기계硏, 등속 흡입기술 개발… 굴뚝 미세먼지 실시간 측정

기계연, 고온·고농도 굴뚝 환경을 상온·저농도 전환
미세먼지 농도와 크기 정확히 파악..새 사업장 적용

한국기계연구원은 고온·고농도의 굴둑 내부 환경을 상온·저농도 환경으로 전환해 미세먼지를 크기별로 실시간 측정할 수 있는 기술을 개발했다. 사진은 실시간 미세먼지 모니터링 장치 구성도. 기계연 제공

한방우 기계연 박사가 사업장 굴뚝에서 배출되는 미세먼지를 실시간 측정하는 기술에 대해 설명하고 있다. 기계연 제공

국내 연구진이 화력발전소, 소각장 등에서 배출되는 미세먼지와 초미세먼지를 실시간 모니터링하고 전처리하는 기술을 개발했다.

한국기계연구원은 한방우 박사 연구팀이 고온·고농도의 굴뚝 내부 환경을 상온·저농도의 대기환경으로 바꿔 미세먼지를 크기별로 구분, 실시간 측정하는 기술을 개발했다고 15일 밝혔다.

고온·고농도의 굴뚝 내부는 환경 조건이 열악해 실시간으로 정확한 미세먼지 측정 데이터를 얻기 어렵다. 현재는 굴뚝에서 발생하는 모든 먼지에 빛을 통과시킨 뒤 줄어든 빛의 양을 간접적으로 측정하는 '광투과 측정법'을 사용하고 있지만 미세먼지의 정확한 모니터링이 쉽지 않다. 또한 일정 시간 미세먼지를 흡입한 후 필터 내 중량을 측정하는 중량 측정법도 농도 데이터를 얻기까지 장시간 소요돼 실시간 관리에 한계가 있다.

연구팀은 측정 장치에 들어오는 배출가스의 속도를 느리게 해 굴뚝 유속 변화로 발생하는 측정 오차를 줄이는 '등속 흡입기술'을 개발해 미세먼지를 실시간으로 정확히 측정하도록 구현했다. 또한 굴뚝 내부의 압력, 온도 등 다양한 환경 변화에도 배출 가스의 일정 양을 추출하기 위해 공기 주입량을 자동 제어하도록 했다. 고온의 온도 유지를 통해 응축에 의한 물방울 형태의 액적(물 덩어리) 생성을 최대한 억제하고, 많은 구멍이 뚫려 있는 튜브에 공기를 주입해 미세먼지가 벽면에 붙는 것을 최소화함으로써, 미세먼지와 초미세먼지를 총 부유먼지가 아닌 크기별로 실시간 측정하는 데 성공했다.

연구팀은 미세먼지 실시간 모니터링 기술을 국내 화력발전소와 소각로에서 6개월 간 장기 실증을 통해 성능을 검증받았다. 이 기술은 환경부 선정 '2023년 환경R&D 우수성과 20선'에 선정됐다.

한방우 기계연 도시환경연구실장은 "사업장 굴뚝에서 배출되는 미세먼지의 정확한 농도와 크기 분포 정보를 실시간 측정할 수 있는 기술로, 새로 건설되는 사업장과 기존 사업장에서 배출되는 미세먼지 관측에 활용할 수 있을 것"이라고 말했다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr