있으며, 장비의 크기 축소 등 효율성을 높이는 후속 연구가 진행 중"이라고 덧붙였다.