플라즈마기술 이용한 VOC 제거 기술

1. 플라즈마의 정의

플라즈마는 고체, 액체, 기체와 함께 물질의 네 번째 상태로, 기체 상태의 물질이 높은 에너지 상태로 전이되어 전자, 이온, 중성 입자들이 공존하는 상태입니다. 플라즈마는 높은 에너지 상태로 인해 반응성이 매우 높습니다.

 

 2. 플라즈마 생성

플라즈마는 고전압을 이용해 기체(주로 공기 또는 산소)에 에너지를 부여하여 생성됩니다. 이 과정에서 전자와 이온이 생성되고, 이들은 매우 활발하게 움직이며 다양한 화학 반응을 유도합니다.

 

 3. VOC 제거 원리

플라즈마를 이용한 VOC 제거는 다음과 같은 메커니즘을 통해 이루어집니다:

A.전리: 고전압에 의해 전자가 가속되면서 기체 분자를 이온화합니다. 이 과정에서 활성 산소종(O, OH 라디칼 등)과 같은 반응성이 높은 화학종이 생성됩니다.

B.산화: 생성된 활성 산소종은 VOC 분자와 반응하여 이를 산화시킵니다. 이 과정에서 VOC 분자는 CO2, H2O, 그리고 기타 무해한 물질로 분해됩니다.

C.파괴: 플라즈마 내의 높은 에너지는 VOC 분자의 화학 결합을 파괴하여 분해를 촉진합니다.

 

4. 플라즈마 기술의 장점

- 빠른 반응 속도: 플라즈마는 매우 빠르게 화학 반응을 유도할 수 있어, VOC 제거 효율이 높습니다.

- 다양한 오염물질 처리: 다양한 종류의 VOC와 기타 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있습니다.

- 온도 제어: 플라즈마 기술은 상대적으로 낮은 온도에서도 작동할 수 있어, 에너지 효율적입니다.

5. 플라즈마 시스템 구성

A.전원 공급 장치: 고전압을 공급하여 플라즈마를 생성합니다.

B.반응기: 플라즈마가 생성되고 VOC가 제거되는 공간입니다.

-C.가스 처리 시스템: 처리된 공기를 배출하고, 플라즈마 생성에 필요한 가스를 공급하는 시스템입니다.

 

플라즈마 기술은 이러한 원리를 통해 산업 공정에서 발생하는 다양한 VOC를 효과적으로 제거하여 환경 보호와 공기 질 향상에 기여합니다.

1. VOC란?

대기중에 오존 등 광화학 옥시전트는 광역적으로 형성되고 산림고사 등의 생태계 피해를 가속화시킨다는 연구결과가 보고됨에 따라 오존형성의 전구물질인 휘발성 유기화합물질(Volatile Organic Compounds : 이하 "VOC"라 함)에 대한 관심이 점차 증가하고 있다. VOC는 자체로서 유해하고 악취의 원인으로 작용하여 지역적인 오염물질로 다루어져 왔으나 점차 국경을 초월하여 다른 나라에도 피해를 유발하는 장거리 월경오염물질로서 국제문제화 됨에 따라 전 지구차원의 근본적인 VOC 저감대책이 논의되고 있다.

1979년 UN에서는 [장거리월경대기오염협약]이 채택되고 1991년에 국가연합 유럽경제위원회(UNECE)의 의정서가 미국, 캐나다, 유럽 등 23개 가맹국에 의해 체결됨으로서 북미, 유럽 각국이 협조하여 VOC의 전지구적인 총량규제가 시작되면서 지구 대기환경문제로 발전하였다. 이에 따라 가맹국은 2000년까지 기존 년도에 대해 30% 이상의 VOC 배출량 감축을 약속하고 저감목표를 위한 실행계획의 입안을 추구하게 되었으며 대부분 국가는 용제 사용과 교통수단의 VOC 배출저감에 초점을 두고 있다.

최근에는 VOC의 근본적인 배출을 저감하기 위한 사전오염 예방차원으로 소비상품에 함유되어 있는 VOC 양을 제한하는 방향으로까지 발전하고 있다. 미국 EPA는 1996년 4월 소비상품에서의VOC 함유량을 제한하는 내용을 제안한 바 있어 앞으로는 제품의 라벨링제도 등 제품의 수출·입과 관련된 무역과 연계되어 VOC규제가 발전될 가능성이 크다. 이에 따라 각 오염원에서 원료물질의 Reformulation (예:개질가솔린)과 대체품의 신기술개발에 노력하는 추세이다.

 

VOCs를 제거하기 위한 제어기술은 소각(열 및 촉매), 유기용제를 회수하기 위한 흡착법, 흡수법, 응축법 이외에도 신기술인 막분리, 자외선 산화법, 코로나 기술등이 있지만 이들은 대부분 대용량으로 비용이나 규모, 운영면에서 작업환경에 적용하기에는 곤란한 점이 있다. 따라서 작업장내에서의 VOCs처리는 환기 및 후드를 사용한 국소배기등의 소극적 방법과 활성탄을 이용한 흡착 및 흡수액을 이용하는 기술등이 적용되고 있으며 이 중 흡착법에 의한 필터류가 가장 많이 사용되고 있다. 그러나 필터는 농도가 낮은 경우에는 효율적이나 수명이 짧아 필터를 자주 교체해야 하는 불편함과 아울러 유지비가 많아 소요된다는 단점이 있다. 따라서 이들 단점을 보안하고 처리효율도 향상된 보다 효과적인 처리방식이 필요하다. 저온 플라즈마를 이용한 처리방식은 실내공간에서의 국부적인 처리에 적합한 기술로 기존의 처리방식에서 발생할 수 있는 압력손실 등의 문제를 해결할 수 있고, 고효율로 처리할 수 있는 처리방식 중의 하나로, 운전 및 유지관리 면에서 유리한 점을 가지고 있다.

공기플라즈마