우리나라에서 한 해 악취와 관련한 민원은 2만 건에 육박할 정도로 악취는 사람에게 불쾌감과 정신적 스트레스를 유발한다. 삶의 질을 저해하는 대표 요인이기 때문에 정부에서도 2016년 상시가뭄, 싱크홀, 녹조, 미세먼지와 함께 악취를 국가환경분야 5대 난제로 지정해 엄격히 관리하고 있다.

산업분야에서도 2005년 악취관리법이 제정된 이후 악취 배출 규제가 점차 강화되는 추세고, 2019년부터는 규제 권한 또한 지자체에서 환경부로 일원화되면서 기업경영에 큰 고려 요소로 부상했다. 하지만 기존 악취제거 기술은 악취 유발 조건에 따라 제거 효율 편차가 크고 다량의 화학약품까지 사용하기 때문에 2차 오염을 유발하는 한계가 있다.

한국원자력연구원(원장 박원석)은 저에너지 전자선을 이용해 산업악취를 원천적으로 제거할 수 있는 신기술을 개발하고 상용화에 나선다. 원자력연구원은 방사선이용운영부 김병남 박사팀이 과학기술정보통신부 방사선기술개발사업을 통해 악취관련 전문기업인 (주)에코코어기술(대표 윤영호)과 함께 ‘저에너지 전자가속기 기반 악취제거 융합시스템’을 개발하고, 이를 상용화하기 위해 연구소기업 설립을 추진한다고 밝혔다.

‘저에너지 전자가속기 기반 악취제거 융합시스템’은 전자가속기에서 가속된 전자가 악취 원인물질의 분자결합을 분해하는 기술을 이용한다. 악취를 포함하는 공기를 저에너지 전자가속기의 흡입구로 통과시켜 그 안에서 전자가 악취 유발 원인물질의 분자구조를 분해한 후 배출구로 공기를 내보낸다. 가속기 안에서 전자빔을 쪼인 악취물질은 화학결합이 절단되면서 분자구조가 깨지는데 이렇게 되면 악취도 근원적으로 사라지게 된다. 원자력연구원에서는 2016년부터 4년 동안 이 기술을 개발해 2020년 11월 실증실험을 거쳐 악취제거 효율 99%의 성능을 확인했다.

저에너지 전자가속기를 이용한 악취제거 기술은 상대적으로 저렴한 구축비용과 방사선 차폐의 용이성, 장비의 소형화 가능성 등 여러 장점에도 불구하고 전자빔의 투과깊이가 낮아 조사면적에 한계가 있어 대용량 악취처리에는 적용키 어려웠다.

김병남 박사팀은 반응기 내부에 나선형 구조를 도입해 반응기를 통과하는 공기에 전자빔이 골고루 균일하게 조사할 수 있도록 설계함으로써 낮은 투과깊이 문제를 극복하고, 조사면적을 획기적으로 확대했다. 이에 따라 현장에서 발생하는 악취(10,000~40,000OU[Odor Unit])를 저농도·고농도 구분 없이 처리용량 22CMM(Cubic Meter/Min), 처리효율 99%를 달성했다. 반응기 크기를 조절하면 최대 300~400CMM까지 용량을 증대할 수 있어 대용량 악취제거도 충분히 가능하다.

원자력연구원은 이 기술과 관련 국내특허 5건, PCT 1건을 출원해 국내특허 3건을 등록하고, PCT는 해외진입국 선정을 앞두고 있다.

전자가속기를 이용한 악취제거 방법은 10여 년 전부터 널리 알려진 기술로 그 효용성은 검증됐지만 전자빔 투과깊이를 높이기 위해 중에너지 전자가속기(0.5~5MeV)를 활용하기 때문에 방사선 차폐와 운영의 어려움, 고가의 구축비용 등 상용화에 제약이 따랐다.

이런 이유로 산업계에서는 악취가스를 흡착제 층으로 통과시켜 제거하는 ‘흡착법’, 악취가스를 800℃ 이상으로 소각해 무해한 탄산가스와 물로 산화분해해 탈취하는 ‘연소법’, 오존의 산화력을 이용해 악취를 분해제거하는 ‘오존산화법’, 미생물을 이용해 악취물질을 분해하는 ‘생물탈취법’, 물과 기액접촉으로 수용성 악취물질을 처리하는 ‘흡수법’, 전기적인 방전에 따른 플라즈마 충격으로 오존을 형성시켜 악취물질을 산화하는 ‘UV 및 플라즈마 처리법’, 오존산화법과 약액 세정, 흡착법을 접목한 ‘하이브리드법’ 등을 이용해왔다. 하지만 이러한 전통적 방법들은 적용 가능한 악취 유형이 제한적이거나 악취처리 효율성이 떨어지는 한편, 무엇보다 고농도 악취 처리에는 비용이 과도하다는 단점이 있다.

반면 이번에 개발한 기술은 영업용 냉장고 수준의 크기로 자체 차폐가 가능하고, 구축비용 또한 중에너지 전자가속기 시설 대비 최대 1/10에 불과하며, 현장 배기시설과 직접 연결할 수 있어 상용화에 매우 유리하다. 현재 시작품 개발을 완료했으며, 후속 연구를 통해 현재 크기의 2/3, 무게 1/2 수준의 상용모델을 개발 중이다.

이 기술은 산업현장의 악취뿐만 아니라 육상하수슬러지처리장, 분뇨악취 등 심각한 악취 유발 시설에도 적용 가능하다. 특히 대형병원의 공조시스템에 적용하면 실내공기를 매개로 한 병원 내 감염 예방에도 탁월한 효과를 거둘 수 있을 것으로 전망된다.

악취 처리와 관련한 세계시장 전망 또한 밝다. 2017년도 ‘Future Market Insight’ 자료에 따르면 2017년 9억2,300만 달러 규모의 악취처리 시장은 2027년 15억5,000만 달러까지 성장할 것으로 전망된다. 특히 인구밀집도가 높은 아시아·태평양 지역의 경우 세계시장 평균 경쟁률을 상회하는 6% 내외의 성장률이 예상된다.

박원석 원자력연구원장은 “이번 성과는 방사선을 이용한 국민 삶의 질 향상에 부합하는 대표사례로 다양한 분야에 활용할 수 있도록 지원하겠다”고 밝혔다. 또 김병남 박사는 “저에너지 전자가속기의 단점인 처리용량 문제를 해결한 이 기술을 산업현장에 조속히 적용키 위해 상용모델 개발과 신기술 인증을 서두르겠다”고 밝혔다.