해양 기름 유출, 친환경적으로 태운다?

 

해양 기름유출 오염 최소화 기술

#파란불꽃의 소용돌이

#유출된 기름을 친환경적으로 태운다?

 

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지상낙원 모리셔스, 선박기름 유출사고

 

2020년 7월 25일, 중국에서 싱가포르를 거쳐, 브라질로 가던 파나마 선적 일본 화물선 '와카시오호'가 모리셔스 남동부 그랑포트 부근 해안에 좌초되었습니다.

 

그러면서, 선박이 반파되어 파손된 연료탱크에서 8월 6일부터 선박에 있던 기름이 흘러나오고 시작했습니다.

 

길이 300m의 대형 화물선인 '와카시오호'에는 5개의 연료탱크에 약 3천 800t의 중유가 실려 있었습니다.

 

그리고, 파손된 탱크에는 약 1180t의 기름이 실려 있었습니다.

 

 

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#지상낙원 모리셔스

 

아프리카 동쪽 인도양 남서부에 위치한 모리셔스는 지상낙원과 같은 빼어난 자연경관을 자랑합니다.

 

이 아름다운 천혜의 경관 덕분에, 전세계 수많은 관광객들이 찾는 유명한 관광지이기합니다.

 

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이번 '와카시오호' 선박 좌초으로 인해, 때묻지 않은 산호초와 맹그로브 숲, 그리고 멸종위기에 처한 종이 보호되고 있는 '블루 베이 해양 공원 보호구역'에 기름이 스며들었습니다.

 

이로 인해,  모리셔스 당국은 전례없는 '환경 비상사태'를 선포했습니다.

 

 

보호복을 입은 자원봉사자들과 주민들이 기름 제거 작업에 나섰는데요.

 

사탕수수 잎을 자루에 채워, 임시 방벽으로 활용하는 등 필사적으로 방제작업을 펼치고 있으나 역부족입니다.

 

그리고, 전문 인력과 장비가 부족해 적극적인 대응을 하지 못하고 있는 모리셔스 당국은 국제사회에 지원을 요청하고 있는 상황입니다.

 

프랑스 국방부에서도 오염 통제 장비를 실은 수송기를 보냈으며, 일본도 전문가팀을 긴급 파견했지만, 사고를 수습하기엔 이미 늦은 것으로 보입니다.

 

 

해양 전문가들은 배가 둘로 갈라질 가능성을 제기하며, 배가 두 동강 나면 통제할 수 있는 범위를 벗어날 것이라고 전망하고 있습니다.

 

이렇게, 많은 양의 기름이 바다 위에 유출는 사고가 일어나면, 정화 활동을 아무리해도 오염된 바다를 되돌리기가 어렵다는게 전문가들의 견해입니다.

 

 

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해양 기름유출 오염 최소화 기술

#파란불꽃의 소용돌이 (Blue whirls)

 

#그 소용돌이 구조가 밝혀졌습니다.

#정체는 세가지 연소 형태의 결합

 

 

그런데, 미국의 한 연구진이 4년전부터 바다 위에 유출된 기름을 완전히 연소해, 오염을 최소화하는 기술을 연구하고 있었습니다.

 

그리고, 이번에 연구가 어느정도 진척됐다는 소식이 전해지면서, 해양 기름 유출에 대한 최소화 방안이 마련되지 않을까 기대가 모이고 있습니다.

 

매번 해마다, 대형 해양 선박사고가 날 때마다, 정말 걱정되고 궁금했는데요.

 

조금이라도 해결방법이 있다고 하니, 정말 다행입니다.

 

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당시, 메릴랜드대 등 연구진은 이전까지 알려지지 않은 새로운 유형의 불꽃을 발견했습니다.

 

이것은 파란 불꽃이 고리 형태로 소용돌이치는 형태라 해서, 연구자들은 이를 '파란 소용돌이(Blue whirls)'로 명명했습니다.

 

흥미로운 점은 이 불꽃이 연료를 완전히 태워, 그을음 등을 전혀 내지않는 특징이 있다는 것입니다.

 

하지만, 이 불꽃이 어떤 구조로 이뤄져 발생하는지는 지금까지 수수께끼였습니다.

 

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그런데, 연구자들은 수많은 실험 데이터를 사용해, 이 불꽃을 시뮬레이션 상에서 재현하는데 성공해, 그 구조가 어떻게 이뤄져 있는지를 알아냈습니다.

 

만일 연구가 거듭돼, 이 불꽃을 자유자재로 제어할 수 있으면, 이번같은 해양 기름유출 사고가 또 일어나더라도 대비할 수 있을 수 있습니다.

 

뿐만 아니라, 화석 연료 사용시 유해 물질을 배출하지 않아, 미래의 에너지 문제를 해결하는데도 기여할 수 있습니다.

 

#파란불꽃 소용돌이 적용예

 

① 해양기름 유출 사고시, 유출기름을 유해물질 없이 연소시킬 수 있다.

 

② 향후, 미래의 에너지 문제 해결에도 기여할 수 있다.

 

 

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화재폭풍과 파란 불꽃 소용돌이

 

당시 연구에서는 해상에 유출된 기름을 제거하는 방법에 대해 검토하고 있었고, 그때 연구된 방법은 기름을 한곳에 모아 해수면에 두꺼운 층으로 만든 뒤, 이를 연소해 제거하는 것이었습니다.

 

하지만, 이 방법은 매우 많은 연기와 그을음 등이 생기게해, 실용적이라고 할 수 없었습니다.

 

다시말해, 이 문제를 풀려면 해수면의 기름층을 완전 연소해, 주위 대기와 바다 밑으로 유해 물질을 배출하지 않게 해야합니다.

 

 

따라서, 당시 연구자들이 주목한 것이 '파이어 토네이도' 또는 '파이어네이도'로 흔히 알려진 화재폭풍 현상입니다.

 

이는 도시나 산악 지대에서 일어나는 대규모 화재에서 발생하는 위험한 현상이지만, 불꽃 소용돌이는 연료 표면의 가열 수준을 크게 높여, 매우 빠른 속도로 효율적인 연소를 실현할 수 있습니다.

 

따라서, 연구자는 해수면의 기름 층에 인위적으로 화재폭풍을 일으키면, 환경 오염이 적은 완전 연소가 가능한지를 검증했습니다.

 

그런데, 이 연구 과정에서 전혀 예상하지 못한, 파란 소용돌이 불꽃이 만들어진 것입니다.

 

 

이 현상은 일반 연소에서 흔히 볼 수 있는 노란 불꽃에서 발전한 형태입니다.

 

노란 불꽃은 연료를 완전히 연소하는데, 충분한 산소가 없을 때 형성되는 것으로, 그을음 등을 내는 불완전 연소입니다.

 

반면에, 화재폭풍은 충분한 연료와 산소를 끌어들여 완전 연소할 때는 그을음을 전혀 내지 않는 깨끗한 파란 불꽃으로 변했습니다.

 

이때 나타난 것이 바로 고리 형태로 회전하는 파란 불꽃입니다.

 

 

화재폭풍은 오랫동안 끔찍한 재앙으로 생각됐지만, 이를 제어할 수 있으면, 효율이 높고 배출이 적은 연소 상태를 만들어낼 수 있습니다.

 

이는 전 세계적인 화석 연료 소비로 인한 환경 문제에도 대응할 수 있는 꿈의 연소 형태이기도 합니다.

 

하지만, 우연히 발견된 이 새로운 불꽃이 대체 어떤 구조로 돼 있는지, 그 중심의 파란 불꽃의 고리가 대체 무엇인지는 당시에 전혀 알 수 없었습니다.

 

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파란 불꽃 소용돌이의 정체

 

그 후로 연구진은 지금까지 파란 불꽃의 고리에 관한 연구를 계속해 왔습니다.

