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'[금과터]10/18(금)불의 역사' 글 입니다.

[금과터]10/18(금)불의 역사

분류 : 공동체 명 부서명 : 부서 명 작성자 : 금요일에 과학터치 작성일자 : 2019.10.17

조회수 6507

첨부파일 : No File!

○ 강 연 일 : 2019년 10월 18일(금)


○ 강 연 자 : 윤 성 환교수(한국해양대학교 기관시스템공학부 연소 및 추진 연구실)




그림 1. 튜브 내에 전파하는 예혼홥 화염에 레이저를 조사하여 화염 면적을 인위적으로 조절한 모습


   

연구배경

오늘날 불을 활용하여 획득한 열에너지는 우리들의 실생활에 널리 사용되고 있다. 우리가 매일 이용하는 교통수단뿐만 아니라 인류 생존에 직결한 식량 생산, 실내온도 유지 및 야간 활동에 필요한 조명기기 등등, 다양한 분야에서 활용되고 있으며 인류문명의 발달을 뒷받침하고 있다. 불의 발견, 동력원으로서 열에너지의 이용은 인류문명을 비약적으로 발전시키는데 지대한 공헌을 해오고 있으며, 19세기 산업혁명을 에너지혁명이라고 불리우는 점을 상기한다면 거의 틀림없다고 봐도 무방하다. 따라서 불의 발생에 필요한 화석에너지의 채광량은 국가 산업의 경쟁력을 평가할 수 있는 중요한 지표로 인식되고 있고 국가 산업의 원동력으로 평가되기도 한다.

한편, 20세기에 접어들면서 불을 이용한 추진체 시스템이 비약적으로 성장하고 세계 강대국들은 이를 활용하여 우주산업에까지 뛰어들게 된다. 그 이면에는 냉전시대라는 어두운 그림자가 있음에도 불구하고 열에너지 활용 측면에서 보면 현 인류는 최고 수준의 과학기술을 적용하여 불을 이용하고 있음은 명백한 사실이다. 특히 미국은 자국의 기업체인 Space X를 국가 차원에서 지원하여 로켓 발사체 제어 기술을 세계 최고 수준으로 끌어올림으로서 우주 강국으로써의 면모를 세계 각국으로부터 인정받고 있다.

그에 반해 우리나라는 화석에너지 매장량이 전무할 뿐 더러 발사체 추진 기술 역시 세계 수준을 확보하지 못하고 있다. 따라서 우리나라가 우주산업을 포함한 전 산업의 원활한 동력원을 확보하기 위해서는 불을 제어 가능한 수준의 높은 연소기술이 필요하다. 단순히 연소챔버 내에 적절한 양의 연료와 공기를 혼합하여 점화하는 방식이 아닌 연소상태를 정확하게 평가하고 진단하는 시스템을 바탕으로 원하는 상태의 연소시스템을 구현하는 것이 당면한 문제를 풀어나갈 수 있는 일차적인 해법이라 생각한다. 이를 위해 최근 과학계에서는 연소 환경 내에 전기장 혹은 플라즈마를 인가하거나 레이저를 조사하는 등 추가적인 외부 에너지원을 활용하여 연소 상태를 빠른 시간 내에 제어하는 기술이 각광받고 있다. 하지만 아직 구동 메커니즘도 확보하지 못하는 등, 상용화 단계까지 진입하기에 다소 시간이 필요하기 때문에 관련 기초기술 연구가 시급하다.

 

강연내용

불은 인류 역사상 가장 오래된 에너지원으로 사용하고 있다. 그러나 초기 인류에게는 경이롭고 두려운 대상이었다. 불의 발생 원리 및 소화 방법에 대해 잘 알 수가 없었기 때문에 단순히 숭배하는 대상으로 밖에 지나지 않았다. 하지만 문명이 발달함에 따라 인류는 불을 제어 가능한 수준의 기술을 경험적으로 확보하여 인류 문명의 발전에 필요한 원동력으로 활용하여 마침내 19세기에 접어들면서 위대한 산업혁명을 이뤄낼 수 있었다. 그럼에도 불구하고 아직 인류에게는 불의 이용에 있어서 가야할 길이 멀다. 우주산업에 필요한 동력원으로서 높은 수준의 기술력을 갖추어야 하고 지구온난화 억제를 위한 연소생성물 저감 기술력도 시급히 확보해야 한다. 따라서 본 강연에서 이러한 최신 연소 기술을 인류가 불을 생활에서 이용했던 역사적 배경과 함께 간략히 설명하고자 소개하고자 한다.

 

연구팀 및 연구 소개

한국해양대학교 기관시스템공학부 윤성환 교수 연구팀은 2018년부터 과학기술정보통신부의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 전기장 인가를 통한 가스터빈 내 열음향 불안정성 억제 기술연구를 수행하고 있다. 이러한 연구사업의 결과로 아직은 상용화 기술에는 미치지 못하였지만 터빈 내 발생하는 열음향 강도를 최대 80%까지 감소시키는 놀라운 연구 성과를 선보이고 있다. 이러한 연구 결과를 바탕으로 국내, 외 학술대회에서 꾸준히 발표한 결과 산업계에서도 지속적인 관심을 보이고 있다. 또한 우주산업에서 후발주자에 해당하는 우리나라는 이러한 열음향 불안정 억제 기술이 절실히 요구되고 있고 이러한 시대상황에 비추어 볼 때 로켓 추진체에서 전기장을 활용한 연소기술은 가까운 미래에 적용될 것으로 보인다.

윤성환 교수는 연소공학을 전공하여 연소와 관련된 국내외 단체의 여러 중임을 맡고 있는 등 화염제어 기술에 권위자이다. 최근에는 미세먼지와 관련하여 연소 생성물 제어기술에 박차를 가하고 있으며 전기 배터리 화재 방지기술도 연구를 진행하고 있다. 또한 일본 홋카이도 대학 및 중국과학기술대학, 그리고 사우디 왕립과학기술대학교와도 협업을 진행하는 등 대외활동을 통해 우리나라 연소기술을 세계에 지속적으로 알리고 있다.