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마이크로웨이브 기술을 이용한 폐기물의 효율적 처리(Microwave technology for energy-efficient processing of waste)

전문가 제언: □ 마이크로웨이브는 300MHz에서부터 300GHz의 주파수를 가진 파장을 말한다. 일반적으로 군사용, 통신용으로 사용하기 때문에 각국은 과학용, 공업용 및 의료용으로 2,450MHz를 허용하고 있다. 우리나라도 민간인에게 이 주파수를 사용을 허락하고 있다. 영국에 경우 여기에 900 MHz를 추가하여 민간용으로 사용한다.

□ 유전체를 교류 전장(마이크로웨이브 장)에 놓으면 전장의 양극과 음극을 향하여 쌍극자가 각각 재배열한다. 이 때 전장의 방향을 바꾸면 쌍극자는 정반대의 방향으로 분자(또는 원자)의 배열이 바뀐다.

□ 주기가 2,450MHz인 마이크로웨이브 장에서 노출된 물질은 매초 약 25억회의 재 정렬을 해야 하고 이것이 내부 마찰을 일으켜 마이크로웨이브를 받아들이는 물체에게 가열작용을 한다. 외부로부터 열을 가하는 다른 가열공정은 외부로부터 가열되어 내부로 들어간다. 이와 달리 이 마이크로웨이브 가열은 내부와 외부가 동시에 균일하게 가열되는 것이 특징이다.

□ 본문에서는 마이크로웨이브를 이용한 폐기물 처리의 한 예로 폐타이어의 열분해나 가스화를 들고 있다. 타이어는 탄성이 강하여 분쇄하거나 찢어 조각을 내는데 에너지가 많이 소요된다. 그러나 타이어를 극저온으로 냉각하면 탄성을 잃어 Hammer mill로 쉽게 분쇄된다. 공기 분리공장이나 액화 천연가스 기화 등 냉열을 이용할 수 있는 곳에 타이어 분쇄공장을 병설하면 에너지를 대폭 절약할 수 있어 경제적이다.

□ 디젤 엔진에서 차가운 시동 상태에 촉매에 의하여 처리되지 못하고 배기 되는 NOx와 매연(Soot)이 문제이다. 여기에 마이크로웨이브를 가하면 촉매가 점(Sitewise) 기준 가열되어 NOx와 매연의 배출을 막는다. 이 때 필요한 탄화수소는 넘어오는 미연소 연료로 충분하며 촉매가 충분히 가열되면 마이크로웨이브는 불필요하다.

저자: T.J. Appleton, R.I. Colder, S.W. Kingman, I.S. Lowndes, A.G.Read
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