[인터뷰] 임종문 박사 “친환경 기술 ‘초고온 유전발열체’로 소각로 환경 파괴 극복할 것”
[인터뷰] 임종문 박사 “친환경 기술 ‘초고온 유전발열체’로 소각로 환경 파괴 극복할 것”
  • 황양택 기자
  • 기사승인 2020-08-26 08:09:31
  • 최종수정 2020.08.26 07:04
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“소각로 처리로 많은 오염물 발생...대기오염 등 환경에 악영향”
“초고온 유전발열 가스화 기술, 독성 유기물 완전히 분해 가능”
“특수 품종 '속찬 디케대나무' 바이오메스 사업으로 태국 진출”
“친환경적이고 가성비 있는 기술 시스템으로 환경 개선 이바지”

최근 역대급으로 긴 장마와 함께 홍수 피해가 증가하면서 기후에 대한 관심도 커지고 있다. 몇 년째 이어지고 있는 따뜻한 겨울과 경계가 흐려진 사계절, 10월에 오는 태풍까지 지구촌 곳곳에서 기후변화의 모습이 감지되고 있다.

대기 오염에 영향을 미치는 주요 사안 중 하나는 바로 폐기물 처리에 관한 문제다. 국내의 경우 폐기물 발생량이 매년 꾸준히 증가하고 있음에도 처리 방법은 대부분 매립이나 소각에 의존하고 있다. 이는 지하수·지표수부터 대기 환경 오염까지 여러 악영향을 미친다.

최근에는 폐기물도 자원이라는 관점에 따라 에너지를 회수하는 방식의 소각과 환경 친화적으로 폐기물을 처리하는 방법이 중요하게 다뤄지고 있다.

서울대학교 에너지자원신기술연구소 내 디케젠텍(주)의 기술연구소 소장 임종문 박사는 초고온 유전발열체(High temperature dielectric heating system) 특허 기술을 통해 폐기물을 오염물 없이 친환경적으로 처리하는 방법을 연구하고 있다. 지난 19일 임 박사를 만나 해당 기술에 대한 설명과 함께 폐기물 처리 방향에 대해 들어봤다.

서울대학교 에너지자원신기술연구소 내 디케젠텍(주) 기술연구소 소장 임종문 박사 [사진=위키리크스한국]

▲ 현재 폐기물을 소각 처리하는 방식에는 어떤 문제점이 있는지

지구상의 모든 유기물과 무기물은 지구가 형성될 때 열에 의해서 만들어졌는데, 이것을 분해할 때 소각 처리하면 오염원이 생긴다. 소각의 원리를 적용하면 다량의 산소를 투입하기 때문에 불완전 연소가 일어나 많은 오염물이 발생한다. 전 세계적으로 지금까지 해왔던 이 소각로라고 하는 방식은 대기 환경을 파괴하는 근본 원인이 된다.

지금 석탄발전소나 에너지를 쓰고 있는 소각이나 펠렛 연소 장치나 이런 것들은 분진과 미세먼지, 오염물이 어마어마하게 발생한다. 예를 들어 대나무 펠렛, 나무 펠렛 1톤을 땐다고 하면 거기에 재가 25~30% 나온다. 미세먼지도 다량 발생한다. 왜냐면 저온이기 때문이다. 태우는 방법이기 때문에 그렇다.

그런데 이것을 지금 가지고 있는 초고온 유전체 가스화(Gasfication) 장치로 바꾸면 미세먼지나 재가 5% 밖에 안 남는다. 그 만큼 현저하게 떨어진다. 소각로에 대한 후단설비도 전혀 필요 없다. 굴뚝이 없는 장치다. 지금 소각의 방법은 소각로를 설치하는데 200억원이 든다고 하면 후단설비가 400억원이 든다. 여기에 운전비용이 또 막대하게 든다. 초고온 가스피케이션 열분해 방법을 채택하면 그런 것들이 단순화된다.

