기계연, 국민 삶의 질 높이는 미세먼지 저감 연구 박차 

- 다부처 협력 실내・외 미세먼지 저감 기술 개발 및 실증 속도 - 
- 미세먼지 없애기 위한 다양한 연구개발 눈길 - 

과학기술정보통신부 산하 한국기계연구원(원장 박상진, 이하 기계연)이 국민 삶의 질을 위협하는 실내・외 미세먼지를 줄이기 위하여 다각적인 연구개발 활동을 펼치고 있다. 

기계연 환경시스템연구본부는 과기부, 국방부와 함께 자동차 배출 미세먼지 저감을 위한 플라즈마 버너 기술의 실증 연구를 수행하여 저감 효과를 확인하고, 대상을 넓혀 추가 실증을 진행한다. 또한 기존 자동차 미세먼지 저감 시스템인 SCR의 효율을 높이기 위한 고체 암모늄 SCR 기술 개발에도 성공했다. 

아울러 지하철 역사 등 대규모 공공장소의 실내 미세먼지 저감을 위한 정전방식의 공기청정기술을 개발하는 등 다양한 연구개발을 추진하고 있어 눈길을 끈다. 

기계연 플라즈마연구실은 오는 2022년 3월까지 과기부, 국방부와 함께 공군 군용 장비 대상 미세먼지 발생 저감 2차 실증을 추진한다. 연구진은 이에 앞서 두 부처와 협력해 2020년 3월부터 4개 부대 차량 50대에 플라즈마 버너를 장착하여 미세먼지 발생량을 95% 이상 절감하는 효과를 확인했다. 

▲차량 하부에 플라즈마 버너를 장착한 모습.

2021년에는 적용대상을 육군, 해병대 등 다양한 대상으로 확대 추진하고 실증 결과를 바탕으로 민간 건설기계 적용을 위한 변경 인증을 추진하여 기술적 한계로 어려움을 겪고 있는 건설기계 배출 미세먼지 저감을 실현할 방침이다. 

그린동력연구실은 고체 암모늄을 환원제로 적용한 SCR 시스템을 개발했다. 고체 암모늄 SCR 시스템은 가격이 저렴한 고체 암모늄을 가열하여 열분해 한 후 암모니아 가스를 만들어 배기관에 분사하는 기술이다. 

▲한국기계연구원 그린동력연구실이 개발한 고체 암모늄 SCR 시스템

가격이 저렴한 고체 암모늄을 환원제로 적용하여 경제적이고 온도와 관계없이 사용할 수 있어 효율이 뛰어난 장점이 있다.

기존의 요소수 SCR은 배출가스가 200도 이상의 고온일 때 작동시킬 수 있었지만 고체 암모늄 SCR은 온도와 상관없이 사용할 수 있어 효율이 더 뛰어난 것이 장점이다. 연구팀은 고체 암모늄 반응기 설계기술 및 온도/압력 정밀 제어기술을 확보하고, 고체 암모늄 SCR 시스템 시제품을 제작했다. 아울러 시제품을 테스트한 결과 질소산화물 저감율이 기존 요소수 기술보다  60% 이상 향상되는 것을 확인했다. 

환경기계연구실은 버스터미널 대합실, 기차역 역사 내부 등 넓은 실내 공간의 공기를 효율적으로 정화할 수 있는 대면적 무필터 공기청정기술을 개발하고 국내 최고 수준인 약 250㎡의 정화 성능을 확보하는 데 성공했다. 

▲한국기계연구원 환경기계연구실이 개발한 대면적 무필터 정전방식 공기청정기 시제품과 멀티 채널 전극 구조로 제작된 하전부 모습

노란 동그라미로 표시된 검은 부분이 초미세먼지를 집진하는 멀티 전극의 모습으로 전극 개수를 늘리면서도 서로 간섭하지 않아 효율적으로 대량의 공기를 정화할 수 있다.

연구진은 원천기술을 보유한 정전방식의 집진기술에 세계 최초로 멀티 섬유 전극을 적용하여 기존보다 약 1.5배 이상 넓은 면적의 공기정화 성능을 확보했다. 독자적인 멀티 채널 구조 기술로 먼지를 집진하는 전극의 숫자를 기존보다 늘려도 서로 간섭 없이 많은 양의 초미세먼지를 제거할 수 있었다. 또한, 정전기로 필터 기능을 대신하는 무필터 설계로 압력손실을 기존보다 1/5수준으로 줄여 처리 성능을 더욱 향상시켰다. 특히 이 기술을 활용하면   주기적인 필터 교체 비용이 절감되어 다중이용시설의 경제적인 실내 공기질 관리가 가능할 것으로 기대된다. 

기계연 박상진 원장은 “계절에 따라 되풀이되는 미세먼지 문제로 국민 삶의 질이 위협받고 있다”며 “국민의 안전하고 쾌적한 삶을 위한 기계기술 연구개발로 마음껏 숨 쉴 수 있는 환경을 만들기 위해 노력하겠다”고 말했다.