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초임계 이산화탄소 중에서 대용량 방전 플라스마의 형성

전문가 제언: ○ 일상생활에서는 플라스마가 흔하지 않지만 우주 전체를 보면 가장 흔한 물질의 상태다. 우주 전체의 99%가 플라스마 상태라고 추정되고 있을 정도다. 지구상에서 볼 수 있는 예로는, 형광등 속의 전류를 흐르게 하는 전도용 기체, 번개 칠 때 기체 속에 섞여 있는 이온화된 기체, 북극 지방의 오로라 대기 속의 이온층 등이 있다. 대기 밖으로 나가면 지구 자기장 속에 이온들이 잡혀서 이루어진 반알렌대, 태양에서 쏟아져 나오는 태양풍 속에도 플라스마가 존재한다.

○ 플라스마란 기체가 고도로 이온화한 상태를 말한다. 즉 플라스마란 고온에서 음전하를 가진 전자와 양전하를 가진 이온으로 분리된 기체 상태를 말한다. 이 때 전하 분리도는 상당히 높으면서도 전체적으로 음과 양의 전하수가 같아서 중성을 띠게 된다. 그러나 플라스마는 그것을 이루고 있는 입자들이 전기를 띠고 있기 때문에, 공기와 같은 중성 기체와는 성격이 판이하게 다르다. 즉 전기 전도도가 대단히 크고 금속 전도체와 같이 전류가 표면에만 국한되어 흐르며, 내부에는 거의 흐르지 않는다.

○ Sasaki 등은 펄스 방전 플라스마에 대하여 리뷰하고 Blumlein형 펄스 형성 회로를 사용하여, 이산화탄소 및 물의 아임계 및 초임계 상태에 펄스 파워에 의한 방전 플라스마를 일으켜, 플라스마 과학의 상식으로는 고압(고밀도) 유체 중에서는 형성이 곤란하다는 플라스마를 초임계 유체 중에서 형성하는 것에 성공하였다. 더욱이 그 유체장에서 형성된 플라스마는 분자 클러스터링 등 때문에 고압 기체와 전혀 다른 현상을 나타내는 것을 발견하였다.

○ 아직 국내에서는 이산화탄소 및 물의 아임계 및 초임계 고압(고밀도) 유체 중에서의 방전 플라스마에 대한 연구가 없는 것으로 보인다. 많은 열에너지를 소비하여야 생산 가능하였던 연료나 화학원료를 생산하고, 혹은 난연성, 난분해성 소재(폐기물 포함)를 상온 근방에서 무해화 할 수 있다면, 차세대 에너지 절약형 더욱이 환경부하 저감형 물질변환 기술로서 관심을 가져야 될 것으로 생각한다.

저자: Mitsuru Sasaki, Motonobu Goto
자료유형: 학술정보