휘발성유기화합물 (VOC, Volatile Organic Compounds)이란 톨루엔, 벤젠과 같이 상온에서는 액체이지만 휘발성이 커서 쉽게 증발하여 대기 중으로 날아가는 화합물을 일컫는다. 휘발성유기화합물은 냄새가 강하기 때문에 작업장 내에서의 작업 수행을 어렵게 하며, 휘발성유기화합물에 장기간 노출되면 두통, 메스꺼움을 일으키고 심할 경우 암을 유발하는 것으로 알려져 있다. 이에 따라 정부에서는 대기환경보전법을 제정하여 휘발성유기화합물의 배출을 규제하고 있으며, 휘발성유기화합물 대량 배출업체는 반드시 휘발성유기화합물의 배출을 억제 또는 방지하는 시설을 설치하도록 규정하고 있다. KIER는 1998년 인체에 유해하고 공해를 유발하는 물질인 휘발성유기화합물을 제거하기 위한 500N㎥/hr 처리 규모의 중소형흡착농축장치의 개발에 착수했다. KIER에서 연구 개발하게 된 휘발성유기화합물 흡착농축용 세라믹 로터는 공기 중에 포함된 휘발성유기화합물을 흡착하여 제거하는 역할을 하는 핵심부품이었다. 흡착농축장치의 핵심부품인 세라믹 허니컴 소재의 흡착 로터를 제조하기 위해 KIER는 우선 세라믹 파이버, 글라스 파이버 등 무기섬유를 주성분으로 하는 인장강도 100㎏/㎠의 세라믹 종이를 개발했으며, corrugation 장치를 이용하여 편파형 세라믹 성형체 및 세라믹 허니컴 로터를 제조하였다. 세라믹 허니컴 로터에 제올라이트, 활성탄소를 함침시켜 개발한 허니컴형 흡착 로터는 정적흡탈착실험 결과 톨루엔, 벤젠, MEK, MIBK를 95% 이상 제거할 수 있었다. 이후 2003년에는 휘발성유기화합물 제거방법 중 가장 에너지소비가 적은 로터식 흡착농축 및 촉매연소시스템을 개발하여 휘발성유기화합물 배출업체에 설치하고 실증운전을 수행했다. KIER에서 개발한 방법은 무기질 섬유를 구성요소로 하는 세라믹 종이를 만들어 여러 층으로 적층하여 벌집 모양의 허니컴에 흡착물질을 함침시킨 후 휘발성유기화합물을 제거하는 것이었다. KIER는 세라믹종이 제조 기술을 개발하기 위해 처음에는 펄프를 사용하는 제지공장을 찾아가 자문을 구하였으나, 세라믹 종이의 원료인 세라믹 파이버의 분산특성이 펄프의 분산특성과 워낙 다르기 때문에 종이를 생산하는 기본원리 외에 구체적인 자문을 받을 수는 없었다. 이에 KIER에서는 작은 구멍이 촘촘히 뚫려있는 컨베이어 벨트(와이어 메시)를 사용한 장망식 초지 방식을 사용하기로 하고 자체적으로 기초 연구를 실시하기 시작했다. 장망식 초지 방식이란 물에 분산시킨 종이원료를 일정한 유량으로 공급하면서 탈수 및 건조를 통해 종이를 제조하는 방식이다. 세라믹 종이를 허니컴으로 만들기 위한 첫단계는 편파형 성형체의 제조였다. 편파형 성형체는 평평한 세라믹 종이와 파도 모양으로 성형된 세라믹 종이를 접합시킨 것이며, 편파형으로 성형된 종이는 원통형으로 말아 축 방향으로 무수한 공기 통로를 가지는 벌집 모양을 만들었다. 이어 세라믹 종이로 만든 벌집 모양의 성형체에 흡착성질을 가지는 물질을 함침시키기 위하여 흡착물질을 물에 분산시킨 슬러리를 만들고 벌집모양 성형체를 슬러리에 담갔다 꺼내는 함침을 실시했다. 슬러리가 함침된 원통형 성형체는 충분히 건조한 후 600℃에서 가열하여 원통형 흡착 로터에 포함되어 있는 유기물질을 제거했다. 제조된 흡착 로터는 정적흡탈착시험장치에 장착하고, 150~450ppm으로 오염된 공기를 공급하면서 흡착파과 실험을 실시, 170℃로 가열한 공기를 공급하면서 탈착특성을 분석했다. 휘발성유기화합물을 흡착하기 위하여 사용되는 제올라이트는 Y타입(type)과 ZSM-5타입(type)이 있으며, 톨루엔, 벤젠, 싸이클로헥사논 등 다양한 휘발성유기화합물을 흡착할 수 있는 제올라이트의종류를결정했다. KIER는 정적흡탈착시험장치에서 얻은 흡착파과 및 탈착특성을 기반으로 흡착농축장치를 설계했으며, 1,000m3/hr 용량의 흡착농축장치를 설계 제작했다. 제작된 흡착농축장치는 톨루엔, 벤젠, 싸이클로헥사논을 150~450ppm으로 공급하면서 흡착제거 및 농축 특성을 분석했다. 제작된 흡착농축장치의 휘발성유기화합물 제거율은 96% 이상이었으며, 농축비는 7배 이상으로 나타났다. KIER에서 개발된 흡착농축장치는 충남 천안 소재 인쇄업체인 H사에 설치되어 실증운전을 실시했다. 115ppm으로 배출되는 자일렌은 흡착제거 후 6.3ppm으로 정화되어 작업장으로 다시 공급되었으며, 520ppm으로 농축된 자일렌은 촉매연소장치에 공급돼 연소 후 500℃의 연소열을 얻을 수 있었다. 촉매연소장치에서 얻은 열은 열교환기를 거쳐 170℃의 온도를 가지는 탈착용 공기로 사용되었다. 실증실험을 통해 보조연료를 사용하지 않고 휘발성유기화합물을 제거할 수 있음이 확인되었다. 연구 결과 휘발성유기화합물의 흡착농축용 세라믹쉬트 허니컴 로터 및 그 제조방법(대한민국 특허 337,127호)과 가스 흡착용 세라믹시트의 편파 성형체 제조방법 (대한민국 특허347,010호)의 지적재산권이 얻어졌다. 이 특허는 1억원의 기술 실시계약을 맺고 (유)엔에스크리스탈에 기술이전되었다. (주)엔에스크리스탈에서는 이전받은 기술을 바탕으로 세라믹종이 제조, 편파형 성형, 원통형 권취에 이르는 일관된 공정을 갖추고 휘발성유기화합물 흡착로터의 생산에 착수했으며, 2006년 4월에는 하이트산업에서 배출되는 1,100m3/min 용량의 휘발성유기화합물 제거용 흡착로터가 제작, 설치되었다. KIER는 휘발성유기화합물뿐 아니라 습기 제거, 이산화탄소 제거, SOx, NOx 등 유해가스 제거 등에도 개발된 기술을 활용하기 위하여 후속 연구개발을 추진하고 있다. 본 메일은 발신전용메일로 메일수신을 동의하셨기에 기재해 주신 이메일 주소로 발송되었습니다. 한국에너지기술연구원에서 드리는 각종 정보의 메일 수신을 원치 않으시면 [수신거부]를 눌러 회원 개인정보를 변경해 주시기 바랍니다. If you do not want this type of information or email, please click here 기타 문의 사항은 한국에너지기술연구원 웹사이트의 [ 참여마당> 묻고 답하기 ] 메뉴를 이용하여 주시기 바랍니다.