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냄새는 이제 그만, 전자빔 기술로 악취 제거를?

디지털콘텐츠/이슈리포트

by 디지털콘텐츠기업 성장지원센터 2021. 10. 14. 11:27

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전자빔이란?

전자총에서 나오는 속도가 거의 균일한 전자의 연속적 흐름을 전자빔, 혹은 전자선이라고 한다. 파장이 극히 짧음으로 진공인 경우나 전기장·자기장이 없는 경우에는 직선으로 전파된다고 생각해도 된다. 속도 V의 전자 빔에는 드브로이파(de Broglie)로서의 파장 (h는 플랑크 상수)가 대응한다. 보통 사용되는 가속 전압에 해당하는 전자빔의 파장은 0.005~0.1nm이며, X선 파장 범위(0.001~5nm)와 비슷하다.

 

고밀도 전자빔이란, 기존 저 전류(nA 이하)의 전자빔 기술과는 다른 고전류(mA 이상)를 이용하는 것이다. 이러한 고밀도 전자빔은 전자빔의 가속 에너지 크기 및 전류량에 따라 주요 사양과 응용 분야가 결정되며, 기계, 바이오, 반도체, 디스플레이 및 환경 분야 등 응용 분야가 다양한 것이 특징이다.

 

< 출처 : 한국원자력연구원 연구진이 축산악취를 모니터링하는 모습 - 한국원자력연구원 홈페이지, https://www.kaeri.re.kr >

 

전자빔으로 축산악취를 없앨 수 있다.

국내 연구진에 의해 개발된 전자빔으로 축산 악취를 95% 이상 없앨 수 있는 기술이 곧 일상에 적용될 것으로 기대된다.

 

암모니아, 황화수소 등 혼합된 복합적 화합물로 인해 축산시설에서는 악취가 난다. 이 축산 악취를 95% 이상 처리할 수 있어, 화합물 종류가 축산시설에 비해 적은 일반 생활 악취나 산업 악취에도 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 보인다.

 

원자력연구원이 개발한 전자빔 기반 축산악취 저감 기술은 축사 내부 공기를 모아 높은 에너지의 전자빔을 쪼여 악취를 분해하는 기술로, 따로 용액을 사용하지 않는다. 전자 가속기는 전자들을 빛의 속도에 가깝게 가속해 악취 물질과 반응하도록 하여 물질 분자 구조를 파괴한다. 또한 산화 분해시킬 수 있는 물질 생성으로 2차 분해를 유도한다.

해당 기술을 축산시설에 구축한다면 실제 악취 처리에 큰 효과를 보일 것으로 기대된다.

 

전자빔을 활용한 다양한 기술들

전자빔은 축산악취를 없애는 것 뿐만 아니라 다양한 분야 내 여러가지 기술로 활용되고 있다.

 

우선, 고밀도 전자빔 피니싱 공정기술이 있다.

 

< 출처 : Schematic of E-Beam Finishing Process - Sodick, http://www.sodick.co.jp, Mitsubishi Electric, http://www.Mitsubishielectric.com >

 

위와 같이 고밀도 전자빔을 활용하면 공정기술이 가능한데, 이러한 고밀도 전자빔 피니싱 장비는 약 0.01~60mm 직경의 집속 전자빔을 1Pluse 2us 주기로 가공물에 조사할 수 있다.

 

< 출처 : Results of E-Beam Finishing Process - Sodick, http://www.sodick.co.jp, Mitsubishi Electric, http://www.Mitsubishielectric.com >

 

또한, 주로 금형 코아 소재로 쓰이는 냉간 금형용 합금공구 SKD11에 전자빔 조사를 하면, 위 사진과 같이 전후 결과를 알 수 있다. 실험 결과 시료 표면 거칠기가 초기대비 약 20% 정도로 향상되는 것이다.

 

그리고 전자빔 응용 표면 개질 및 미세 가공 기술이 있다.

