인류가 산업발전 등으로 인해 석유등 화석연료를 사용함에 따라 대기오염은 날로 악화되어 1952년 런던스모그 같은 참사를 맞이하였고 이에 각국은 이러한 대기 오염물질을 저감하기 위하여 노력한 결과 대기 오염물질은 낮아지고 있으나 이에 반해 이산화탄소 배출량 증가에 따른 지구 온난화 현상과 오존층 파괴는 지역적인 환경문제에서 번세계적인 환경문제로 확산 전개되고 있다. 특히 산업혁명후 화석연료의 급격한 사용증가로 인한 이산화탄소 배출량 증가는 지구를 온나화시키고 수십년 후에는 환경에 심각한 영향을 주게 되는 것은 의심할 여지가 없는 것으로 이는 지구환경문제 중에서 금회 최대의 과제로 대두되게 되었다. 이에 따라 1985년 UNEP 관리 이사회를 필두로 "지구환경보전에 관한 동경회의", "대기오염 및 기후변동에 관한 노드윅 회의", "백악관회의", "휴스톤 Summit" 등에서 이 문제가 거론되기 시작하여 '90. 8월에는 스웨덴에서 온난화에 대한 과학적 인식과 대책의 메카니즘을 정하기 위한 IPCC 4차 회의가 각국 대표들이 참석한 가운데 정치, 경제, 과학의 문제로 등장하여 우리생활의 근본을 좌우할 다각적인 논의가 진행된 바 있다. 또한 미국, 영국, 일본 등 선진국들의 정상이 모이는 G7 회담 등에서 논의되고 있는 것들 중 정치적인 문제를 제외하고는 환경문제를 가장 많이 다룬다는 외신보도를 우리는 여러번 접한바 있다. 현재 국제적 환경문제로 가장 관심이 집중되고 있는 문제 중 몇가지를 소개하면 우선 <몬트리올의 정서에 의한 오존층 보호>를 들 수 있겠고, 최근 국제 협약 제정을 추진하고 있는 "지구온난화 방지에 관한 기후협약" 그리고 유해폐기물의 국제교역에 관한 "바젤협약"과 함께 새로이 제기된 "생물학적 다양성 협약"등이 거론되고 있으며, 이에 덧붙여 미국의 "자동차배출가스 규제"도 우리나라 산업에 큰 영향을 미칠 것으로 판단된다. 본 논문은 이중 대기와 관련된 오존층 보호와 지구온난화 대책에 대한 국제회의 등에서 현재까지 논의되었거나 토의될 내용에 대하여 기술하고 특히 금년부터 집중적으로 국제협상이 진행될 지구온난화 문제에 대한 최근의 국제동향 우리나라의 입장을 기술하고자 한다.
지구온난화는 범지구적 환경문제로 매우 빠른 속도로 진행되면서 그 심각성을 더해가고 있다. 특히 해수면 상승이나 대형 태풍, 홍수, 가뭄 등의 이상기후가 빈번하게 발생되며 생태계에도 심각한 타격을 주고 있다. 이러한 지구온난화를 유발하는 물질들에 대해 도쿄의정서(Annex A)에 6대 온실가스($CO_2$ (이산화탄소), 메탄($CH_4$), $N_2O$(아산화질소), PFC(불화탄소), HFC(수소화불화탄소), $SF_6$(육불화황))로 정의 하여 규제대상으로 분류하고 있다. $CO_2$를 제외한 Non-$CO_2$ 온실가스들은 배출량이 $CO_2$에 비해 매우 낮지만 GWP(지구온난화지수)가 매우 커 지구온난화에 미치는 영향이 상당하다. 최근 이산화탄소 이외에 지구온난화 문제를 일으키는 온실가스에 대한 많은 관심으로 대상가스의 처리 또는 재활용을 위한 신기술 및 신공정 개발에 박차를 가하고 있다. 온실가스 중 HFCs는 GWP가 1300으로 미량의 배출로도 심각한 기후변화를 일으킬 수 있는 물질로, 우리나라의 경우 1990년 이후 HFCs 배출량 증가율은 연 평균 4.9% ~ 13.8%이다. 국내외 온실가스 처리기술은 대부분 CO2에 대한 연구개발 및 실증화가 지배적이고, non-CO2에 대한 처리기술 개발수준은 미흡할 뿐만 아니라 본 연구 대상인 HFCs 의 경우에는 처리기술 연구개발이 전무하다. 특히 HFCs는 냉매 또는 발포제로 사용되는데 일반적으로 사용 후 특별한 처리과정 없이 대기중으로 배출된다. 본 연구에서는 non-CO2 가스인 HFC-134a 를 대상으로 혼합가스에서 분리 회수를 위해 하이드레이트 기술을 접목시켜 경제적, 친환경적인 기술개발을 목적으로 한다. kinetic 반응장치와 고압반응기 및 magnetic drive system 을 이용하여 stirring speed와 driving force에 따른 HFC-134a 하이드레이트 형성속도의 상관관계를 제시하고자 한다.
