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[우수R&D] 양현익 교수, 친환경 에너지 그린펠릿 생산기술 개발

SDGs-13

작성자

남궁휘

작성일

2020-11-26 00:22

조회

1244

폐목재, 하수 슬러지 등을 화력 연료로 재이용

대체 에너지와 쓰레기 처리는 현재 환경 문제의 양대 산맥이다. 양현익 ERICA캠퍼스 기계공학과 교수는 긴 시간 연구를 통해 유기폐기물을 연료로 전환하는 장비와 공정을 실현하고 있다.

환경부 공시에 따르면 올 설 연휴 서울의 초미세먼지가 대기환경기준을 넘어선 날은 4일 중 이틀이다. 정부의 미세먼지 조절 정책으로 많은 발전소가 없어지거나 압박을 받는다. 한국동서발전㈜의 당진화력은 압박받는 석탄화력발전소 중 하나다. 양 교수는 당진화력에 1단계로 1t 규모의 시제품, 최종적으로 100t 규모 유기폐기물 연료화 장치의 설계와 제작을 맡았다.

발전소는 석탄화력발전 시 매연을 잡고 화력을 키우기 위해 나무를 총알 모양으로 뭉친 펠릿을 같이 태운다. 펠릿은 잘 탈 수 있는 좋은 소재의 나무들로 만들어야 하기에 인도네시아산과 필리핀산이 많이 유통되고 있다. 양 교수 연구팀은 수입의존도를 낮추고 환경 문제를 동시에 해결하기 위해 우리나라의 폐목재들을 이용한 고효율 펠릿을 만드는 연구를 실행했다. 양 교수 연구팀은 쓰레기를 재활용한다는 측면에서 그린펠릿이라 이름 지었다. 연구는 최강일 ERICA캠퍼스 기계공학과 교수와 함께 진행한다.

▲각 소재별로 그린펠릿을 만들었을 때의 열량과 탄소함량이다. 양현익 ERICA캠퍼스 기계공학과 교수의 연구팀은 모든 종류의 유기폐기물을 연료화할 수 있는 설비를 개발하고 있다.(양현익 교수 제공)

양 교수팀은 폐목재뿐만 아니라 하수 슬러지와 음식물 쓰레기 등 종류와 관계없이 유기폐기물을 연료로 만들 수 있는 그린펠릿 제작 설비를 목표하고 있다. 양 교수는 “연료로 만드는 원리는 모두 같아서 가축의 분뇨도 연료화가 가능하다”고 전했다. 그는 이어 “다만 펠릿이 유용하려면 연료화 과정이 경제적이어야 하고, 펠릿이 열량을 많이 내야 하기 때문에 현재 동서발전에서 사용 중인 하수 슬러지와 폐목재에 집중했다”고 밝혔다. 양 교수 연구팀의 그린펠릿은 기존의 수입 목재 펠릿보다 매연이 적고 저렴하며 열량은 더 높다. 양 교수는 “수입 목재 펠릿의 역할을 대신하는 것을 넘어서 제대로 된 연료를 만들고자 했기에 수입 펠릿보다 월등한 열효율은 당연하다”고 전했다.

양 교수팀이 제작하는 설비는 수열탄화 기술을 이용한다. 탄화기술은 탄소 성분을 압축시키는 과정을 말한다. 크게 건식과 수열 방식이 있는데, 건식은 장작을 숯으로 만드는 과정과 같다. 탄소 밀도를 높이는 과정에서 일산화탄소와 질소산화물 등 완벽히 연소하지 않은 부산물들이 나온다. 건식 방식에서는 공기 중으로 퍼져가는 부산물의 포집이 어려워 환경에 악영향을 미친다. 반면 수열탄화기술을 이용하면 부산물들이 물속에 녹아들어 처리와 환원이 쉽다. 실제로 그린펠릿 설비가 운용되려면 프로세스의 경제성, 열량, 소재 혼합비율과 더불어 촉매기술이 매우 중요하다. 수열탄화 과정 시 필요한 온도와 압력 조건을 낮추는데 촉매기술이 필요하기 때문이다.

▲양현익 교수는 당진화력의 환경 문제 해결을 위해 지난해 11월부터 쓰레기를 이용한 에너지 설비를 개발 중이다.

양 교수의 설비 개발은 1년 3개월의 사전 검증을 거쳐 지난해 11월 본격 돌입했다. 현재는 1t 규모의 설비를 만들어 운용 가능성을 시험하고 있다. 2년 후엔 실제로 당진화력에 들어갈 100t 크기의 설비를 설계할 예정이다. 양 교수는 이번 연구를 성공리에 마치면 시스템을 미얀마에도 이식해주고자 한다. 그는 “그린펠릿은 모든 국가에 필요한 기술”이라며 “환경 문제는 한 국가에서만 해결한다고 극복되지 않는다”고 말했다.

쓰레기와 하수 등을 연료로 재활용하는 기술은 한국이 전 세계적으로 앞서고 있다. 양 교수팀의 이번 개발은 대체에너지의 필요성과 쓰레기 처리방안이라는 환경 문제를 획기적으로 해결한다. 그뿐만 아니라 수열탄화처리 결과물은 상당한 고순도를 자랑한다. 양 교수는 “탄소의 순도가 높아 디스플레이도 만들 수 있을 정도”라고 전했다. 광촉매 개발로도 이어질 수 있어 환경 문제에 다양한 해결책을 제시할 전망이다.

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