플라즈마활성수와 제조 개발 방안

플라즈마란 고체, 액체, 기체에 이은 물질의 제4의 상태로, 강한 전기적 힘으로 인해 기체 분자가 이온과 전자로 나누어지는 상태를 말한다. 우주 전체의 99%가 플라즈마 상태로 이루어져 있고, 자연현상에서는 번개, 오로라 등에서 찾아볼 수 있으며, 우리 주위에서는 거리의 네온사인과 형광등이 플라즈마에 의한 현상이다.

 

대기 중에서 생성된 플라즈마의 이온과 전자는 공기 중의 산소/질소 등과 만나면 다양한 화학종(Chemical species)을 만든다. 이러한 화학종은 또 다른 물질의 표면과 만나 여러 화학 작용을 일으키고, 살균/분해/소독/세정 등 많은 긍정적인 효과를 만든다.

 

이러한 플라즈마는 반도체, 우주항공, 바이오 등 12대 국가전략기술 분야의 초격차 기술 확보뿐만 아니라 환경 문제 해결을 위해서도 크게 주목받고 있다. 이번 기술 교류회는 관련 기술을 연구하고 있는 4개 기관이 한데 모여 각자 보유한 성과를 선보이고, 집단지성을 바탕으로 미래 전략을 함께 고민하기 위해 마련됐다.

 

이틀간 진행된 행사에는 50여 명의 전문가가 참석했고, 각 기관의 특화된 플라즈마 기술 소개, 상호 네트워킹 프로그램 등이 진행됐다. 이를 기반으로 4개 기관은 향후 글로벌 Top 전략연구단 및 국가과학기술연구실(NSTL), 플라즈마 기술 연구 사업단 등 출연(연) 간 융합을 추진할 수 있는 다양한 과제를 기획한다는 계획이다.

 

이번 행사를 주최한 KERI 장성록 전기물리연구센터장은 “플라즈마는 12대 국가전략 기술 분야 대부분에 활용될 수 있을 정도로 영향력이 크기 때문에 4개 기관의 교류회는 매우 시의적절하다”라고 밝히며 “최근 정부가 출연연 개방형 협력체계 구축을 위해 '국가과학기술연구실(NSTL)' 도입을 선언한 만큼, 이번 기술 교류회가 좋은 사례로 손꼽힐 것”이라고 전했다.

플라즈마 살균수를 제조하는 방법은 대기압 비열 플라즈마(Cold Atmospheric Plasma)를 이용하여 물에 활성 산소 종(ROS)과 활성 질소 종(RNS)을 형성하는 과정으로 이루어집니다. 구체적인 과정은 다음과 같습니다:

1. 플라즈마 발생

• 플라즈마 장치를 사용하여 전기를 가해 대기 중의 질소와 산소 분자에 에너지를 전달하여 플라즈마 상태로 전환합니다.
• 이 과정에서 활성 산소 종(ROS)와 활성 질소 종(RNS) 같은 화학적 활성 물질이 생성됩니다

2. 활성종 용해

• 플라즈마에서 생성된 활성 종을 물에 용해시켜 플라즈마 활성수를 만듭니다. 이를 위해 플라즈마 방전을 물 표면이나 물이 흐르는 상태에서 수행합니다
• 이때 생성된 활성 물질은 미생물 세포벽을 손상시키고, DNA를 변형시켜 살균 효과를 발휘합니다.

3. 살균수의 특성

• 플라즈마 살균수는 일반적으로 약산성을 띠며, 활성 산소와 질소를 함유하고 있어 강력한 산화력을 발휘합니다. 이를 통해 바이러스, 세균, 곰팡이를 효과적으로 제거할 수 있습니다.
• 예를 들어, 플라즈마 살균수는 의료용 기구, 식품 가공 라인, 음료 살균, 농산물 저장 등에 다양하게 활용됩니다

4. 활용 및 보관

• 제조된 플라즈마 살균수는 즉시 사용하거나 냉장 보관하여 일정 기간 효과를 유지할 수 있습니다. 보관 시, 활성 종의 반감기에 따라 효능이 감소할 수 있으므로 신선한 상태로 사용하는 것이 가장 효과적입니다

플라즈마 살균수는 안전하면서도 강력한 소독 효과를 제공하며, 화학적 소독제 사용의 부작용을 최소화하는 친환경 기술로 주목받고 있습니다.

http://www.plasmakorea.com

플라즈마 살균수 제조 기술은 대기압 플라즈마 기술을 활용하여 물에 활성 산소종(reactive oxygen species, ROS) 및 활성 질소종(reactive nitrogen species, RNS)을 생성해 물의 살균력을 강화하는 방식으로 이루어집니다. 이 기술은 다양한 산업에서 살균, 소독, 그리고 물 처리 용도로 활용되고 있습니다. 아래는 플라즈마 살균수 제조 기술의 원리와 과정입니다.

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1. 플라즈마 생성

• 대기압 플라즈마 또는 저온 플라즈마 기술을 사용하여 플라즈마를 생성합니다.
• 플라즈마는 가스가 에너지를 받아 이온화된 상태로, 전자, 이온, 활성 종 등의 입자를 포함합니다.
• 일반적으로 공기 또는 산소를 이용해 플라즈마를 발생시킵니다.

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2. 활성 종 생성

플라즈마가 물에 접촉하면 다양한 활성 종이 생성됩니다.

• 활성 산소종(ROS): OH·, O₃(오존), H₂O₂(과산화수소) 등
• 활성 질소종(RNS): NO, NO₂⁻, NO₃⁻ 등
• 이 활성 종들은 미생물의 세포벽을 파괴하거나, DNA와 단백질을 손상시켜 살균 효과를 발휘합니다.

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3. 플라즈마 반응 시스템

• 플라즈마 반응기는 물 표면에 플라즈마를 방전시켜 활성 종이 물에 녹아들도록 설계됩니다.
• 대표적인 플라즈마 반응 방식:

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4. 살균수의 특징

• 높은 살균력: 박테리아, 바이러스, 곰팡이 등의 미생물을 제거.
• 잔류 물질 없음: 염소계 살균제와 달리 화학 잔여물이 남지 않음.
• 친환경적: 화학 약품 사용을 최소화하고 자연 분해가 용이.

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5. 응용 분야

• 의료: 수술 도구 및 병원 환경 소독.
• 식품 산업: 식품 가공 설비, 포장재, 과일 및 채소 세척.
• 물 처리: 정수 및 폐수 살균.
• 가정: 생활용 소독수 제조.

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6. 제조 장비 구성

• 플라즈마 발생기: 전기 에너지를 플라즈마로 변환.
• 전원 공급 장치: 플라즈마 생성에 필요한 고전압/고주파를 공급.
• 반응 용기: 물과 플라즈마가 반응하는 공간.
• 가스 공급 장치: 플라즈마 생성에 필요한 가스 공급(공기, 산소 등).

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7. 기술 개발 시 고려 사항

• 효율성: 짧은 시간에 최대한 많은 활성 종을 생성.
• 안정성: 플라즈마 발생 장비의 안정적 작동.
• 유지비용: 전력 소비량과 부품의 내구성.
• 규제 준수: 살균수의 안전성과 효능에 대한 인증.

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