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┃유해가스 배출허용기준을 강화하는 국제적 추세에 따라 규제되는 공해 ┃
┃물질의 종류와 규제대상 공정이 다양화, 소형화되고 있는 가운데 유해 ┃
┃가스 처리장치의 소형화와 유해가스의 동시 제거라는 산업계의 요구에 ┃
┃부응하여 저온 플라즈마를 이용한 SOX(황산화물), NOX(질소산화물), ┃
┃VOC(휘발성 유기화합물) 등의 공해물질 처리기술에 대한 연구·개발이 ┃
┃활발히 진행되고 있다. ┃
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┃특허(실용신안 포함)출원에 있어서는 94년을 기점으로 관련기술분야의 ┃
┃출원이 급등하여 97년에 86건으로 피크를 형성하고 있으며 98년 이후 ┃
┃IMF여파에도 불구하고 꾸준한 출원이 지속되고 있어 이 분야에 대한 ┃
┃높은 관심을 나타내고 있고 엘지전자, 삼성전자, 고등기술연구원, 포항┃
┃제철 등 대기업과 정부출연 연구소를 중심으로 출원을 주도하고 있는 ┃
┃것으로 나타났다. ┃
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┃플라즈마란 전기적으로 중성인 기체분자가 전기에너지 또는 열에너지를┃
┃흡수하여 높은 에너지상태를 갖는 이온과 전자로 분리되어 있는 제4의 ┃
┃물질상태를 이르는 것으로 저온 플라즈마의 경우 기체공간에 전기장을 ┃
┃걸어주어 1000K 미만의 국부적인 비평형 플라즈마를 형성하고 활성화 ┃
┃된 전자의 연쇄적인 충돌에 의해 유해가스를 분해하는 원리를 이용한 ┃
┃것이다. ┃
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┃다양한 공정에 적응력이 높고 여러가지 유해가스를 동시에 처리할 수 ┃
┃있는 기술상의 장점으로 화력발전소 배가스의 탈황탈질 동시공정, 자동┃
┃차 배가스의 NOX 제거기술, 소각로의 후처리공정, 화학공정에서의 ┃
┃VOC 처리공정, 반도체 공정의 PFC(과플로로화합물)제거 등 다양한 분 ┃
┃야에서 응용이 시도되고 있다. ┃
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1. 플라즈마란

플라즈마란 전기적으로 중성인 기체분자가 전기에너지 또는 열에너지를
흡수하여 이온과 전자로 분리되어 있는 집단을 이르는 것으로 고체, 액체,
기체와 구별되는 제4의 물질상태로 알려져 있으며 네온사인, 형광등,
북극의 오로라, 번개, 태양 등이 플라즈마 상태로 분류된다.

플라즈마는 그 온도에 따라 평균온도가 수만 도에 달하고 이온화 정도가
높은 고온 플라즈마(thermal plasma)와 평균온도가 상온보다 약간 높고
이온화 정도가 미약한 저온 플라즈마(nonthermal plasma)로 분류된다.

공정의 미세화, 저온화의 필요성에 따라 공업적으로 활발히 이용되고
있는 것은 저온 플라즈마로 반도체공정에서의 식각(plasma etching) 및
증착(PECVD: Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), 금속이나
고분자의 표면처리, 인조 다이아몬드 등의 신물질의 합성, 액정표시화면
(PDP: Plasma Display Panel), 환경정화기술 등 그 응용분야가 확대되고
있다.

2. 저온 플라즈마를 이용한 유해가스 처리기술

저온 플라즈마는 가장 간단한 형태로 두 개의 전도성판 사이에 전압을
걸어주면 전기에너지를 흡수한 기체분자는 활성화되어 이온과 전자로
분해되고 높은 에너지를 갖는 이온, 전자 등이 기체분자와 연속적으로
충돌하여 활성화, 비활성화를 반복하는 과정을 말하며 이와같이 형성된
국부적인 플라즈마 영역에 유해가스가 흐를 경우 활성화된 전자와의
충돌에 의해 유해가스의 분해가 일어난다.

저온 플라즈마는 이온이 갖는 에너지가 전자에 비해 적어 평균온도가
낮은 경우로 반응기에 걸어주는 전기장의 강도(E: electrical field
intensity)와 기체밀도(n: 단위체적당 분자수)의 비를 높임으로써 효과적
으로 발생시킬 수 있으며 반도체 공정의 경우 기체밀도를 낮춤으로써
E/n값을 높이고 대기압 하의 유해가스 처리공정에서는 전기장의 강도를
높임으로써 공정의 성능을 향상시키고 있다.

저온 플라즈마를 발생시키기 위한 방법으로 펄스(pulse)전원, 교류전원,
직류전원이 사용되고 있으며 펄스전원을 사용하는 경우 플라즈마 영역이
넓게 분포되는 장점이 있으나 펄스전원장치가 고가인 단점이 있고 교류
전원을 사용하는 유전체장벽(barrier discharge)반응기의 경우 압력손실과
유지관리에 문제점이 있는 것으로 지적되고 있다.

다양한 공정에 적응력이 높고 동시에 여러 유해가스를 처리할 수 있는
기술상의 장점으로 화력발전소 배가스의 탈황탈질 동시공정, 자동차
배가스의 NOX 제거기술, 소각로의 후처리공정, 화학공정에서의 VOC
처리공정, 반도체 공정의 PFC(과플로로화합물)제거 등 다양한 분야에서
응용이 시도되고 있다.

참고자료 :
1. 송영훈, 김석준, 저온 플라즈마를 이용한 유해가스처리 기술
(http://infosys.korea.ac.kr/ippage/g/)
2. 한양대학교 플라즈마 응용 연구실, 플라즈마 강의록
(http://newton.hanyang.ac.kr/plasma/)

* 첨부 : 저온플라즈마를 이용한 유해가스 처리기술의 출원동향

* 문의 : 심사3국 무기화학심사담당관실
최인선 사무관. 전화 042) 481-5567