연소 공학과 대기오염

연소 공학과 대기오염

1. 연소(Combustion)란?

연소는 연료가 산소와 반응하여 열과 빛을 방출하는 화학 반응이다.
산업, 교통, 발전소 등에서 연소가 일어나면서 대기오염물질이 발생한다.

(1) 연소의 기본 조건 (연소 3요소)

1. 연료(Fuel): 가솔린, 디젤, 석탄, 천연가스 등
2. 산소(O₂): 공기 중 21% 포함
3. 점화원(Ignition Source): 불꽃, 고온의 표면 등

---

2. 연소 반응과 대기오염물질 생성

(1) 완전 연소(Complete Combustion)

• 충분한 산소 공급 시, 탄소와 수소가 완전히 산화됨
• 생성물: 이산화탄소(CO₂) + 물(H₂O)

CH4+2O2→CO2+2H2O+열

(2) 불완전 연소(Incomplete Combustion)

• 산소 부족 시 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 미세먼지(PM) 발생

2CH4+3O2→2CO+4H2O

(3) 질소산화물(NOx) 형성

• 고온 연소 시 공기 중 질소(N₂)와 산소(O₂) 반응

N2+O2→2NO

---

3. 연료 종류에 따른 대기오염물질 배출

연료 종류주요 배출물특징

석탄	SO₂, NOx, CO₂, PM	가장 많은 대기오염물질 배출
석유	NOx, CO, HC	가솔린, 디젤 연료 사용
천연가스	CO₂, NOx	상대적으로 깨끗한 연료
바이오연료	CO₂, VOCs	친환경적이지만 연소 시 오염물질 발생 가능

---

4. 대기오염 저감 연소 기술

(1) 연소 최적화 기술

• 공기비 제어: 연소에 적정 공기량을 공급하여 불완전 연소 방지
• 저온 연소(LTC, Low-Temperature Combustion): NOx 배출 감소

(2) 배기가스 저감 기술

① 선택적 촉매 환원법(SCR, Selective Catalytic Reduction)

• NOx를 질소(N₂)와 물(H₂O)로 변환

NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O

② 배연탈황(FGD, Flue Gas Desulfurization)

• SO₂를 석고(CaSO₄)로 변환하여 제거

SO2+CaCO3+0.5O2+H2O→CaSO4⋅2H2O

(3) 대체 연료 사용

• 수소 연료(H₂) 연소: NOx 외에는 배출가스 없음
• 바이오연료(Biofuel): 온실가스 배출 저감

---

5. 연소 공학의 미래

• 고효율 연소 기술 개발: 플라즈마 연소, 초임계 연소 기술 연구
• 탄소 포집 및 저장(CCS): 연소 후 CO₂를 포집하여 저장
• 재생에너지 연계: 태양광, 풍력과 결합하여 친환경 에너지 생산