| 연구개발개요 |
○ 연구개발의 개요- 미세먼지, 실내공기 유해물질(Volatile Organic Compounds; VOCs, CO2, 포름알데히드 등)을 포함한 오염된 실내(외)공기를 다공성 세라믹 유전체 장벽 플라즈마(Porous ceramic dielectric barrier discharge reactor) 반응기 내부로 유입시켜, 미세먼지(입자성물질)는 다공성 세라믹 유전체를 통해 분리·제거하고 다공성 세라믹 표면에서 발생되는 플라즈마에 의해 실내공기 유해물질을 분해 및 흡착시켜 깨끗한 공기를 실내로 순환시킴으로써, 하나의 반응기 내에서 입자성 물질과 실내공기 유해물질을 동시에 처리하여 실내 공기질 개선이 가능한 시스템 개발을 목표로 함. 다공성 세라믹 유전체 장벽 플라즈마는 실내공기 유해물질을 효과적으로 분해 할 수 있을 뿐만 아니라 입자성 물질을 제거하는 전처리 필터의 역할을 동시에 수행할 수 있으므로 장치를 콤팩트화 하고, 사용된 다공성 세라믹을 간편하게 세척함으로써 지속적인 사용이 가능한 장점이 있음.○ 핵심기술- 다공성 세라믹 충진식 유전체 장벽 플라즈마 이용 공기 정화 기술: 실내의 오염된 공기를 흡기하여 다공성 세라믹에 의한 물리적 처리와 유전체 역할을 하는 다공성 세라믹 및 전극 접촉 유전체에서 발생하는 플라즈마에 의한 전기화학적 처리를 동시에 달성하여 실내공기 유해물질과 미세먼지를 제거하는 시스템 개발- 다공성 세라믹 유전체 구조의 최적화 및 효율 비교: 평판형, 충진형 등 다양한 다공성 세라믹 구조의 유전체를 적용하고 처리 효율을 비교하여 개발된 시스템의 최적 조건 도출- 분해산물 독성 최소화를 위한 다공성 세라믹 유전체 장벽 플라즈마 반응기 최적화 기술: 플라즈마를 이용한 실내 공기 청정 시 문제가 되는 분해산물 및 오존의 독성을 최소화 할 수 있는 다공성 세라믹 유전체 장벽 플라즈마 반응기 개발 ○ 연구 개발 대상의 국내ㆍ외 현황 - 세계 수준의 미세먼지 제거기술은 초미세먼지 규제가 강화된 미국과 일본을 중심으로 다양한 설비들이 개발되었지만 대규모 산업설비의 배기후 처리장치 개발에 집중 되어 실내 초미세먼지 및 공기 유해물질을 동시에 제거하기 위한 기술개발은 미흡한 상태임(미세먼지 기술동향, 과학기술일자리진흥원, 2015).- 미국은 1970년대부터 실내 공기질 관련 연구가 진행되어왔으며, 인체영향 규명, 위해 저감기술, 위해성 평가 기술 등을 중심으로 통합 발전하고 있으며, 최근에는 광투과 방식을 이용한 원격측정장치기술, 배출탐지 센서 기술 등 실내 공기질 모니터링 및 측정진단 기술 중심으로 개발하고 있음.- 유럽의 경우, 2000년대 초반부터 주요 유해인자를 중심으로 실내 공기질 관련 연구가 실시되었으며, 최근에는 민감 계층에 대한 위해성 평가 관련 연구가 증가하고 있고 온·습도 및 실내 공기질 등을 반영하여 에너지 효율 문제 등과 조화를 이루는 실내 공기질 개선 기술을 개발 중에 있음.- HEPA 필터보다 더 작은 크기의 입자성 물질 제거가 가능한 Ultra low penetration air(ULPA) 필터 또한 고가이며 HEPA, ULPA 필터 모두 VOCs, 포름알데히드, 라돈 등 실내공기 유해물질을 제거하는 데는 한계가 있음(제거율: <70%).- 기계식 정화기술로 제거가 되지 않는 가스상 유해물질들은 UV, 광촉매, 플라즈마 등의 전기식 정화기술이 적용되고 있지만 높은 전력 소모로 인해 유지비용이 높고 오존 등과 같은 부산물이 발생 할 수 있으며 단독으로 입자성 물질(미세먼지 등)은 제거할 수 없다는 한계가 있음.