휘발성유기화합물, 쉽고 효율적으로 제거한다
▷ 활성탄의 VOCs 흡착 및 탈착기능 강화한 보급형 VOCs 제거기술 개발
▷ 소규모 시설로 운영 가능해 중소규모 사업장에 최적화
대기오염의 주요 원인물질인 휘발성유기화합물(VOCs)*을 낮은 가격에 효율적으로 회수할 수 있는 국내 기술이 개발됐다.
* 악취를 유발하며 오존을 발생시키는 환경오염물질로 지구온난화에도 영향을 미치며, 사람이 접촉·흡입 시 암을 유발함.
환경부(장관 조경규)와 한국환경산업기술원(원장 남광희)은 기존 기술과 비교해 VOCs 회수율은 높이고 화재의 위험은 낮췄으며, 설비 운영비도 저렴한 보급형 VOCs 제거기술을 최근 개발했다고 밝혔다.
이 기술은 주유소, 인쇄소, 페인트 도장시설 등 VOCs를 배출하는 중소규모 사업장에 적용하기 적합하기 때문에 생활 속 VOCs 저감에 효과적으로 기여할 수 있다.
VOCs를 제거하는데 주로 사용되는 활성탄은 수많은 미세 기공을 갖고 있어 배출가스가 통과할 때 VOCs를 흡착하여 제거하는데, 시간이 지나면 흡착 능력이 떨어지기 때문에 활성탄을 교체하거나 재생하여 사용해야 한다.
그러나 중소규모 사업장에서는 교체비용 부담이나 유지관리 어려움 때문에 수명이 다한 활성탄을 계속 사용하는 경우가 많아 오염물질이 제대로 걸러지지 않고 배출될 수 있다.
또한, 활성탄을 재생하기 위해서는 고가의 대형 설비로 높은 온도나 압력을 가해 활성탄에 흡착된 VOCs를 회수해야 하는데, 중소규모 사업장에서는 이러한 설비를 설치하거나 운영하는 데 어려움이 있다.
이번에 개발된 기술은 기존의 스팀에 의한 열탈착 활성탄 재생기술을 대체하여 VOCs를 흡착한 활성탄을 비교적 낮은 온도에서도 효과적으로 재생할 수 있고, 흡착된 VOCs를 95% 이상 회수할 수 있으며, 활성탄을 약 100회 이상 재생하여 쓸 수 있다.
활성탄에 고온의 증기나 압력을 가하는 대신 60~90℃ 온도에서 압력을 낮춰 VOCs를 탈착하는 방법을 사용해, 보일러나 가스압축기 같은 대형 설비가 불필요하고 화재 위험성도 없다.
이번 기술을 적용하면 5년 간 설치 및 운영에 드는 금액을 기존 열탈착 방법 대비 약 1억 2,000만 원 정도 절감할 수 있어, 기존 대비 70% 수준의 설치 및 운영비가 소요된다.
이전까지 활성탄에 흡착된 VOCs는 비용 등의 한계로 회수하지 않았으나, 이번 기술에서는 95% 이상 회수가 가능하며, 회수한 VOCs는 산업 연료로 재활용하여 경제적 효과도 거둘 수 있다.
또한 이번 개발기술을 통해 현장에서 활성탄을 직접 재생하여 사용할 수 있으며, 100회 재생에도 약 99%의 VOCs 제거효율을 유지한다* 이는 반복재생에도 불구하고 일정 수준의 흡착성능을 유지한다는 의미다.
* 본 기술의 재생실험은 30CMM(Cubic Meter per Minute) 규모 시운전 수행결과이며, 기존 열탈착 방식의 경우에는 재생횟수가 늘어남에 따라 활성탄의 흡착성능이 저하되고, 수 회 반복재생만으로도 활성탄 재생수율이 80% 이하로 저하됨
국립환경과학원(2008)에 의하면 가장 큰 VOCs 배출원인 도장시설이 전국적으로 1만 6,000여 곳이 있으며, 모두 활성탄 교체주기를 준수한다고 가정할 때 도장시설만으로 한정해도 연간 1~2조 원 규모의 활성탄 교체비용이 소요된다.