대기 중 온실기체의 증가로 인한 지구 온난화에 따른 기후변화 문제가 사회 각 분야에서 본격적으로 대두됨에 따라 기후변화를 예측하고 기후변화에 따른 영향을 정량적으로 평가하기 위한 연구들이 활발하게 진행되고 있다. IPCC(1995)에 따르면 대기 중 $CO_2$의 농도는 산업 혁명 이전의 280 ppm에서 1994년에는 356 ppm까지 증가했음을 보고한 바 있고, 1997년에는 약 364 ppm(하와이 마우나로아 관측소 측정값)으로 지속적인 증가 추세에 있는 것으로 관측되고 있으며, 1900년 이후의 증가율은 약 0.5%/yr 정도 되는 것으로 알려져 있다. (중략)
지구온난화에 따른 기후변화, 오존층파괴, 산성비 등 지구환경 문제가 심각해짐에 따라 이를 정확히 파악하여 과학적 기초자료를 산출하기 위한 지구규모의 관측ㆍ수집ㆍ관리 및 이를 제공할 수 있는 체제 구축의 필요성이 절실히 대두되고 있는 실정이다. 이와 같은 환경여건 변화에 따라 환경부는 오존층 파괴물질 및 온실가스 농도를 분석하여 오존층 파괴 및 지구 온난화 등의 지구환경문제를 파악하고, 몬트리올 의정서, 기후 변화협약, 교토 의정서 등 국제환경 협약에 적극 대응하기 위해 1999년 4월 수립된 2000년대 대기오염측정망 기본계획에 따라 지구대기 측정망을 국가관리 측정망으로 확정하고, 우리 공단에 동 측정망 구축을 위탁하였다. (중략)
대기환경 규제가 강화됨에 따라 기존 기술 대비 획기적인 성능과 가격 경쟁력을 갖춘 새로운 대기환경 기술에 대한 수요가 지속적으로 요구되고 있다. 특히 최근에는 종래의 분진, 이산화황가스 및 질소산화물에 대한 규제와 더불어 지구온난화가스인 이산화탄소, 과불화화합물 (Perfluorocompounds, PFCs), 메탄가스 등에 대한 규제가 강화되면서 이에 대응할 수 있는 대기환경 기술의 수요가 늘고 있다. 한국기계연구원에서는 지난 10 여 년간 지구온난화가스이자 난분해성 가스인 메탄 및 PFCs 가스를 플라즈마 화학반응 공정을 통해 분해하는 연구를 수행해왔으며, 이를 바탕으로 산업에 적용할 수 있는 기술개발도 병행하여 수행하였다. 현재 개발된 기술 가운데 일부는 산업에 실제로 적용되고 있으며, 이를 통해 산업현장에서는 지구온난화가스는 물론 질소산화물과 같은 다른 종류의 규제물질도 동시에 저감할 수 있었다. 본 발표에서는 플라즈마를 활용하여 난분해성 가스인 메탄과 PFCs를 분해하는 기술의 특성을 살펴보았으며, 이를 바탕으로 산업현장에 적용된 대기환경기술이 어떻게 활용되고 있는지를 소개하고 있다. 본 발표에서 다루게 될 플라즈마 발생기술은 펄스 코로나, 유전체장벽방전, 마이크로웨이브 토치, 아아크 토치 등이며, 플라즈마 발생조건은 수 torr 이하의 진공조건부터 및 대기압 조건에 이르고 있다.
지구상 존재하는 화석연료의 고갈에 대한 우려와 함께 최근 들어 지구 온난화로 인해 야기되고 있는 심각한 지구환경 문제에 대한 관심이 고조되고 있다. 이산화탄소로 대표되는 지구 온난화를 일으키는 공해물질의 많은 부분이 현재 주에너지원으로 사용되는 화석연료에 기인하기 때문에 이를 대체할 수 있는 청정에너지 개발은 이미 세계적 당면 과제라고 할 수 있다. 그 중, 수소에너지는 청정에너지로써의 역할 뿐만 아니라 에너지 저장매체로써의 기능 또한 담당할 수 있어 주목 받고 있다. 본 연구에서는 텅스텐 광촉매를 사용하여 물을 수소와 산소로 분해 하고자 하였고 C70을 도입하여 분해 효율을 향상시키고자 하였다.
