젖은 커피찌꺼기 90초 만에 무연탄급 연료로…세계 최초 화염 플라즈마 기술 개발

화염플라즈마 공정 처리 과장 [사진=한국지질자원연구원]

젖은 커피찌꺼기를 건조 없이 90초 만에 고품위 연료로 전환하는 기술이 국내 연구진에 의해 세계 최초로 개발됐다. 기존 공정 대비 처리시간을 최대 240배 단축한 것이 핵심이다.
 
한국지질자원연구원(KIGAM) 자원활용연구본부 박태준 박사 연구팀은 갓테크와 공동으로 수분 약 55%의 젖은 커피찌꺼기를 별도의 건조·탈지 과정 없이 90초 만에 고품위 바이오차로 전환하는 '화염 플라즈마 열분해(FPP)' 기술을 개발했다고 20일 밝혔다.
 
바이오차란 유기물을 산소가 없는 환경에서 열분해해 만든 고체 탄소 물질로, 연료·흡착 소재 등으로 활용된다.
 

이 기술은 LPG와 압축공기를 연소시켜 약 800~900℃의 화염 플라즈마를 생성하고, 이를 고수분 바이오매스에 직접 가하는 방식이다. 플라즈마의 초고온 에너지가 내부 수분을 순간 기화시키면서 입자 내부에서 미세 폭발이 일어나는데, 이른바 '팝콘 효과'다. 이 과정에서 수분이 단순 제거 대상이 아닌 탄화 반응을 촉진하는 수증기 활성화제로 작용한다는 점이 기존 기술과의 차별점이다.
 
실험 결과 수치도 주목된다. 90초 처리 조건에서 △발열량은 원료(21.8MJ/kg) 대비 약 33% 향상된 29.0MJ/kg으로 일반 무연탄과 유사한 수준을 달성했다. △고정탄소 함량은 약 3배(15.6%→46.2%) 증가했고 △황 성분은 완전히 제거돼 연소 시 황산화물(SOx)이 발생하지 않는다. △비표면적도 115.4㎡/g까지 높아져 활성탄 전구체나 흡착 소재로의 추가 활용 가능성도 확인됐다.
 
다만 상용화까지는 추가 검증이 필요하다. 현재 연구는 커피찌꺼기에 집중돼 있으며, 음식물 쓰레기·슬러지 등 다양한 고수분 유기성 폐기물로의 적용 범위 확대와 공정 최적화가 과제로 남아 있다.
 
이번 연구 성과는 화학공학 분야 국제학술지 ‘케미칼 엔지니어 저널’에 게재됐다.
 
박태준 박사는 "폐기물을 단순 처리 대상이 아닌 고부가가치 에너지 자원으로 전환하는 새로운 기술적 패러다임을 제시한 것"이라며 "공정 최적화와 실증 연구를 통해 산업 현장에 적용 가능한 상용화 기술로 발전시켜 나가겠다"고 말했다.