1. 이탈리아의 연구기관인 'Centro Sviluppo Materiali'(CSM)은 "Self-Cleaning Eletrostatic Muffler"라는 새로운 장치를 개발하고 특허를 냈으며, 미립자 자동연소(automatic combustion of particulate)에 의한 정전기 집진(electrostatic precipitation)을 하는 원리이다. 대략적인 그림이 figure 1-1에 있다.

Fig. 1-1. Self-cleaning muffler.

MEA는 실린더 형식의 직류 집진기(cylinder-type direct-flow precipitator)이며 주로 코로나발생기와 집진전극 바늘로 구성된 전극봉으로 이루어져 있다. Gas의 이동에서 전자는 gas 분자와 미립자 모두를 이온화시킨다. 그러므로 음이온화 된 고체입자는 집진전극 쪽으로 가속된다.
이 장치는 또한 중앙전극봉의 돋아난 침과 집진기 사이의 discharge arc로 생기는 자동연소에 의해 채집되는 미립자들을 제거할 수 있다. 퇴적되는 soot때문에 절연물체에 생성될 수 있는 오염물질을 방지하기 위해 압축기로 바람을 불어넣고 있다. 장치의 길이는 약 1m, 지름은 150mm, 적용되는 전압은 30kV, arcing 초기 전압은 32kV, 소비전력은 230W이다.
이 장치는 3000cc 경량급 디젤엔진에서 성공적으로 실험되었으며 평균 매연 제거율이 60%에 이른다. MEA 머플러는 예외적인 조건 없이 시내버스와 시외버스에서 각각 12000와 30000km 이내로 실험되어졌다.
MEA 머플러의 장점
- 간단한 구조
- 적은 절연체(isolator)
- 높은 신뢰도

MEA 머플러의 단점
- 집진된 soot의 예기치 못한 방출에 대한 높은 위험성
- 높은 제거효율을 얻기 위해 필요한 장치의 긴 길이
- 정상적인 작용에 요구되는 추가적인 압축기(compressor)
- 자체정화작용 중의 부산물 발생
- 배기가스 속도를 줄이기 위한 고전압이 필요
2. 미국의 'Southwest Research Institute'에서는 디젤엔진의 배기가스에서 미립자(particulate)와 NOx를 동시에 감소시키기 위한 장치를 개발했다. 여기서는 강유전성 반응기(ferroelectric bed reactor)를 사용하였다.

Figure 1-2. Ferroelectric bed reactor

1 - envelope
2 - isolator
3 - high voltage AC power supply
4 - ferroelectric bed (diameter 2...5 mm)
5 - container with beads
6 - mesh electrode
7 - contact ring

강유전성 반응기는 non-thermal 플라즈마의 한 유형이다. 이 반응기는 고전압 AC power supply를 사용하며, 고 유전체의 세라믹 조각으로 채워져 있는 packed-bed를 가지고 있다. 고 주파수의 AC 전압이 작용할 때, 그 조각은 극성화되며, 강한 자기장이 각각의 접촉점 주위에 형성된다. 많은 pulsed 방전은 접촉점 주위 또는 공간 사이에서 non-thermal 플라즈마를 유지한다. 그 방전에너지는 그 세라믹 조각의 유전 상수를 바꾸거나, 전압 파동을 수정함으로써 조절이 가능하다.
플라즈마 반응기 배드(bed)는 높은 유전 상수의 구슬들로 채워진 실린더 모양의 콘테이너로 구성되어있다. 그 배드(bed)는 non-thermal 플라즈마가 생성되는 바륨 티탄산염 타입의 세라믹 물질로 이루어져있다. 이 플라즈마는 반응하고 그 가스들과 디젤엔진으로부터의 배기 가스 흐름에서의 미립자 배출을 제거할만한 능력을 가지고 있다. 60%의 미립자의 제거 효율와 50%의 NOx 제거에 이르고 있다. 그 장치는 Toyota사의 2200cc easy-duty 기관과 Dodge사의 5900cc heavy-duty 기관에서 시험되었다.

