플라즈마가 활용된 예와 미래시대에 플라즈마의 활용

박서준

플라즈마는 보통 제4의 물질의 상태를 가리키는 말이지만 우리 일상생활과 첨단산업에 응용두루 사용되고 있습니다. 가깝게는 형광등, 길거리 네온사인 등에서도 플라즈마 상태를 확인할 수 있으며, 산업분야에서는 나노분야, IT분야, 친환경 분야, 바이오 분야 등 전반에서 활용되고 있습니다. 플라즈마는 또한 오염된 물질을 정화하고 복원할 수 있습니다.

플라즈마는 온갖 미래 첨단기술의 원천을 제공하고 있다. 대표적인 예가 미래의 에너지로

서의 이용 가능성인데, 점점 고갈되어 가는 화석에너지를 대체할 가장 유력한 수단으로 떠

오르는 핵융합 발전은 수소 원자핵 등으로 섭씨 1억도 이상의 초고온 플라즈마를 만들면 성

공할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 입자가속기는 물질의 궁극과 우주의 비밀을 밝히기 위

한 입자물리학의 실험이나 각종 물성 실험에 활용되는 방사광을 얻기 위한 필수적인 장비인

데, 이 역시 전자나 양성자, 혹은 이온 등을 빛에 가까운 속도로 가속시켜 충돌시키거나, 강

력한 X선 및 방사광 등을 만들어내는 과정에서 플라즈마가 매우 중요한 역할을 한다.

최근 생명체의 존재 여부 등으로 화성 탐험에 대한 관심이 더욱 커지고 있는데, 현재의 우

주왕복선 등은 속력이 상대적으로 낮을 뿐만 아니라 엄청난 양의 화학연료를 싣고 가야만

하므로 장기간이 소요되는 유인 화성여행에는 적합하지 않다. 그러나 고온의 플라즈마를 고

속으로 분출하는 '플라즈마 엔진'을 우주선에 탑재한다면, 훨씬 적은 양의 연료로 기존 우주

선보다 10배나 빠른 속도를 낼 수 있기 때문에 미래의 화성 우주왕복선에 활용될 것으로 기

대되고 있다.

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하이브리드 정화기술을 이용한 탄광폐수 정화

출처: © 국가핵융합연구소

기존 플라즈마 정화장치에 비해 오염수 정화 구조가 간단하여 설치비용이 저렴하고, 요구되는 전력량은 적어지고 전처리 과정을 거칠 필요가 없어 효율적인 오폐수 정화작업이 가능하다는 장점이 있습니다. 향후 이 기술은 미생물 살균, 휘발성 유기오염물 등의 제거에 사용되며 식수 수처리, 선박 평형수, 폐수의 정화 등에 응용되어질 것입니다.

기름, 유기화합물 제거가 가능한 오염토양 복원 장치

국내외 적으로 기름 유출로 인한 사고가 빈번하게 일어나고 있는 가운데, 최근 열처리에 의한 지반개량, 오염지반 정화 등에 응용되는 오염토양 복원 장치에 플라즈마 기술이 적용되고 있습니다. 4,000이상의 온도에서 생성되는 플라즈마를 쓰레기 또는 폐기물, 오염된 흙에 용융시켜 원소화하는 기술을 사용했습니다.

플라즈마를 이용한 오염 토양 복원장치

플라즈마를 이용한 오염 토양 복원장치

기존에 열처리에 의한 오염 토양을 복원하는 방법이 있긴 했지만, 높은 온도에서 자연 흙을 마그마와 같이 용융시킬 때 기존의 열처리 방법으로는 높은 온도에 도달하기 어렵다는 문제가 있었습니다. 하지만, 플라즈마 기술은 이러한 높은 온도를 발생 시킬 수 있으므로 이를 이용하여 오염된 토양을 정화하는데 적용할 수 있었던 것입니다.

특히, 토양 뿐 아니라 수상오염에도 동일 장치를 이용하여 복원, 정화가 가능하다는 장점이 있어 향후 기름유출 사고 지역, 철수한 군부대 및 산업단지 택지, 주유소 화학공장, 유독물 저장시설, 철도 주변 토양 등 기름, 유기화합물에 의한 오염지역 등에 적용이 가능합니다.

이처럼 플라즈마의 융·복합기술은 오폐수 정화장치, 오염 토양 복원장치 등을 상용화하기 위한 기술의 핵심으로 여겨지고 있습니다. 불활성 기체 또는 화학적으로 활성인 기체들에 의해 생성되는 플라즈마를 다양한 산업분야 공정들에 응용하는 것은 이제 더 이상 꿈이 아닙니다. 요즘은 종래의 기술로는 얻을 수 없었던 신재료 및 공정으로부터 인류의 궁극적인 에너지원이라고 기대되는 핵융합에너지까지 플라즈마로부터 얻을 수 있을 정도이니 말입니다.

이 밖에도 국가핵융합연구소에서는 플라즈마 기술의 특징을 살려 여러 환경 산업분야에 플라즈마가 활용될 수 있도록 다양한 융·복합 연구를 진행하고 있습니다. 앞으로 플라즈마 원천기술의 핵심 연구개발을 바탕으로 또 어떤 새로운 분야를 개척할지 기대가 되는데요. 하루 빨리 플라즈마 신기술을 이용한 장치들이 상용화 되어 경제적 파급 효과를 일으키는 날을 기대해봅니다.

[네이버 지식백과] 오염 물질, 플라즈마로 정화 가능할까? (국가핵융합연구소 - 퓨전스쿨 스토리텔링)