플라스마 전기바람 규명.."트럭·선박, 터널 등 공기저항 줄여 미세먼지 감축 기대"

KAIST 최원호 교수·전북대 문세연 교수 공동연구

선풍기 날개 없이 바람 일으키는 게 전기바람의 예

차량, 터널, 풍력발전기, 초고층 건물 등 응용 전망

KAIST 최원호 교수(왼쪽)와 박상후 박사가 연구실에서 포즈를 취하고 있다. /사진제공=KAIST

국내 연구진이 ‘플라스마 내 중성기체 흐름(전기바람)’ 발생 주요 원리를 규명, 미세먼지 발생 억제 등 응용기술 개발로 이어질 것으로 기대된다.

한국과학기술원(KAIST)은 최원호 물리학과 교수가 문세연 전북대 교수와 공동 연구를 통해 전기바람의 주요 원리를 규명했다고 19일 밝혔다. 전기바람은 전하를 띈 전자나 이온이 가속 후 중성 기체 입자와 충돌해 발생하는데 선풍기 날개 없이 바람을 일으키는 게 대표적인 예다.

이와 관련, 여러 나라에서 트럭과 선박 등에서 발생하는 공기저항을 줄여 연료효율은 높이고 미세먼지 발생은 감축하려는 연구나 터널 안의 공기저항과 미세먼지 축적을 감소시키려는 연구에 응용될 것으로 예상된다. 풍력발전기 날개 표면의 유체 분리(flow separation)를 완화하고 초고층 건물의 풍진동을 완화시키려는 각국의 기술 개발에도 도움이 될 전망이다.

대기압 제트 플라즈마 촬영 이미지(왼쪽). 오른쪽 사진은 중성기체만 있을 때(좌)와 플라즈마가 있을 때(우) 헬륨기체 흐름이 다른 모습. /사진제공=KAIST

연구팀에 따르면 스트리머(전자와 이온이 혼합된 상태) 전파는 전기바람 발생에 큰 영향을 주지 못했고 그 이후 발생하는 공간전하 이동이 전기바람의 주요 원인으로 나타났다. 특정 플라스마의 경우 음이온이 아닌 전자가 전기바람 발생 핵심 요소라는 점도 확인했다. 헬륨 플라스마에서 전기바람이 최고 초속 4ｍ에 그쳤는데 이는 일반적인 태풍 속력의 4분의 1 정도다.

최원호 교수는 “대기압 플라스마와 같이 약하게 이온화한 플라스마에서 전자나 이온과 중성입자 사이 상호 작용을 이해하는 데 유용한 기반이 되고 플라스마 유체 제어 분야를 확대하는 역할을 할 것”이라고 말했다. 박상후 박사가 제1저자로 참여한 이 논문은 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 온라인판에 실렸다. /고광본 선임기자 [e-mail]