국내 연구팀이 쓰레기 매립장에서 발생하는 가스를 친환경 에너지로 바꾸는 플라즈마 공정 기술을 개발했다.
한국기계연구원 환경시스템연구본부 플라즈마연구실 이대훈 실장 연구팀은 쓰레기 매립지에서 발생하는 가스를 수소를 포함한 합성가스로 변환할 수 있는 플라즈마 공정 기술을 개발하는 데 성공했다.

이번 연구 성과는 플라즈마 분야의 권위 있는 저널인 플라스마 가공과 고분자에 지난달호 표지논문으로 게재됐다.
개발된 기술은 환경오염을 유발하는 온실가스를 자원화하는 기술로 지구온난화 문제를 해결하면서 친환경 에너지 생산으로 경제적인 이익도 창출할 수 있는 기술로 눈길을 끈다.

쓰레기 매립지에선 쓰레기 분해에 따라 메탄과 이산화탄소가 섞인 매립지 가스가 20∼30년 동안 발생한다.
매립지 가스는 대표적인 온실가스로 꼽히지만 적절한 처리방법이 없어 발생하는 대로 자연 배출되고 있다.

일부 대형 수도권 매립지에서 매립지 가스를 자원으로 활용하기 위해 스팀터빈 발전시설을 구축하고 발전에 활용하고 있지만 발전에 활용하는 방식은 대규모 매립지만 가능하고 가스 발생량이 작은 경우 열량의 부족과 설비 효용의 문제로 전국의 75%에 달하는 중소규모 매립지에 적용할 수 있는 기술개발이 필요하다.

연구팀은 매립지가스를 합성가스로, 이를 다시 메탄올과 DME로 전환하는 가스 변환 공정을 중소규모 매립지에 적용할 수 있도록 소형화하고 플라즈마 전환 반응의 효율은 기존 보다 30% 이상 높였다.

DME는 천연가스, 석탄, 바이오매스 등 다양한 원료로부터 수소와 일산화탄소로 이뤄진 합성가스를 만든 뒤 합성반응을 통해 제조하는 연료다.
기존 플라즈마 공정은 플라즈마 발생 시 고에너지 상태의 플라즈마를 제어하기 어려워 효율이 떨어졌지만 연구팀은 발생한 플라즈마 상태를 제어하는 기술력을 확보해 공정 열효율을 기존 50% 이하에서 76%까지 향상시켰다.

이를 통해 난분해성 가스인 메탄과 이산화탄소를 최대 99%까지 전환했다.
또 개발된 공정으로 생산한 합성가스 내 H2/CO 비율의 조절이 가능해 적용 현장의 수요에 따라 메탄올/DME 을 선택적으로 만들 수 있다.

이외에도 플라즈마 아크를 소용돌이처럼 회전시켜 접촉면을 넓히고 10㎝ 이상의 길이에서도 안정적으로 유지해 매립지 가스와 반응 효율을 극대화시켰다.
기존의 플라즈마 단일 공정을 플라즈마와 촉매반응을 결합한 공정으로 새롭게 개발해 비용도 10분의 1까지 낮췄다.
이 기술은 국내 중소기업 ㈜바이오프랜즈에 지난해 이전됐으며 실증을 위한 추가 연구를 추진 중이다.

강정의 기자 justice@ggilbo.com