[과학의날 특집] 한국기계연구원

초전도 냉각 시스템용 스터링 극저온 냉동기 .
초전도 냉각 시스템용 스터링 극저온 냉동기 .
한국기계연구원(원장 박천홍)이 환경오염을 줄이는 기계기술 개발로 깨끗하고 안전한 국민 생활환경 구축에 앞장선다. 봄이 되면서 미세먼지를 비롯한 환경오염 문제가 다시 대두되고 있다. 정부는 이같은 상황을 해결하기 위해 미제먼지 관리 특별대책을 수립하는 등 관련 기술 개발을 독려하고 있다. 기계연은 에너지 효율을 높이는 기계기술, 환경오염을 줄이는 친환경 기계기술 개발에 주력하고 있다.

◇미세먼지/온실가스 저감기술 = 최근 봄을 맞아 반가운 꽃 소식보다 미세먼지에 대한 걱정이 앞서고 있다. 한국의 초미세먼지 평균농도는 세계보건기구 가이드라인의 3배에 이를 정도로 오염상태가 심각하다. 기계연 환경시스템연구본부와 에너지기계연구본부는 배출가스가 `제로`에 가까운 초정정 환경기계 기술개발을 목표로 발전시스템에서 배출되는 미세먼지를 비롯해 미세먼지 전구물질을 처리하기 위한 기술, 동력시스템용 배기가스 후처리 시스템(SCR), 발전소의 폐열을 이용한 폐열발전 기술까지 환경문제를 해결하기 위한 다양한 연구개발에 앞장서고 있다. 뿐만 아니라 이런 연구성과를 국민이 직접 체감할 수 있도록 ㈜옹드컴퍼니, ㈜지스코환경에너지연구소 같은 연구소기업을 설립해 플라즈마를 이용한 배기가스 처리 기술과 집진기술의 상용화에도 앞장서고 있다.

◇미래 발전시스템용 터보기계 기술 = 미국발 셰일가스 붐이 일면서 가스터빈을 기반으로 한 천연가스 복합화력 발전 수요가 세계적으로 증가하고 있다. 하지만 국내 발전용 가스터빈은 전량 해외에서 도입되고 있는데다 선진국과 기술격차도 커 향후 시장 진입을 위한 기술개발이 요구되고 있다. 기계연은 에너지기계연구본부와 환경시스템연구본부를 중심으로 미래발전시스템으로 꼽히는 Post-H급 발전용 가스터빈과 초임계 CO2 발전시스템 등 고효율 터보기계 원천기술을 개발하고 있다. 초임계 CO2 발전시스템은 물을 끓여 증기로 터빈을 돌리는 기존의 가스터빈에 물 대신 CO2를 초임계 유체로 쓰는 기술이다. 물 보다 훨씬 효율이 뛰어나고, 초임계 상태를 유지하는 데 필요한 에너지가 물 보다 적어 폐열 같은 저온의 열원으로도 작동시킬 수 있다. 하지만 CO2 유체가 잘 새고, 플랜트 재료의 내구성이 저하되기 때문에 이를 방지하기 위한 터빈, 펌프 등의 핵심 기계부품 기술개발이 필요하다.

현재 복합 발전플랜트는 대부분 발전효율 60% 수준인 H급에 머물러있다. 이를 넘어서는 차세대 고효율 발전시스템이 바로 Post-H급 발전시스템이다. 연구팀은 가스터빈을 만드는 재료, 구조 등 다양한 연구를 통해 아직 상용화되지 않은 Post-H급 발전시스템 구현을 위해 노력하고 있다.

◇친환경 에너지 변환 기계 = 신기후체제시대를 대비해 에너지·환경플랜트용 핵심 기계기술 개발에도 힘을 쏟는다. 우선 신재생에너지 확대를 위해 풀어야하는 전력저장 문제 해결에 팔을 걷고 나선다. 태양광이나 풍력 발전 등 신재생에너지는 전기 발생량이 들쑥날쑥해 남는 전기를 잘 저장하고 활용하는 대책이 수반돼야 한다. 연구팀은 남는 전기를 수소로 만들어 이산화탄소와 반응시키기 위한 마이크로 반응기를 개발한다. 마이크로 반응기 안에서 수소와 이산화탄소를 반응시켜 합성가스를 얻는데, 이 가스는 자동차 연료 등 다양하게 활용할 수 있다. 특히 마이크로 반응기를 포함한 시스템을 모듈로 개발해 신재생에너지 발전이 이뤄지는 곳 어디에든 쉽게 적용할 수 있도록 하는 것이 목표다.

같은 굵기의 전선에 5배 이상 많은 전기를 보낼 수 있고 손실도 1/10 이하로 줄일 수 있는 초전도 전력케이블을 실용화하는 연구도 활발히 진행되고 있다. 초전도 상태를 만들기 위해서는 액체질소를 이용해 전선을 영하 200℃ 이하의 극저온 상태로 유지해야 한다. 연구팀은 축적된 극저온 냉각시스템 관련 기술을 활용해 현재 전량 외국에서 수입하고 있는 냉동기를 자체 개발하고 국내 기업이 초전도 케이블의 토탈 솔루션을 제공할 수 있도록 지원할 방침이다. 이용민 기자

※ 이 기사는 한국기계연구원의 지원을 받아 작성됐습니다.

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고효율 초전도 케이블 시스템.
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자동차 등에 적용된 소형 플라즈마 버너의 작동 모습.
자동차 등에 적용된 소형 플라즈마 버너의 작동 모습.

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