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[People]김현영미주리대 물리화학교수,수소가스 대량생산 첫선폐기물 활용 친환경 고온개질기 세계 첫 개발

   
<김현영박사가 개발한 환경오염 저감 가스爐에 대해 설명하고 있는 모습.>
   
<김현영박사와 취재중인 필자>
   
 
재미 원로 물리화학자의 투혼이 서린 'Kim Reformer' 기술개발이래 4반세기 남짓 애국혼을 불사르며 노익장을 과시, 세인의 이목을 끌고 있다.

과학 선진국인 미국과 독일에서 러브-콜한 친환경 고온 개질기(Kim Reformer)는 기존 가스화로(Gasifier)의 소각에 의존하는 폐기물 처리의 2차 오염에 따른 물질발생을 방지하는 독보적인 연구개발(R&D)이 더해 업계 초미의 관심사다.

더욱이 소각매립 및 해양투기 등 원시적인 기존의 처리방법 자체는 고비용으로 인한 국가적 경제손실이 다분해 적잖은 부작용이 초래되기 일쑤였다.

그러나, 미국 미주리대 물리화학과의 김현영(이학박사) 명예교수는 폐유기물의 개질반응에 의한 고효율 가스화 기술을 적용해 재활용 수소가스(합성가스) 생산에 성공, 지구환경 보전은 물론 대체 에너지 활용으로 경제적 가치가 높다는 이론이다.

출시 기업인 와가텍(주/WaGaTec Corp.)은 산업폐기물에서 수소가스를 생산하는 화학로를 제작,판매하며,폐기물 바이오매스를 통한 재생에너지 개발은 물론 수소가스 대량생산 기술에 탁월한 성과를 선보인다.

고온 개질기 판매 및 서비스에 앞서온 서울시 강남구 테헤란로 상제리제빌딩 A동 2004호의 (주)와가텍에 김현영박사는 경남 마산 출신으로 육군 장교로 근무중 미국으로 유학, 최근까지 미주리대 캠퍼스에서 후학을 가르쳤다.

24년 동안 현지 미주리대 물리화학 교수를 지낸 그는 “오염물질 배출을 줄이면서 폐기물을 처리하는 동시에 이를 통해 환경친화적인 수소(H)를 만드는 기술을 개발하는데 성공했다"고 밝혔다.

   
<김현영 박사와 이연재 (사)한국자원재활용기술연합회장이 협력사업 추진을 숙의하고 포즈를 취했다.>
화제의 고온개질기 기술(High temperature reformer technology)은 앞서 34년간의 미국 생활을 뒤로 1989년 귀국한 김 박사가 개발 출시한 환경기술(ET)의 총아로 정평이 나 있으나 정작 그 빛을 발하지 못하고 있는 형국이다.

첫 선을 보인 김현영 박사는 "수소가스를 연소했을 때는 대기중의 산소(O)와 결합해 물(H2O)을 남기고 많은 열을 제공한다"며 "이산화탄소(CO2) 가스배출이 없어 경제적 가치가 높은 친환경 수소(H)를 추출해 낼 수 있다"고 강조한다.

이에 김 박사는 수소 경제를 지지한 굴지의 기업은 다름아닌 오일(Oil)을 장악하고 있는 거대한 석유회사로 오일에서 보다 많은 경유를 생산하기 위해 중유를 물과 반응시켜 많은 수소가스를 생산해 왔다고 상기했다.

해당 반응결과의 효시는 1934년 독일 화학자 Lurgi가 발견한 C(탄소)+ H2O-CO+H2 이론으로 Lurgi의 'Coal-Gasification'으로 명명했다는 술회이다.

나아가 CO+H2의 혼합가스를 합성가스로 불리고 이 반응을 널리 가스화 반응(Gasification)이라고 불려 왔다는 김 박사의 설명이다.

즉, 가스화 반응은 탄소가 증기 또는 이산화탄소와 반응해 합성가스를 생성하는 Lurgi의 Gas reaction을 의미하는 것이지, 탄소가 산소가스와 산화해 CO2gas를 생성하는 가스화 반응 및 기타 가스를 생성하는 가스화를 의미하는 것이 아니란 주장이다.

이 반응은 흡열-환원반응인데 고온에서 수소는 수소가스로 환원되고, 탄소(C)는 일산화탄소(CO)로 개질된다는 것이다.

이 반응의 매력은 탄소를 포함하는 물질은 어떤 화학적,물리적 형태에도 관계없이 고온에서 상당한 열만가하면 가스화 반응이 일어난다는 정설이다.

우리나라의 경우 지난 2013년도 TFEC(총에너지 소비량)은 총 2.1억 toe로 집계된다.
이 에너지를 수소가스(H2)로 환산하면, 600ton의 수소가스 연료에 해당된다는 분석이다. 

