식량부족·반도체 산업 난제, 플라즈마 기술로 해결

농식품까지 산업적 활용분야 무궁무진
폐기물 가스화 친환경 처리 기술개발도

“핵융합에너지 개발의 가장 핵심 기술 중 하나는 플라즈마를 다루는 기술이다. 플라즈마 기술은 핵융합에너지 개발 외에도 반도체 산업부터 농식품까지 산업적으로 활용할 수 있는 분야가 무궁무진하다.”

플라즈마는 고체, 액체, 기체에 이어 물질의 네 번째 상태로 기체 원자를 이루는 원자핵과 전자가 서로 분리되어 이온화된 상태를 말한다. 1억도 초고온의 플라즈마 상태가 필요한 핵융합에너지 연구와 달리 산업에서 활용되는 플라즈마는 수백도에서 수천도까지 온도가 매우 다양하다. 기체의 종류, 발생 방식에 따라서도 각기 다른 특성을 지니기 때문에 다양한 산업 분야에서 필요한 방식에 맞춰 융복합적으로 적용이 가능하다.

유석재 원장은 “플라즈마는 반도체, 디스플레이, 환경 등 첨단 산업 분야에서도 쓰임새가 커지고 있다”면서 “특히 최근 농식품 분야까지 활용 범위가 넓어지면서 플라즈마가 미래 식량문제 대안으로도 급부상하고 있다”고 설명했다.

대표적으로 플라즈마가 활용되는 분야는 산업의 쌀로 불리는 ‘반도체’ 공정이다. 반도체 칩 8대 공정 중 산화, 식각, 증착 등 4가지 주요 공정에서 플라즈마가 활용된다. 산업 경쟁력을 좌우하는 반도체 장비를 국산화하기 위해서는 플라즈마의 물성을 분석할 수 있는 기술과 데이터베이스를 확보하고 있어야 한다. 플라즈마의 물성 및 물질 간 상호작용 등을 연구하는 기반기술이 중요한 이유다. 유 원장은 “플라즈마 기반기술은 겉으로는 드러나지 않지만 마치 나무뿌리처럼 플라즈마 기술 경쟁력을 갖출 수 있는 근간”이라고 말했다.

핵융합연은 각종 산업에서 활용도가 높은 플라즈마 기술 개발에 필요한 플라즈마 물성 참조표준 980건을 개발, 이를 보급하기 위한 플라즈마 물성 데이터 센터를 구축 운영하고 있다. 이는 향후 개발되는 플라즈마 관련 기술의 완성도를 높이고, 산업 현장에서 요구하는 다양한 기술 수요에 대해 신속한 대응을 이끌어내는 등 우리나라 산업 기술력을 높이는 데 기여할 것으로 기대된다.

유 원장은 “플라즈마 기술은 다양한 산업과의 융합으로 사회 및 환경 문제를 해결하고 경제적 가치를 창출할 수 있다”며 “다양한 기업과의 기술협력은 산업 생태계를 활성화시키고, 더 나아가 국가 산업 경쟁력 향상에도 큰 역할을 할 수 있다”고 강조했다.

플라즈마 기술은 표면개질 및 신소재 개발, 디스플레이 산업, 환경, 우주 항공 분야 등에도 활발하게 적용되고 있다. 최근에는 농업 및 식품, 바이오, 의료분야까지 쓰임새를 넓히고 있다.

그중에서도 환경 분야에서 플라즈마 기술에 대한 기대가 크다. 플라즈마 기술로 폐기물을 친환경적으로 처리할 수 있는 기술 개발이 이루어지고 있기 때문이다. 폐기물을 소각하는 대신 고온의 플라즈마 토치를 활용하여 폐기물을 가스화하는 것이다. 고온 환경에서 유해물질은 대부분 분해되어 유해가스가 적게 배출되고, 분해 과정에서 합성가스를 생산하거나 수소를 만들어 발전에 활용할 수도 있다. 가스화되지 않고 남은 잔여물 역시 순환 골재로 재활용이 가능하다.

남은 과제는 실제 현장에 가스화 기술을 적용하는 것이다. 지난해 산업체와의 협약 체결을 통해 하루 100톤의 폐기물을 처리할 수 있는 플라즈마 폐기물 가스화 상용로 개발 및 제작에 착수했다.

유 원장은 “플라즈마기술연구소의 축적된 기술과 산업체의 경험이 결합하여 신뢰성 있는 플라즈마 폐자원 가스화 상용화에 성공할 수 있도록 최선을 다하고 있다”며 “이를 바탕으로 더욱 다양한 산업에서 플라즈마 가스화 기술이 적용되어 친환경적인 폐기물 처리가 가능해지길 기대한다”고 덧붙였다. 구본혁 기자

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