지구상 존재하는 화석연료의 고갈에 대한 우려와 함께 최근 들어 지구 온난화로 인해 야기되고 있는 심각한 지구환경 문제에 대한 관심이 고조되고 있다. 이산화탄소로 대표되는 지구 온난화를 일으키는 공해물질의 많은 부분이 현재 주에너지원으로 사용되는 화석연료에 기인하기 때문에 이를 대체할 수 있는 청정에너지 개발은 이미 세계적 당면 과제라고 할 수 있다. 그 중, 수소에너지는 청정에너지로써의 역할 뿐만 아니라 에너지 저장매체로써의 기능 또한 담당할 수 있어 주목 받고 있다. 본 연구에서는 텅스텐 광촉매를 사용하여 물을 수소와 산소로 분해 하고자 하였고 C70을 도입하여 분해 효율을 향상시키고자 하였다.
불소나 염소가 수소대신에 치환 되어있는 활로겐화 화합물인 염화불화탄화수소(CFCs chlorofluoro carbons)는 오존층 파괴물질 그리고 지구온난화 기체물질로 널리 알려져있다. 이러한 CFCs는 Mauna Loa, Niwot Ridge, South Pole과 같은 지구배경농도지역에서 70년대 후반부터 지속적으로 측정되어 오고 있다. 대기중 CFCs농도는 일반적으로 수백 ppt 수준으로 매우낮아 측정이 매우 어려운 것으로 알려져왔다.(중략)
산업용 보일러에 대해 오일버노에서 가스버너로 설비교체를 하면서 폐열회수, 저공기비 운전 등을 통해 열효율이 6$\~$8$\%$ 정도 향상되었으며 fuel NO의 제거로 질소산화물질은 1/3정도 배출되었다. 지구온난화 물질인 이산화탄소의 배출도 에너지 절감을 통해 6$\~$8$\%$ 정도 절감되었다. 이러한 결과는 국내 산업용 보일러의 효율향상 및 성능개선에 대한 분석적인 적용
지구상에 존재하는 모든 생물에 의해 배출되는 이산화탄소는 온실가스로써 산업혁명 이후 급격한 농도 증가로 인해 지구 온난화 등의 다양한 환경문제를 초래하고 있다. 지구 온난화의 가시화로 인한 각종 기후 협약 및 탄소배출권 등에 규제로 온실가스 감축의무부과가 확실해져 탈 석유기반 사회로 전환을 위한 이산화탄소를 처리하는 다양한 연구가 각국에서 활발히 진행 중이다. 본 연구에서 마이크로웨이브 플라즈마 토치를 이산화탄소 분해에 이용하게 되었고 그 목적은 이산화탄소가스를 마이크로웨이브로 가열하여 순수한 이산화탄소 플라즈마 토치를 발생함으로서 지구 온난화의 주범인 이산화탄소를 생산적으로 이용하기 위한 것으로 전자파를 발진하는 마그네트론으로는 3kW, 2.45GHz의 주파수를 사용한다. 마이크로웨이브 플라즈마 토치를 이용한 이산화탄소의 분해 시 생성되는 물질을 확인하기 위하여 이산화탄소의 열역학적 평형을 계산하였으며 또한 이산화탄소의 분해 반응의 준 평형상태에서의 속도상수를 이용하여 각 분해반응생성물들의 밀도비율을 계산하였고, 이를 일반화시켜 도시하였다. 위 과정을 통해 고온의 이산화탄소 토치는 탄화수소 연료를 1기압에서 개질할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어 메탄개질은 $CO_2+CH_4{\rightarrow}2CO+2H_2$의 반응식이 된다. 이때 엔탈피와 엔트로피 변화는 각 각 ${\Delta}H=247kJ/mole$과 ${\Delta}S=257J/mole/deg.$이며 이 반응에 대한 gibbs 자유에너지는 $G={\Delta}H-T{\Delta}S$로서 개질 자발반응이 일어나는 온도는 $T={\Delta}H/{\Delta}S=961K$가 된다. 그리고 탄화수소 개질에 참여하는 산소와 CO 라디칼의 밀도가 대단히 높다. 따라서 메탄개질은 이산화탄소 토치를 통하여 1기압에서 쉽게 이루어진다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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