 

그리고 충분히 모은 데이터를 바탕으로, 이 현상을 3차원 시뮬레이션으로 재현하는 데 성공했습니다.

 

그 결과, 이 파란 불꽃의 고리는 세 개의 서로 다른 연소 현상이 결합한 것으로 나타났습니다.

 

① 과농 예혼합 화염

     (Premixed rich flame)

 

파란 불꽃 고리의 아래쪽에서 역원추형으로 불타고 있는 불꽃은 '과농 예혼합 화염'입이다.

 

이는 예혼합 연소에 의해 일어나는 불꽃으로, 연료가 과잉 상태일 때 일어납니다.

 

예혼합 연소는 가솔린 엔진의 연소와 같이, 미리 공기와 혼합된 연료가 연소 확산하는 연소 형태를 말합니다.

 

 

 

② 확산 화염

     (Diffusion flame)

 

반면, 파란 불꽃 고리의 위쪽에 있는 원추형 불꽃은 연료 표면의 얇은 층에 화염이 생기는 확산 연소에 의한 화염인 '확산 화염'입니다.

 

 

③ 희박 예혼합 화염

     (Premixed lean flame)

 

또한, 확산 화염 밖에는 연료보다 공기가 더 많은 '희박 예혼합 화염'이 있습니다.

 

 

#파란불꽃의 소용돌이 (Blue whirls)

#이 세가지 연소 형태의 결합

 

그리고, 이 세 가지 연소 형태를 모두 결합한 것이 중심의 파란 불꽃 고리인 것입니다.

 

이는 연료와 공기가 모두 완전 연소를 위한 최적의 양으로 존재하며, 연료가 모두 연소해 그을음 등의 배출물을 생성하지 않습니다.

 

 

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친환경적인 파란 불꽃의 소용돌이

#문제점과 해결방안

 

그런데, 이처럼 파란 불꽃 고리의 구조와 발생 조건이 밝혀졌지만, 아직 실용화 단계에는 이르지 못했습니다.

 

그을음을 배출하지 않는 깨끗하고, 친환경적인 완전 연소는 화석연료에 의존한 세계에서 대량의 유해 물질 배출을 억제하는 중요한 기술이 될 수 있지만, 이를 위해 극복해야 할 과제는 많습니다.

 

 

① 현재, 이 불꽃은 실험실의 작은 밀폐 장치 안에서만 발생할 수 있습니다.

 

② 또한 화재폭풍을 경유하지 않으면 생기지 않습니다.

 

③ 불완전연소인 노란 불꽃과 화재폭풍을 거치지 않고, 파란 불꽃 소용돌이를 일으킬 수 있는가?

 

④ 형성되는 크기를 제어할 수 있는가?

 

⑤ 이 경우, 커다란 파란 불꽃 소용돌이가 생겨날 수 있는가?

 

⑥ 그리고, 밀폐 장치가 없는 상황에서도 생성 가능한가?

 

⑦ 여러개의 파란 불꽃 소용돌이를 동시에 만들어도, 간섭 없이 유지할 수 있는가?

 

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기름 유출로 인한 해양 오염을 최소화하는데, 파란불꽃 소용돌이를 이용하는 방안은 아직 해결해야 할 문제가 많습니다.

 

하지만 지구를 살리고, 생태계를 보호하는 연구는 계속되어야겠습니다.

 

자세한 연구 결과는 국제 학술지 '사이언스 어드밴시스'(Science Advances) 최신호(8월 12일자)에 실렸습니다.

 

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그리고, 본 포스팅은 서울신문 윤태희 기자님이 작성한 기사를 인용했습니다.

 

['파란 불꽃의 소용돌이' 구조 밝혀졌다..정체는 세 가지 연소 형태의 결합]

 

 

매번 해마다, 대형 해양 선박사고가 날 때마다, 정말 걱정되고 궁금했는데요.

 

훌륭한 과학자님들께서 조금이라도 해결방법을 찾아가고 있다는하니, 정말 다행이라는 생각이 듭니다.