- 실내 공기질을 정화하여 개선시키기 위해서는 입자성 물질 뿐 아니라 가스상 물질의 동시 제거가 가능한 시스템 개발이 요구되며, 특히 실내 사용이 가능한 콤팩트한 공기청정 시스템 구축을 통해 세계 수준의 공기질 개선에 관한 원천기술 개발이 필요함.- 국내 미세먼지 대응 기술 수준은 최고 기술 보유국 대비 평균 70.5%, 기술 격차 7.5년으로 평가 받고 있으며, 대기업을 중심으로 미세먼지 처리 소재 및 공정개발 기술 분야, 스크러버 분야, ICT 기반 오염물질 관리 분야 등에 대한 기술 확보가 이루어지고 있음.- 실내 공기질 관리를 위해 가장 많이 이용되는 필터식 분진 제거를 위해서는 필터 제조 기술력 확보가 가장 중요하며 국내 필터 제조 기술력은 멜트브로운 방식의 합성고분자 필터 제조기술, 정전처리 기술을 융합시킨 에어필터 제조기술, HEPA필터 제조 기술 등을 보유하고 있으나, 유리섬유 미디어를 이용한 HEPA필터 국내 제조기술은 없으며, 외국의 몇몇 대기업만 보유하여 필터를 공급하고 있는 실정임.
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| 연구내용 및 범위 |
- 본 제안 기술은 다공성 세라믹 유전체 장벽 방전 시스템 개발을 통해 미세먼지 및 실내공기 유해물질을 제거하여 건물 내 공기질 개선을 위한 핵심요소기술 및 미래원천기술 확보를 목표로하여 아래와 같은 연구내용을 진행 할 예정.- [기술적 개념정립 및 문헌조사]: 건물 내에서 발생되는 미세먼지와 주요 실내공기 유해물질 선정 및 유해성 평가- [실험실 성능평가]: 미세먼지 및 선정된 주요 실내공기 유해물질 분해와 분해산물 무배울이 가능한 lab-scale 규모 다공성 세라믹 유전체 장벽 방전 시스템 개발 및 최적 구조 선정- [친환경 시스템 평가]: 복합 유해물질의 분해효율 및 분해산물 독성 평가해당 시스템은 국내에서 다공성 세라믹을 유전체로 이용한 장벽 방전 시스템은 전무하기때문에 다수의 공극을 가지는 세라믹 유전체를 사용하여 미세먼지와 실내공기 유해물질을 동시에 제거하기 위한 연구는 실험적 연구를 설계하고 있는 단계로 볼 수 있으며, 기보유한 기술들과의 연계성, 다공성 세라믹을 이용한 여과 공정 설계 및 운전에 많은 경험과 실적을 보유한 연구자의 역량을 고려 할 때, 실험실 규모에서 다공성 세라믹 유전체를 이용한 장벽 방전 시스템의 최적화를 통해 핵심 성능 평가 및 검증을 완료 할 수 있을 것으로 판단되며 상세한 연구범위는 아래와 같음.○ 건물 내에서 발생되는 미세먼지와 주요 실내공기 유해물질 선정 및 유해성 평가주요 연구활동: 미세먼지 및 주요 실내공기 유해 물질 현황조사세부 연구내용: 국내·외 기술동향 및 연구현황 등에 대한 조사 및 분석○ Lab-scale 규모 다공성 세라믹 유전체 방전 시스템 개발 및 제작주요 연구활동: 전극 및 유전체 조사·분석 다공성 세라믹 유전체 방전 시스템 설계 다공성 세라믹 유전체 방전 시스템 개발세부 연구내용: 최적 전극 및 유전체 선정 전극 및 유전체 배열 설계 최적화 Lab-scale 규모 시스템 개발 및 제작○ 다공성 세라믹 유전체 장벽 방전 시스템 최적 조건 선정주요 연구활동: 전압, 유입유량, 체류시간 등에 따른 최적 운전조건 선정세부 연구내용: 입자성 물질 제거율 및 공기 유해물질 분해율 평가○ 복합 유해물질의 분해효율 및 분해산물 독성 평가주요 연구활동:복합유해물질 제거율 및 부산물의 독성 평가 제거 능력 대비 처리 면적당 전력 소모량 산정세부 연구내용: 제거율 및 부산물 독성 평가 에너지 소모량 평가
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