 

< 출처 : Corrosion Resistance Test - Sodick, http://www.sodick.co.jp, Mitsubishi Electric, http://www.Mitsubishielectric.com >

 

< 출처 : Water Repallant Test - Sodick, http://www.sodick.co.jp, Mitsubishi Electric, http://www.Mitsubishielectric.com >

 

고밀도 전자빔을 이용한 표면처리 결과, 소재의 내부식성과 발수성 등이 향상되는 기술이다. 위 사진은 폴리싱 된 시료의 고밀도 전자빔 조사 전후 염수분무 시험과 발수성 시험 결과를 보여준다. 내부식성과 발수성 시험 결과, 전자빔 조사 전후의 내부식성 및 발수성이 향상되는 것을 알 수 있다.

 

< 픽사베이, https://pixabay.com/ko/illustrations >

전자빔의 미래는?

현재 관련 분야에서는 반도체 공정의 독성 가스 처리기술 개발 내 전자빔 적용에 대한 연구가 진행 중이라고 한다.

한국환경산업기술원의 환경 산업 선진화 기술 개발 사업 최종보고서에 의하면, 전기/전자 및 반도체 산업공정에서 난분해성 및 독성을 가지고 있는 NF3(nitrogen trifluoride) 가스가 배출된다. 이 배출된 가스에 전자빔 기술(Electron beam technology) 활용으로 저감 및 처리 기술을 개발해 적용하는 것이 연구 목표가 될 수 있을 것이다.

 

악취 제거, 용접 등과 같이 다양한 분야에서 전자빔이 활용되고 있으며, 기술 적용 가능성 또한 높다. 특히 폐수에 전자빔을 쬐면 녹조현상을 막을 수 있는 기술’, 윗글에서 언급한 '유독가스 분해 기술등으로 알 수 있듯이, 전자빔 활용 분야 중 대부분의 연구가 환경 분야이기 때문에 관련 분야에 대한 연구 지속이 더욱 중요하다고 보여진다.

 

축사악취 제거에 활용된 전자빔 기술은 그 효용성으로 인하여 앞으로 환경 분야 내 다양한 기술 발전의 대표 기술이 될 수 있을 것으로 보인다. 또한 환경 분야에서 전자빔 활용 기술에 대한 연구 범위를 넓힌다면, 전자빔 기술이 환경 분야 최고 기술의 근본으로 자리 잡을 수 있을 것으로도 기대된다.

 

[출처]

- 국방과학기술용어사전, https://dtims.dtaq.re.kr/vps/OINF_viewDictionaryOfDST.do

- A. Okada, et al, "Surface finishing of stainless steels for orthopedic surgical tools by large-area electron beam irradiation", CIRP Annals - Manufacturing Technology, Vol. 57, 223-226, 2008.

- Soung Min Kim, et al, "Bony regeneration effect of electron-beam irradiated hydroxyapatite and trical- cium phosphate mixtures with 7 to 3 ratio in the cal- varial defect model of rat", The 6th Workshop on Electron Beam Applications, 56-81, 2011.

- Sodick(japan) Catalog, 2004.

- 고밀도 전자빔 응용기술 동향(Trend on the Application of High Density Electron Beam Process), 강은구 외 4, 한국생산기술연구원 IT 융합생산시스템센터, 한국 생산기술연구원 충청지역본부, 2011.

- Development of toxic gas treatment technology from semiconductor process by electron beam, 한국원자력연구원 류재응, 한국환경산업기술원, 2014.04.

- "4대 서비스 로봇 정책 및 육성 방향", <로봇신문>, 2020.10.29.

- 한국로봇산업진흥원, https://www.kiria.org/portal/bizsupt/portalBsuptRoCreIntro.do

- "지능형 IoT 기반 서비스 로봇 활용사례와 시사점", 정보통신산업진흥원, 2020.07.29.

 

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