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플라즈마를 이용한 매연여과 장치"

매연 저감장치 소형화로 대기오염 줄인다

‘플라즈마를 응용한 매연 여과장치’ 신기술

2008년 09월 03일(수)


S&T FOCUS 인천시가 내년부터 무게가 3.5톤이 넘는 낡은 경유차에 매연여과장치를 의무적으로 부착하는 사업을 단계적으로 시행한다고 밝힌 가운데, 한국기계연구원이 개발한 ‘플라즈마 기술을 응용한 매연여과장치’에 관심이 집중되고 있다.

매연여과장치용 연소기에 플라즈마 기술을 적용한 이 장치는 부피가 기존 매연 저감장치의 50분의 1 수준에 불과해, 모든 차량에 매연 저감장치를 손쉽게 설치할 수 있는 길을 열었다. 더욱이 3억원의 개발비용을 들여 105억원이 넘는 기술 수입료를 거둔 세계 최초이자 최고의 매연 저감장치다.

2006년, 자동차부품전문기업을 표방하고 현대·기아자동차 사내 벤처 3호로 출범한 HK-MnS는 매연여과장치용 연소기 기술을 도입하기 위해 미국의 유명 디젤차 부품회사인A사와 기술이전 협상을 진행하고 있었다. A사의 연소기는 이미 제품으로서 성능이 검증된 상태였다.

“그런데 뜻하지 않게 한국기계연구원(이하 기계연)의 플라즈마 연소기를 소개받았습니다. 이제 갓 개발되어 아직 제품화 개발단계가 남았지만 매우 흥미로웠습니다. 이 후 수 개월에 걸쳐 성능시험을 마치고 결국, 기술이전 협상 상대를 기계연으로 변경하고 말았습니다.”


기술이전을 담당한 HK-MnS 조형제 이사는 대형 차량에만 제한적으로 장착되는 기존 연소기와는 달리, 차종을 불문하고 장착할 수 있어 시장에서 높은 경쟁력을 가질 것으로 판단했다고 한다. 이로써 기계연이 개발한 ‘플라즈마 기술을 응용한 매연여과장치’는 최소 105억 원(초기 기술료 12억 원, 최소 경상기술료 93억 원)의 기술료를 받기로 하고, 기술이전 조인식을 가졌다. 물론 향후 수년 간 해외로 유출될 수도 있는 기술료도 막을 수 있었다.

대기오염을 줄이는 매연여과장치, 큰 부피가 문제

매연여과장치(DPF; Diesel Particulate Filter)란 대기오염을 줄이기 위해 디젤차량 배기관에서 배출되는 매연의 95% 이상을 필터에 모아 태워 없애는 장치다. 그런데 매연여과장치가 작동되기 위해서는 배기가스 온도가 250도 이상이어야 하지만, 시내버스처럼 저속으로 운행되는 차량은 배기가스 온도가 낮아 매연여과장치를 장착하기 어렵다. 때문에 우리보다 10여 년 앞서 경유차에 매연여과기를 장착해온 유럽과 미국에서는 배기가스 온도를 올려주기 위한 연소기가 개발되어 있으나, 부피가 2~3 리터에 이를 정도로 커서 대형 트레일러 이외의 차량에는 장착하지 못하고 있는 실정. 매연여과장치를 장착할 수 있는 차종을 확대하기 위해서는 연소기를 소형화시킬 수 있는 기술이 무엇보다 절실했다. 바로 이 기술을 기계연의 플라즈마 응용연구팀이 개발했다.

일반연소기의 50분의 1에 불과한 소형연소기


“우리 연구원에서는 우선, 250도 이상의 열로 매연을 태워 없애기 위해서 가스레인지 불꽃에 비해 수백 수천 배 강한 불꽃을 만들 수 있는 ‘플라즈마 기술’을 적용했습니다. 플라즈마는 고체, 액체, 기체와 구분되는 제4의 물질로, 기체에 높은 에너지가 가해지면 전자와 이온으로 분리되는데, 이때 이온화된 기체를 의미합니다. 이 플라즈마 원리와 기술을 응용해서 초속 20m의 강한 태풍이 불어와도 연소에 필요한 열에너지를 공급할 수 있는 ‘플라즈마 연소기술’을 매연여과장치용 연소기에 적용해 0.05 리터에 불과한 소형 연소기를 개발했습니다.”

송영훈 책임연구원(기계연 플라즈마 응용연구팀)은 “환경부에서는 수도권 대기환경 개선 특별법에 의거해 2005년부터 경유차량 매연여과장치 장착사업을 지원하고 있는데, 이로 인해 향후 7년간 시장규모가 1조 3천억 원에 이를 것으로 예측되고 있다”며 “디젤차의 배기관 내부에 장착되는 ‘소형 플라즈마 연소기’로 차량의 크기에 관계없이 매연여과장치를 장착하고, 더불어 관련 시장이 확대되는 길이 열리게 됐다”고 강조한다. 아울러 환경부 인증시험을 마치게 될 내년 초에는 플라즈마 기술이 적용된 차량을 거리에서 볼 수 있을 거라고 말한다.

플라즈마 기술의 실용화에 노력

기업은 전 세계를 대상으로 사업에 활용할 기술을 찾고 있다. 때문에 많은 해외기업들은 제품으로서 오랜 기간 검증된 기술에 가격 경쟁력까지 갖추어 기업에게 제공한다. 개발 기술을 성공적으로 이전하기 위해서는 기술의 혁신성과 완성도가 높아야 한다. 연구팀은 바로 이 사실에 주목, 관련 핵심기술을 단계적으로 개발해왔다.

플라즈마 응용연구팀은 지난 15년 간 유해가스처리를 위한 플라즈마 연구를 수행해온 팀으로, 기초연구를 주로 했던 초기단계를 지나 최근에는 기술의 완성도를 높이는 연구단계 즉, 플라즈마 발생장치의 소형화와 내구성 향상을 위한 부품소재 기술을 개발하는 단계로 발전해왔다. 이에 따라 플라즈마 연소기는 새로운 개념의 기술인데도 완성도가 높아 관련 기술을 제품화하기 쉽다는 장점을 갖출 수 있었다.

현재 플라즈마 응용연구팀에서는 플라즈마와 관련한 국내외 특허기술을 30여 건 보유하고 있으며, 최근 1년 동안 플라즈마 연소기 이외에도 반도체 공정의 배출가스를 처리하는 플라즈마 기술을 기업에게 이전할 정도로 기술의 실용화를 활발히 수행하고 있다. 교육과학기술부 과학기술정보과


저작권자 2008.09.03 ⓒ ScienceTimes

[출처] 매연 저감장치 소형화|작성자 블랙홀

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