앵커>
생활 속 과학여행 시간입니다.
플라즈마가 반도체분야는 물론, 바이오, 의학, 농식품분야에까지 다양한 쓰임새로 사용되고 있는데요.
현재 플라즈마를 활용한 기술은 어떻게 연구되고 있는지 이충현 기자와 함께 이 소식 자세하게 알아보겠습니다.
어서 오세요.
스튜디오,앵커>
우선, 플라즈마가 어떤 상태의 물질인지 궁금한데요.
쉽게 구분하는 방법 있을까요?
스튜디오, 기자>
그렇습니다.
지구상의 물질.. 우리가 학교에서 배운건 크게 세가지였죠?
고체와 액체, 그리고 기체.
쉽게 얼음을 생각하면, 얼음에 열을 가하면 액채인 물이되죠?
물에 열을 가하면 증기라고 하는 기체상태가 되는데.. 이보다 더 고온의 상태가 되면, 가스 입자가 이온과 전자로 분리되는데 이렇게 이온화된 가스상태를 플라즈마라고 하는겁니다.
스튜디오, 앵커>
어떻게 보면, 불과 플라즈마가 유사한 점이 많다고 볼 수 있을 것 같은데요?
현재 사용되는 플라즈마, 어느 부분에 어떻게 사용되고 있는지 궁금한데요?
스튜디오, 기자>
네, 말씀 하신대로, 불과 플라즈마 모두 빛과 에너지, 높은 온도를 제공하고 있다는 점에서 공통점이 있다고 볼 수 있는 것이 사실입니다.
하지만, 플라즈마는 우리가 눈으로 보는 것처럼 무조건 뜨겁기만 한 것은 아니거든요?
우리가 말하는 온도는 플라즈마 상태에서 두 가지로 분리시켜 이해 하셔야 하는데요.
플라즈마 상태에서의 온도는 '이온운동 에너지의 크기'와 '열량'으로 구분해서 이해해야 합니다.
즉, 에너지 움직임이 큰 것을 온도가 높다고 하는데, 이때 보이는 현상이 실제 '촉각'적인 온도에서는 느껴지지 않을 정도로 구현될 수 있다는 점이 특징입니다.
우선, 자연상태에서는 태양, 극지에서 볼 수 있는 오로라, 번개가 바로 대표적인 플라즈마로 볼 수 있는데요.
우리가 가정에서 일반적으로 사용하는 형광등과 상점의 네온싸인 등 대부분도 플라즈마현상을 활용한 것들입니다.
우선, 산업적으로 플라즈마 기술이 도입돼 높은 생산성과 더불어, 우리나라를 세계 최고 자리까지 이끌어 온 분야는 단연 반도체와 디스플레이 분야입니다.
무균상태에서 반도체 칩 위에 박막을 쌓아올리거나 잘라내는 등 가공하는데 플라즈마가 사용돼 왔는데요.
현재까지도 단연 최고의 명맥을 이어오고 있습니다.
최근엔 약방의 감초처럼 플라즈마 응용기술이 자동차와 선박, 항공우주, 환경, 농식품 산업용으로도 확대·개발되고 있는데요.
자동차 배기가스를 최소화하기 위한 부분에서 국내 한 정부출연연구원에서 '플라즈마 토치'가 개발돼 곧 상용화될 예정이어서 관심을 모으고 있습니다.
이 장치는, 나선으로 겹겹이 둘러쳐진 점화장치에 플라즈마가 켜지고,, 필요시 고속회전 하는 방식으로 구동됩니다.
실험장치에 고속의 바람과, 연료를 동시에 주입하자 고속엔진소음과 함께 푸른 불꽃이 유리관을 뒤덮습니다.
자동차 엔진 배기구에 모인 질소와 산소 화합물질을 순간 연소 시키는 장치로, 이 장치 실험 결과 국내 환경배출기준보다 4배 가까이 대기오염물질 배출을 줄일 수 있었습니다.
이 플라즈마토치는 기존 매연저감장치를 장착하는 것보다 비용은 1/3, 운전비용도 적게 들어, 연간 2천억 원 이상 대기오염물질 처리 비용도 줄일 수 있을 것으로 기대를 모으고 있습니다.
인터뷰> 이대훈 한국기계연구원 플라즈마연구실 책임연구원
(불보다 더 가혹하거나 낮은 압력이거나 더 높은 온도거나 이런 조건들을 형성할 수 있기 때문에, 그렇게 어렵지 않게 우리의 삶을 더 풍요롭고 윤택하게 해줄 수 있을 것이라고 기대하고 있습니다.)