이번에 개발된 기술이 현장에 성공적으로 적용된다면 중소규모 사업장의 활성탄 교체비용을 크게 절감하고, VOCs 배출도 효과적으로 제어할 수 있다는 전망이다.
이번 보급형 VOCs 제거기술은 환경부와 한국환경산업기술원의 '환경산업선진화기술개발사업'의 일환으로 2014년부터 연구가 진행됐으며, 한국산업기술시험원(연구책임자 전용우 박사)와 ㈜써스텍에서 기술개발을 수행했다.
이 기술은 올해 4월 환경부로부터 녹색기술 인증을 획득했으며, ㈜동일캔바스엔지니어링(대표이사 우현직)과 기술이전 계약을 올해 5월 체결하여 내년 상업화를 추진하고 있다.
남광희 한국환경산업기술원 원장은 “본 기술이 널리 적용되어 중소규모 사업장에서 VOCs가 효과적으로 처리되고, 국민들이 맑고 깨끗한 공기를 마실 수 있는데 기여할 수 있길 바란다”고 밝혔다.
인포그래픽
Lab규모 흡탈착 시스템 구축 공정
30 CMM 흡탈착 시스템 구축 공정
30 CMM 흡탈착 시스템 전경
▶질의응답
1. 본 연구에서의 VOCs 탈착방식에는 어떤 장점이 있나요?
❍ 일반적으로 포화된 흡착제를 재생하는 방법은 온도 차이를 이용한 열탈착 방식(Temperature Swing Adsorption, TSA)과 압력탈착 방식(Pressure Swing Adsorption)이 널리 활용되고 있습니다.
❍ TSA 공정은 고온 스팀을 이용해 활성탄에 흡착된 VOCs를 회수하는데, 흡착제에 남아있는 수분을 건조해야 하며, 고온 스팀 사용으로 화재 등 위험성이 있으며, 처리비용이 높고 시간이 많이 소요됩니다.
❍ PSA공정은 고압에서 VOCs를 흡착시키고 압력을 낮춰 VOCs가 탈착되게 하는데 고압에서 운전되므로 운전비가 크고, 공정의 규모가 큰 단점이 있습니다.
❍ 본 연구에서 개발한 저온 감압탈착(Vacuum Swing Adsorption, VSA) 기술은 상압에서 VOCs를 흡착시킨 후 사용된 흡착제를 진공펌프에 의해 감압하여 휘발성유기화합물을 탈착·회수하는 방식으로, 소요시간이 짧고 운전비용이 낮으며 상압에서 운전되므로 안정성이 높다는 장점이 있습니다.
2. 실용규모의 시운전시 운영 효율은 어느 정도였나요?
❍ VOCs는 약 99% 제거되었으며, 100회 재생 반복 후 활성탄의 흡착성능은 톨루엔 흡착능 기준 88.6%, 비표면적 기준 91.1%로 나타났습니다. 또한, 흡착된 VOCs의 95% 이상을 회수하였습니다.
▶용어설명
❍ (활성탄) 흡착성이 강하고, 대부분의 구성물질이 탄소질로 된 물질로서 주로 가루나 입자 상태로 제조된다. 활성탄은 주로 흡착제로서 기체나 습기를 흡수시키는 데 사용되며, 그 외에도 용제의 회수제, 가스 정제용 또는 탈색제 등 다양한 용도로 쓰인다.
❍ (VOCs) 대기 중에 쉽게 휘발되는 액체 또는 기체상 탄화수소화합물을 말한다. 악취와 광화학스모그를 발생시키며 인간에게 암을 일으키는 물질이다. 석유화학 정유, 도료, 도장공장의 제조와 저장과정, 자동차 배기가스, 페인트나 접착제 등 건축자재, 주유소의 저장탱크 등에서 발생한다.
❍ (CMM) Cubic Meter per Minute의 약자로 1분당 m3을 말하며 일반적으로 풍량 등을 나타내는 단위이다.
본 저작물은 '정책브리핑'에서 '2017년 6월 12일에' 작성하여 공공누리 제1유형으로 개방한 ‘휘발성유기화합물, 쉽고 효율적으로 제거한다’모집 (작성자:환경부)'를 이용하였으며, 해당 저작물은 '정책브리핑, www.korea.kr'에서 무료로 확인하실 수 있습니다.
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