현재 고려중인(-XT) 개질기를 500m3/hr(합성가스)로 설계한다면, 1기당 1일 100kg H2(상온), 연 600톤의 H2를 생산하는데는 15대의 (-XT)개질기를 가동시켜야 한다는 지적이다.

위와 같은 수소가스를 생성하기 위해서는 수지류 폐기물의 연 2만4천톤(고체무게의 5%를 탄소로 추산)이나, 음식물 폐기물은 연 2만4천톤(고체무게 5%의 3분의 1을 탄소로 추산)으로 여유있게 설정했기에 무리가 없을 것이란 김 박사의 주장이다.

가장 확실한 것은 발명한 개질기속에 들어간 탄소는 어떤 형태이던지 개질돼 CO와 H2로 나온다는 설명이다.

결과적으로 -XT개질기 10~15대를 작동하면 우리나라 에너지의 연비량 2.1억 toe를 충당하게 될 전망인데다 에너지 수입 없이 현재의 산업 수준을 지속할 수 있다는 전망이다.(참조사항,H2 1kg→15m3, 2867/kcal/kg, 2580kcal/m3, Toe=107kcal=350kg H2 gas)

이같은 실정에 김현영 교수는 "국가차원의 지원과 도움이 절실하다"고 전제한 뒤 "획기적인 프로젝트를 성공시키려면 에너지를 많이 사용하는 사업장은 모두 수소가스 연료를 받아들일 준비를 해야한다"고 조언했다.

김 박사는 “줄곧 Lurgi의 탄소가스화 반응 실험을 3년(’98년,’99년,’00년) 동안 연구했다”며 “개질기는 여섯 번이 만들어 졌다”고 상기했다.
경기도 평택 교외에 있는 대림산업 이준용회장의 건설장비 저장창고 일부를 얻고, 실패와 성공을 거듭하며 실험을 하기도 했다.

초기에는 고기원의 유영돈 박사를 통해 실험기기 구입은 물론 각종 실험 과정에서 많은 도움을 받기도 했다.

그러나, 연구개발(R&D) 초기에 자금지원을 얻으려고 각방으로 수소문했지만, 쉽사리 이뤄지지 않았다.
지금까지는 그의 사재로 줄곧 연구 활동을 진행해 왔다.

탄소개질 반응이 1,200℃ 이상에서 발생한다는 실험 결과를 발표한후, 국내의 일부 업계는 “익히, 다 아는 사실을 두고 왜 그런 실험을 되풀이 했는가?”라는 반응이 팽배했다.

일련의 사실에 김 박사는 아무도 그런 실험을 한 일이 없는데다 1,200℃라는 온도도 모르고 지냈다는 지적이다.

재래식 방법은 부분 산화식으로 실험 용기안에 탄소, 증기, 산소를 넣고 ~1,000℃ 정도 가열해 혼합가스를 생산하는 것이다.
합성가스는 그 혼합가스의 3~5%를 차지하는데, 가스분리를 해야 하나 이런 과정은 생산성이 없다는 진단이다.

지금은 이것마저도 시행하는 곳이 없다는 김 박사는 Biomass는 많은 탄소를 포함하는 Tar를 생산하는데, Tar를 개질해 합성가스를 생성하는 장치는 현시점에서 ‘Kim reformer’가 유일하다고 자부했다.

해외의 관련 학계 및 기술업계는 “여태까지 아무도 그런 실험을 하지 않았다는 것이 신기하다”는 전언이다.
1,200℃에서 열균형을 이루는 탄소개질기는 앞서 한국, 일본, 중국, 미국에서 특허등록을 받은 반면, 유럽은 현재 심사계류 중이다.

김현영 박사는 “현재 실험해온 개질기(100m3/hr,합성가스)를 일정 규모(500~1,000m3/hr합성가스)로 -XT model을 설계,제작해, 우리나라의 총에너지 연소비량 2.1억 toe에 해당하는 수소가스 연료(H2 가스 연 600톤) 체계를 구축할 계획”이라고 말했다.

김 박사는 이를 토대로 “다가오는 2020년에는 대한민국이 처음으로 재생에너지 국가로서 자국의 에너지 수요를 해결한 나라가 되길 바란다”고 소망했다.
<권병창 기자>

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기사 댓글 2
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  • 강민철 2015-03-29 12:30:44

    지금 현재의 대체에너지로 수소가 가능하다면 우리나라 주도로 세계 에너지시장을 이끌어 나갈수있다는 말씀인대 엄청난 경제부를 이룰수 있겠네요 이게 창조경제네요   삭제

    • 김천수 2015-03-27 14:56:46

      대단한 발명을 하셨네요 이것이 상용화되면 환경문제가 해결되겠네요 존경스럽습니다   삭제

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