[자료=서울대학교 에너지자원신기술연구소 제공]
[자료=서울대학교 에너지자원신기술연구소 내 디케젠텍(주) 제공]

▲ 기술이 어떻게 작동하는지 기본적인 과정이 궁금하다

기술의 핵심은 초고온 유전가열 방식으로 폐기물을 가스화해서 분해하는 것이다. 1400도 이상의 고온에서 운전함으로써 기존의 소각 처리에서 문제가 됐던 다이옥신과 같은 독성 유기물을 완전히 분해하여 오염 발생을 원천적으로 방지한다. 즉 만들어졌던 것을 본래 다시 그 자리로 돌려놓는다는 것이다. 예를 들어 석유에서부터 온 고체를 다시 석유로 분해하는 것이다. 그런데 액상으로 분해하면 무기물과 유기물에 대한 불순물이 매우 많다. 액상과 기화를 동시에 이루게 하는 것이 이 가스피케이션의 기본적인 기술 원리다.

유기물을 분해하기 위해서는 1500~1700도 높은 온도가 필요한데 이 높은 온도를 발생시키기 위해서는 많은 에너지가 들어간다. 작은 에너지로 높은 열을 내는 매체가 무엇이 있나 생각했을 때 가열체 매체 기술을 근거로 모든 폐기물을 간접가열 하는 방법이 있다. 폐기물을 가지고 가스를 발생시키면 그 안에 주 성분으로 수소가 다량 있는데 수소는 확산성 에너지다. 그 에너지에다가 기폭성 있는 유전가열체 힘을 넣어서 갑자기 순간적으로 1700도, 1800도 고열을 내게 한다. 모든 폐기물에서 발생한 가스는 1700~1800도가 되면 오염원이 다 사라진다.

▲ 해당 기술에 적용되는 과학적 이론과 원리는 무엇인가

초고온 유전발열체 기술은 유전체와 쌍극자 모멘트의 상호작용으로 설명할 수 있다. 물 분자의 경우 구조가 비대칭적으로 이뤄져 있는데 양(+)전하는 수소 원자 쪽으로, 음(-)전하는 산소 분자 쪽으로 치우쳐져 있다. 이처럼 무게 중심이 일치하지 않는 전하 분포는 극성을 가지는데 이러한 물질을 유전체라고 한다. 극성이 전기장을 만나게 되면 쌍극자 모멘트로 유도된다.

[자료=서울대학교 에너지자원신기술연구소 제공]
[자료=서울대학교 에너지자원신기술연구소 내 디케젠텍(주) 제공]

이 유전체에 마이크로웨이브를 조사하면 전기장이 유전체 내 극성의 위치를 반복해 바꿔 놓는다. 마이크로웨이브의 산업용 주파수 2.45GHz는 1초에 24억 5000만번 발생하고 극성의 반복적인 위치 변동은 물질 내에 마찰열을 발생시켜 짧은 시간에 고온으로 상승시킨다. 이것이 유전가열이다. 유전체에 따라 수백에서 수천도의 온도를 자유롭게 올릴 수 있다.

▲ 초고온 유전발열 가스피케이션 기술을 만들게 된 특별한 계기가 있다면

독일에서 공부할 때 이 기술의 개발에 대해 구상하기 시작했다. 독일 사람들은 자신들이 먹고 버리는 것에 대해 긍정적인 판단을 가지고 바른 기술로 지혜롭게 처리한다. 한국에서도 이러한 기술을 개발해 여러 시스템과 접목하면 환경 개선에 이바지할 수 있을 것이라고 생각했다.

▲ 해당 기술을 다른 쪽으로는 어떻게 활용할 수 있는지

차후 이 기술이 더 개발되면 가스를 발생시켜서 수소를 생산할 수 있다. 현재 수소자동차 이런 것들이 가성비가 안 맞는다. LNG 1톤을 가지고 수소를 만들면 회수율이 20%가 채 안 된다. 이것을 분해하는데 막대한 에너지가 든다. 그런데 왜 하느냐 하면 환경 때문이다. 대기 오염 때문에 이 기술을 채택하는 것이다. 그것보다 더 싸고 더 적은 돈으로 에너지를 활용할 수 있는 방법이 바로 폐기물 고열 열분해를 통해 가스에서 수소를 분리하는 방법이다. 지금의 수소를 발생하는 장치 비용에 비해 10분의 1, 100분의 1도 들지 않는다.