스튜디오, 앵커>
우리 삶속에 이미 다양하게 활용되고 있는데요
더 다양한 측면에서 플라즈마가 사용될 수 있다는 기대감을 갖게해주는 만큼, 더 매력적인 물질이 아닌가 생각되거든요?
스튜디오, 기자>
그렇습니다.
플라즈마는 고온플라즈마와 저온 플라즈마로 나누어서 볼 수 있습니다.
고온플라즈마는 현재 에너지 융합발전을 목표로 국가핵융합연구소에서 연구개발이 이뤄지고 있는데요
최고 3만도씨까지 에너지 온도를 높일 수있는 기술을 확보해 가고 있습니다.
저온 플라즈마는 낮게는 1천~천500도 씨 정도로 앞서 잠깐 살펴본 매연저감 토치라든지 이미 활용하고 있는 네온싸인, 형광등 등에 사용돼 왔는데요..
조금 더 적극적이고, 실용가치를 높이기 위한 연구가 이어지고 있는데요 현장을 직접 다녀왔습니다.
전라북도 군산시 새만금 산업단지 입구쪽에 자리한 플라즈마기술연구센터 입니다.
국가핵융합연구소가 저온플라즈마 기술 연구 개발을 위해 별도의 장소를 마련한 건데요.
농식품분야에서 활용할 수 있는 살균·정화장치 개발에 연구진은 모든 역량을 집중하고 있습니다.
지금보시는 건, 축산 오폐수 소각장에서 쓰일 수 있는 플라즈마 정화장치입니다.
오염물질인 축산오폐수를 보시는 것과 같이 네 단계에 걸쳐 정화하게 되는데요.
일반적인 정화때와 비교한다면, 5리터를 기준으로 15분이면 정화처리가 되는 만큼 기존보다 4배가량 시간을 줄일 수 있다고 합니다.
또 다른 장치는 과일표면에 대한 살균처리를 하는 건데요.
이 장치를 통해 과일의 저장시간도 사흘 가량 연장시키는 효과를 얻을 수 있습니다.
플라즈마 수처리 장치를 통해 작물을 키우고, 소독처리할 수 있는 기술력이 확보됨에 따라 당장엔 화훼 농가가 큰 기대이익을 볼 것으로 전망하고 있습니다.
또 한 가지는 계란과 김치소스 살균처리에 사용된 플라즈마 전처리 기술 적용 사례인데요.
달걀 껍질 표면의 살균처리로 보존기간을 연장시키는 것은 물론, 김치 소스의 살균처리를 통해 유럽인들의 식탁위에 샐러드 형식의 김치를 올릴 수 있을 것으로 기대를 모으고 있습니다.
결국 이런 전처리 과정에서 플라즈마가 사용될 경우 환경은 물론, 미래 에너지 분야에서도 융합 연구개발의 결과가 다양하게 나올 수 있을 것 이란 설명입니다.
인터뷰> 유석재 국가핵융합연구소 플라즈마 기술연구센터장
(세계 시장규모로 볼 때 에너지 시장, 먹거리 시장이 최대 또는 2대 시장크기로 알고 있습니다. 일단 그 시장 자체가 거대시장. 타킷으로 보면 굉장히 '블루오션'적인 전망이 밝은 부분으로 볼 수 있습니다.)
스튜디오, 기자>
관련 연구분야에서 플라즈마 기술의 에너지 분야 상용화 목표를 오는 2030년에서 2040년으로 보고 있습니다.
'국가핵융합연구소'가 기술 이전한 플라즈마 기술은 반도체와 디스플레이, OLED 등 모두 열 서너 건 정도라고 하는데요.
현재, 의료부문과 농식품 관련 부문에서 기술이전 완료 사례도 전해질 것이라고 밝혔습니다.
스튜디오, 앵커>
취재내용 보니까, 축산폐수도 정화하고, 농산물도 살균소독해 농가소득도 늘릴 수 있는 기술이 하루 빨리 관련 산업분야에 확산됐으면 좋겠다는 생각이 드네요.
스튜디오, 기자>
그렇습니다.
현재 플라즈마 는 산업이라고 말하지 않고요, 공식적으로는 플라즈마 기술기반 산업 이라고 말을 합니다.
다양한 접목으로 다양한 분야에서 활용될 수 있는 분야인만큼 국내 일자리는 더 커질 것이란 전망도 가능하고요.
농식품 분야에서의 부가가치도 상당히 커질 수 있을 것임엔 틀림이 없어 보입니다.
스튜디오, 앵커>
오늘 생활속 과학여행은 우리 일상에서 볼 수 있는 플라즈마를 중심내용으로 이충현 기자와 함께 했습니다.
수고했습니다. (인사)
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