3. Chiba Institute of Technology(일본)는 디젤 배기 가스에서 NOx와 soot를 동시에 제거하는 장치를 개발하여 시험하였다.
이 장치에서는 에 의한 표면 활성화 탄소섬유가 사용되었다. 질소제거 과정은 다음의 반응을 따른다.

는 실제 기능적인 중간재로써 예상되어지며, 는 발열반응이다.
이 반응의 온도는 약 이다.
Soot 제거는 또한 대전된 미립자를 집진하는 방법을 이용한다. 전기적으로 중성인 soot 미립자들은 흐름의 위는 (-)으로 대전되어있고 아래는 (+)로 대전되어있는 스테인리스 스틸 net를 통과하는 동안 (-)로 대전된다. 양전하를 띄고 있는 필터(positive filter)는 집진에 사용되며, 각각 다공성의 탄소섬유, 구리 도금 섬유(Cu-coated fabric), 그리고 60-200 스텐인리스 스틸 망사들로 구성된다. 이용되는 전압은 직류 12∼100V이다.

2. 본사의 경우
1996년부터 지금까지 700cc 디젤엔진에서 NOx 및 soot 동시 저감에 대한 실증 test를 거쳐 그 가능성을 엿보았다. 또한 2단계 실험에 돌입하여 플라즈마 장치를 실장착한 9인승 승합차 pretest를 마쳤다. 그러나, 아직 보완해야 할 사항들이 많이 남아 있어 체계적인 실험을 통해 해결해 나가야 한다.
= 펄스하전을 이용한 미세분진 포집용 전기집진기

◐ DC bias 전압에 ㎲ pulse를 중첩하여 입자 하전 성능을 높임으로써 미세분진 및 고저항 분진 동시 집진

□ 99.9% 이상 고효율 집진
□ 분진 상태에 관계없이 모든 분진 동시 집진
□ 입자크기 1㎛ 이하 미세분진 99% 이상 고효율 집진
□ 분진저항 1012Ω㎝ 이상의 고저항 분진 99% 이상 고효율 집진
□ 집진기 크기 30% 이상 축소
□ 기존 전기 집진기 성능 개선을 통한 비용절감

1970년대 이후 환경오염이 사회문제로 대두되면서 안전한 환경을 확보하기 위한 예방적 측면에서 세계 각국이 폭넓은 관심을 가지기 시작했다. 또한 그린정책과 그린경영전략에 부심하고 있고 삶의 질, 환경의 질 확보문제로 보편화 되어가고 있다. 이러한 세계흐름 속에 최근 우리나라에서도 환경문제에 대해 논의되기 시작하고 있다.
각종 산업현장에서 배출되는 유해가스 및 분진으로 인한 대기오염이 날로 늘어나면서 관련업계들은 일선 환경관리인들의 최대 관심사로 부각되고 있는 산업폐기물이나 대기오염물질 등을 처리하기 위한 새로운 집진기 개발에 총력을 다하고 있다. 현재까지의 집진 설비는 유지 보수 및 운용비의 잇점으로 전기집진기가 가장 일반화되어 있으나 DC를 이용한 전기집진기로는 0.1μ이하의 미세분진 및 1013Ωcm 이상의 고저항분진의 집진에는 효율적이지 못하여 bag filter등의 집진방식을 택하고 있으며 이는 유지 보수 및 운용에 많은 재원이 소모된다.
이에 선진국에서는 펄스하전을 이용한 전기집진기를 개발하여 기존의 전기집진기로는 집진하기 어려운 고저항 및 미세분진을 제거할 수 있음을 보여주고 있으며, 펄스하전 전기집진기는 기존의 전기집진기에 방전극 및 power supply만 교체함으로써 일반분진의 집진효율을 높이는 동시에 미세분진 및 고저항분진도 모두 포집할 수 있는 첨단 집진기술이므로 그 개발이 시급히 요구되고 있다.