반도체 만들때 나오는 과불화탄소 100% 제거… 플라스마 반응기 개발

전기사용량, 기존의 15분의 1 불과
한국기계硏 “중형발전소 신설효과”

플라스마연구실 소속 연구원들이 반도체 생산장비에 연결된 ‘공정가스처리용 플라스마 반응기’를 점검하고 있다. 이 장치를 이용하면 전기사용량을 15분의 1로 줄일 수 있다. 전승민 동아사이언스 기자 enhanced@donga.com

기후 온난화, 전력 대란 등으로 인해 ‘전기 절약’에 대한 목소리가 커지고 있다. 하지만 산업계에서 무턱대고 전기 사용량을 줄일 순 없다. 공장이 멈춰서는 안 되기 때문이다. 이 런 이유로 공장에서 쓰이는 ‘전기 먹는 하마’로 불리는 장치들의 효율성을 높이는 방법이 많이 연구되고 있다.

연구자들은 핵융합이나 플라스마디스플레이패널(PDP), 형광등에 사용되는 플라스마를 이용해 에너지 저감장치를 연구하고 있다. 플라스마는 흔히 고체, 액체, 기체에 이어 물질의 4번째 상태로 불리는데, 높은 에너지를 가지고 있어서 물질의 분자 구조를 끊는 성질이 있다.

한국기계연구원(기계연)은 이 같은 플라스마의 특징을 이용해 반도체 생산 공정에 사용하는 온실가스인 과불화탄소(PFC) 가스를 거의 100% 제거하는 ‘공정가스처리용 플라스마 반응기’를 개발했다.

PFC 가스는 반도체 표면에 전기회로를 새기는 ‘에칭’ 공정, 회로 표면을 코팅하는 ‘증착(CVD)’ 공정에 꼭 필요하지만 이산화탄소보다 1만 배 더 환경에 안 좋은 영향을 주는 물질이다. 현재 대부분의 반도체 공장에선 전기나 가스 연소 장치로 PFC를 태워 없앤다. 송영훈 기계연 실장은 “새로 개발한 제거 장치의 전기사용량은 시간당 2kW로 기존 장치의 15분의 1에 불과하다”면서 “국내 모든 반도체 공장에서 이 장치를 적용하면 화력발전소 1기가 생산하는 정도인 시간당 약 30만 kW의 전기를 절약할 수 있다”고 설명했다.

한국생산기술연구원(생기원)도 석유화학공장에서 버려지는 ‘폐촉매 용액’에서 고부가가치 금속을 뽑아내는 ‘에너지 절감형 고온 플라스마 용융로’를 개발했다. 촉매는 화학반응 속도나 활성화를 돕기 위해 넣는데, 백금이나 팔라듐, 로듐 같은 고가의 금속물질이 섞여 있다. 현재는 버려지는 촉매 용액에서 이 금속들을 분리해 내기 위해 1000도 정도의 전기가마솥(용융로)에 넣고 끓인 뒤 정제를 해야 한다. 생기원은 용융로의 전기 가열 장치를 대체할 수 있는 플라스마 발생 장치를 개발해 기존보다 30%가량 전기 소비량을 줄였다.

생기원 박동호 연구원은 “10곳의 국내 폐촉매 용액 재처리시설을 모두 바꾸면 시간당 3000kW의 전기를 아낄 수 있다”고 말했다.

한편 생기원은 태양광 발전에 쓰는 ‘태양전지’ 생산 공장의 전기를 아낄 수 있는 기술도 연구하고 있다. 플라스마를 이용하면 물질의 표면 성질을 바꿀 수 있는데, 전기로 만든 높은 열로 표면을 굳히는 ‘증착’ 과정을 생략할 수 있어 태양전지를 만들 때 들어가는 전기량을 현재의 4분의 1까지 줄일 수 있다.

대전=전승민 동아사이언스 기자 enhanced@donga.com