▲속찬대나무를 연료로 하는 사업도 함께 하는 것으로 알고 있다

속찬 디케대나무는 18년 연구를 통해 개발된 속이 찬 특수 대나무 품종이다. 태국과 미얀마 등 아열대 기후에서만 생육 가능하다. 이 특수 대나무를 통해 바이오메스 발전 사업을 할 수 있다. 그런데 속찬대나무를 갖고 연소 방법으로 발전하려면 어마어마한 설비비가 든다. 효율이 안 좋다. 그래서 이것을 가스화로 만들어서 하면 분진, 재, 후단관리 이런 것들이 용이하다. 발전효율이 세계적으로 23~25% 밖에 안 된다. 가스피케이션은 40% 이상의 효율을 얻을 수 있다. 3메가를 발전하기 위해 속찬대나무 펠렛을 만드는데, 속찬대나무가 시간당 60톤이 필요하다. 그 60톤의 스팀양은 19톤이 나온다. 가스화를 하게 되면 960킬로 가지고 시간당 13톤이 나온다. 효율이 이렇게 좋다. 이게 가스화와 일반 소각의 차이다. 그래서 태국 정부와 가스화 장치로 발전하기로 협약했다. 태국 주정부가 가스화 분해 장치 밖에는 고려하지 않겠다고 법령으로 만들어서 우리 기술이 태국으로 상륙한 것이다. 지금 스리랑카, 베트남과 폐기물을 가지고 하는 프로젝트에 대해 협의하고 있다.

속찬대나무 디케
속찬대나무 디케

▲ 해당 기술을 개발하면서 정부 제도에서 문제점이 있었다면

우리나라 정부에서는 아무리 좋은 기술이 있어도 제도적 제한으로 적용하기가 쉽지 않다. 그래서 디케젠텍은 외국에 나간다. 스리랑카, 태국에 가서 독일과 기술 경쟁을 통해 현지에 잘 적용하고 입증함으로 한국에서 수입하게 만들려는 것이다. 이러한 상황이 환경에 대한, 폐기물에 대한 국내 정책의 현주소다. 폐기물을 어떻게 정의하는지 자체를 모른다. 분해, 물질학, 반응물질학 연구가 부족하다. 외국의 기술을 가져다가 카피해서 그 사람들 기술 보고서를 가지고 말한다.

▲ 가스피케이션 기술과 관련해 앞으로의 계획이 있다면

이 기술에 대한 조합은 이론만 있는 것이 아니라 기계 하나하나 다 갖춰져 가고 있다. 영주에서 한국수자원공사와 함께 우분(牛糞) 처리 사업화를 연구하고 있다. 소 배설물은 댐에 녹조현상을 일으키는 주원인이 되는데, 그 우분을 건조하고 펠릿화하여 소진해내는 발전설비 실증플랜트를 만들었다. 오는 9월에는 모든 발전사와 관계자를 모시고 익산에서 시현회를 열 계획이며, 폐기물을 분해해서 발전하는 전체 과정을 한눈에 일목요연하게 볼 수 있도록 준비하고 있다. 또 기존의 불량 매립장을 드러내고 발전소를 세우는 프로젝트를 준비 중이다.

디케젠텍이 지향하는 것은 각 시도군의 매립장을 없애는 것이다. 그날 생산한 쓰레기는 그날 처리하자는 목표다. 매립장이 전혀 없는. 현재 소각로는 매우 많은 분진과 낙진, 다이옥신 등 오염물을 분출한다. 기후변화는 전부 이로부터 탄생하는 것이다. 우리가 먹고 버리는 폐기물을 얼마나 슬기롭고 바른 기술로 정리할 수 있느냐 하는 것이 중요하다. 전 세계가 여기에 주목하지 않으면 우리는 스스로 자연의 재앙 앞에 죽게 된다. 자연이 용서하지 않을 것이다.

연소기 모습 [사진=서울대학교 에너지자원신기술연구소 제공]
연소기 모습 [사진=서울대학교 에너지자원신기술연구소 내 디케젠텍(주) 제공]

*임종문 박사는?

임종문 박사는 1970년 영월공업고등학교를 졸업했다. 1973년 서울대 물리지질학과를 중퇴했으며, 같은 해 한독 기술연수원 재료응용공학을 연수했다. 이후 1976년 헤첼 연구실에 입사했으며 1980년에는 독일 IBC solar에 들어갔다. 1985년 독일 파사반트, 1987년 한국 상원 reuse에 입사했으며 2009년에는 테리안 법인을 설립했다. 2017년 (주)디케이알 연구소장을 맡았고 2018년 특허 제10-1816490(연소장치,gasfication)을 획득했다.

[위키리크스한국=황양택 기자]

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