한국원자력연구소, 유해물질 무누출 자석펌프 개발

[산업일보]
유해성 물질 취급 산업에 적용해 안정성 향상


한국원자력연구소(소장 홍인순) TRIGA연구로폐로사업팀 황성태 박사팀은 최근 인체나 환경에 해로운 유독성 물질을 외부에 전혀 누출시키지 않고 파이프를 통해 안전하게 다른 곳으로 이동시키는 디스크형 무누출 자석펌프를 세계 최초로 개발했다.

한국원자력연구소가 과학기술부의 지원을 받아 원자력연구개발 실용화 연구사업의 일환으로 개발한 이 펌프는 밀봉장치(Mechanical Seal)가 없어 별도의 유지보수가 필요없을 뿐 아니라 기존의 기계적 밀봉장치 펌프보다 안전성과 경제성이 뛰어난 것이 특징으로 원자력발전소, 석유화학 및 화공약품 취급업체 등에서 사용 가능하다.
즉 기존 제품들은 기계적 밀봉장치에 의해 유독성 액체의 외부누출이 없도록 설계되었으나 밀봉 부분이 기계적 작동과정중 마찰 등에 의해 마모돼 유독성 액체가 누출되는 현상이 종종 나타났다.

반면 이 펌프는 동력전달 부분과 액체흐름 부분을 격리하는 동력전달장치(커플링)를 이용해 유독성 액체의 누출을 근본적으로 방지토록 했으며 이 펌프의 동력전달장치는 자석에 의한 공간동력 전달방식으로 되어 있고 600℃의 고온과 100㎏/㎠의 고압에서도 사용이 가능하도록 되어 있다.

기존 외국 업체들이 개발한 원통형 자석펌프는 90℃ 이상의 온도에서 견디지 못하기 때문에 소규모 소형 펌프만을 생산할 수 있었으나 이 펌프는 고온, 고압에서 잘 견디도록 설계되어 있어 소형은 물론 대형까지도 생산이 가능하다.
또 기존 기계식 밀봉장치는 완전 밀봉이 어렵고 가격이 비싸며 동력전달 부분과 접촉 부분이 마모로 수명이 보통 6개월 또는 길어야 2년인데 비해 이 펌프는 밀봉이 완벽할 뿐 아니라 수명이 반영구적이다.

<한국원자력연구소 황성태 박사팀이 최근 세계 최초로 개발한 유해물질 무누출 자석펌프>

한국원자력연구소의 황성태 박사팀은 이 펌프가 상품화되면 Magnetic Drive Pump의 대체품으로서 매년 2백만달러에 달하는 수입대체효과를 거둘 것으로 기대되며 누출이 되면 안되는 유독성 물질 취급 산업체를 중심으로 사용량이 매년 크게 증가할 것으로 예상된다고 밝혔다. 이 펌프와 연관된 영구자석 커플링은 한국, 미국, 일본 및 유럽 공동체에 특허등록을 마쳤다.
앞으로 한국원자력연구소 황성태 박사팀은 이 기술을 한라산업에 이전, 상품화할 계획이며 해외시장 진출도 추진할 예정이다.

적조제거제 개발
산업폐기물재활용사업단, 분말황토의1/10 투입량으로 높은 효율 발휘

산업폐기물재활용사업단(단장 이강인)은 최근 폐기물 소각재인 용융슬래그를 재활용해 제올라이트를 합성, 적조 제거에 탁월한 성능을 발휘하는 제품 개발에 성공했다.
부경대 이제근 교수, 한국지질자원연구원 장영남 박사, 로드테크가 공동개발한 이 제품은 「제오플럭(Zeofloc)」이라고 명명되었으며 기존 분말황토와 비교해 최소 10배 이상의 높은 효율성을 가진 적조제거제로서 국내에서는 처음 상용화된 것이다.
국내에서는 지금까지 적조 제거에 황토를 살포하는 것만이 유일한 대안으로 여겨 왔으나 해저로 침강한 황토와 적조의 응집물은 바다 밑바닥을 덮어 해저생태계를 파괴하는 원인이 된다. 따라서 황토 자체의 적조제거율도 한계가 있고 높은 농도의 적조에는 효과가 떨어지므로 대체물질의 개발이 시급히 요구되고 있는 실정이었다.

<적조미생물 코클로디니움, 제오플럭에 의해 세포가 파괴된 코클로디니움, 황토에 의해 침강 제거된 코클로디니움>

이 제품의 주성분은 소각재를 용융시켜 발생하는 용융슬래그로부터 합성된 제올라이트이며 여기에 적조 제거에 상승효과를 주는 첨가물이 소량 주입돼 제조되었다. 용융슬래그는 소각재를 1,400℃ 이상에서 용융해서 나오는 물질로 소각재중 들어 있는 유기물 및 연소성 물질들은 용융과정에서 완전 분해되고 각종 중금속은 비중 분리에 의해 제거되므로 황토에 비해 중금속 함량이 낮고 안정적이라는 특징을 가지고 있다.
적조제거 현장실험 결과 이 제품은 분말황토의 1/10의 살포량으로도 보다 높은 적조제거효율을 얻을 수 있는 것으로 나타났는데 즉 분말황토를 10g/ℓ 살포시 75∼80%의 적조가 제거되는 반면 제오플럭은 1g/ℓ 주입시 95% 이상의 적조제거효율을 나타냈다. 제오플럭에 의해 침강제거된 적조미생물은 대부분 세포가 파괴되어 더 이상의 재생이나 번식이 불가능하다.

또한 중금속 용출실험 결과 모두 음용수 기준치 이하로 나타나 황토에 비해서도 안정성이 더 뛰어난 것으로 나타났으며 어류독성실험에서도 어패피해가 전혀 발생하지 않았다.
한편 제올라이트가 적조 제거에 효과가 있다는 사실은 최근 영국, 일본 등 선진국의 연구에서 밝혀졌으나 황토에 비해 가격이 매우 높아 실용화되지 못했다. 그러나 이번 연구로 용융슬래그를 원료로 한 양질의 제올라이트 제조가 가능해졌고 생산단가도 기존 제올라이트의 50% 수준으로 낮출 수 있게 됐다.
제오플럭의 가격은 ㎏당 500원 정도로 기존의 분말황토가 ㎏당 500∼1,500원임을 감안한다면 경제성면에서도 높은 경쟁력을 갖추고 있다.

한편 산업폐기물재활용사업단 사업관리팀장인 조봉규 박사는 『제오플럭은 분말황토의1/10 사용으로도 높은 제거효율을 발휘하므로 연간 약 10∼12억원의 직접적 절감효과와 해저침강에 의한 생태계 파괴문제를 줄일 수 있으며 폐기물 소각재를 주원료로 사용하므로 재활용을 통한 환경보전과 자원확보를 동시에 만족시키는 자원순환형 기술이라는 점에서 의미가 크다』고 밝혔다.
로드테크는 적제방조용으로 제오플럭을 사용하기 위해 해양수산부 및 지자체와의 협약을 거쳐 일 90톤 규모의 제오플럭 생산설비를 지난해 착공했다. 이 설비가 상용화되면 적조발생 해역의 30∼40% 정도를 방제할 수 있어 적조 구제에 크게 기여할 것으로 보인다.