한국핵융합에너지연구원(이하 핵융합연) 플라즈마기술연구소가 플라즈마 기술로 폐기물에서 수소 및 전기를 생산하는 기술을 개발했다.
또 이를 이용해 하루 3톤 규모 폐기물을 처리할 수 있는 ‘플라즈마 폐기물 가스화 실험로’를 구축, 수소 함량이 높은 합성가스 생산과 고체산화물 연료전지(SOFC)를 활용한 전력 생산에도 성공했다.
연구팀이 개발한 기술은 3000℃ 이상 고온 플라즈마를 이용해 폐기물을 열분해 해 일산화탄소, 수소 등 합성가스로 전환하는 것이 핵심이다.
이는 폐기물을 산소와 반응시켜 연소시키는 일반 소각방식과 달리 고온 플라즈마로 폐기물을 완전 분해함으로써 온실가스 배출이 현저히 감소돼 친환경 폐기물 처리가 가능하다.
또 이 과정에서 발생한 합성가스를 연료로 활용, 수소나 전기를 생산할 수 있어 폐기물을 자원화 하는 혁신기술로 주목받고 있다.
앞서 핵융합연은 2021년 500㎾급 대용량 플라즈마 토치를 개발해 폐기물 열분해를 위한 핵심기술을 확보했다.
아울러 이를 바탕으로 하루 처리량 1.5톤 규모 실험로를 구축해 플라즈마 폐기물 가스화 기술 개발을 위한 연구를 진행했다.
이어 2022년 ㈜GS건설, 현대중공업파워시스템㈜과 협약을 맺고 고온 플라즈마 가스화 상용로 개발을 진행, 하루 처리용량을 3톤 규모로 대폭 확대한 실험로를 구축했다.
핵융합연은 이 실험로를 활용해 플라스틱, 나무, 오일 슬러지 등 유기성 폐기물을 플라즈마 처리해 합성가스를 추출하고 수소를 정제했다.
또 해당 실험로와 고체산화연료전지(SOFC)를 연계해 플라즈마 처리 후 발생한 합성가스를 연료로 전력을 생산하는 데 성공했다.
핵융합연은 이번 성과를 바탕으로 기업과 협력을 확대해 상용화를 추진할 계획이다.
특히 실험로 장시간 운전 실증으로 안정성을 확보하고, 다양한 폐기물 종류와 플라즈마 처리에 따른 데이터도 확보할 방침이다.
이밖에 수소 및 전기 생산량 확대를 위한 공정 최적화 연구로 경제성을 강화할 예정이다.
오영국 핵융합연 원장은 “이번에 확보한 플라즈마 폐기물 가스화 기술은 산업현장의 각종 폐기물을 가장 깨끗하게 처리할 수 있디”며 “폐자원 처리와 청정에너지 생산을 동시에 실현할 혁신기술로 자리매김토록 후속 연구를 진행할 것”이라고 말했다.
