마이크로파 토양 가열로 병해충 방제 기술 개발- 한국전기연구원(KERI)

마이크로파 토양 가열로 병해충 방제

마이크로파는 전자레인지에 음식을 가열할 때 사용되는 기술입니다. 한국전기연구원(KERI)에서는 이러한 원리를 이용하여 기존의 농약을 이용한 병해충 방제 방법을 대체할 수 있는 획기적인 방법을 개발하였습니다.

기존 농가의 밭에 연이어 같은 작물을 심게 되면 토양의 세균과 선충, 곰팡이 등으로 작물의 수확량과 품질이 떨어지는 연작장해 같은 어려움이 있는데요. 이런 밭에 농약을 사용하여 병해충 방제를 했었습니다. 농약을 이용한 병해충방제 방법은 잔류독성, 병해충의 저항성 발생, 농업 생태계 파괴, 환경오염 등의 문제점이 있습니다.

 

이번 연구개발 성과로 마이크로파를 땅속으로 침투하여 토양 깊이 가열하고 병해충을 방제할 수 있게 되었습니다. 다른 나라에서도 같은 기술을 연구 중인데요. 이들 나라는 10Cm 정도의 깊이만 침투되지만 KERI의 연구 성과는 30Cm 이상까지 가열할 수 있기 때문에 땅속 병해충 방제에 효과적입니다.

땅속 병해충은 60도의 온도로 가열해야 방제가 가능한데요. 이번에 개발된 기술은 60도에서 100도까지 가열할 수 있다고 합니다. 이 기술은 땅속 병해충 방제뿐만 아니라 항만이나 공항에 적용하면 외래 병해충(불개미, 흰개미 등)의 유입을 막을 수 있을 것으로 예상됩니다. 또한 겨울철 도로의 블랙아이스 제거와 땅속을 가열해 기름의 오염으로부터 정화하는데 응용할 수 있을 것으로 보고 있습니다.

마이크로파를 적용한 땅속 병해충 방제 기술은 ‘㈜주은케어팜’이라는 병해충 방제 기기 전문업체에 이전되어 관련 장비를 제작할 예정입니다.

이번 마이크로파 병해충 방제 기술은 한국전기연구원(KERI) 정순신 박사팀이 개발하였습니다.

마이크로파를 땅속에 침투시킬 수 있는 안테나(방사부) (출처: 한국전기연구원)

 

마이크로파 침투가열기술(전자레인지의 음식을 가열할 때)

마이크로파 침투가열기술은 전자레인지에서 사용되는 기술 중 하나입니다. 이 기술의 핵심은 마이크로파가 음식물 내부로 직접 침투하여 내부부터 가열한다는 것입니다. 전통적인 가열 방식과 달리, 마이크로파 가열은 열이 외부에서 내부로 전달되는 것이 아니라, 음식 전체에 걸쳐 균일하게 에너지가 분포되어 빠르고 효율적으로 음식을 가열할 수 있습니다.

이 기술의 몇 가지 주요 특징은 다음과 같습니다:

속도: 마이크로파를 이용한 가열은 오븐이나 스토브보다 훨씬 빠릅니다.

에너지 효율: 마이크로파 에너지는 직접 음식을 가열하기 때문에 에너지 손실이 적습니다.

음식의 질 유지: 마이크로파는 음식의 수분을 유지하는 데 도움을 줄 수 있어, 음식이 건조해지거나 타는 것을 방지할 수 있습니다.

그러나 마이크로파 가열은 모든 종류의 음식에 적합하지 않을 수 있습니다. 예를 들어, 바삭바삭한 질감을 원하는 경우에는 마이크로파가 이상적이지 않을 수 있습니다. 또한, 금속이나 특정 재료가 마이크로파에서 사용될 때 스파크(불꽃)를 일으킬 수 있어 주의가 필요합니다.

마이크로파의 음식을 가열하는 원리

마이크로파의 원리는 전자기파를 사용하여 음식을 가열하는 것에 기반합니다. 여기서 '마이크로파'라는 용어는 전자기 스펙트럼의 특정 부분을 가리키는데, 일반적으로 이 파장은 약 1mm에서 1m 사이입니다. 전자레인지에서 사용되는 마이크로파의 주파수는 대략 2.45 기가헤르츠(GHz)입니다. 이 원리는 몇 가지 중요한 부분으로 구성됩니다:

마이크로파 생성: 전자레인지 내의 마그네트론(Magnetron)이라는 장치가 전기 에너지를 마이크로파 에너지로 변환합니다.

음식에 대한 마이크로파의 영향: 마이크로파는 물, 지방, 설탕과 같은 분자를 포함하는 음식물에 흡수됩니다. 이 분자들은 마이크로파 에너지를 흡수하면서 진동하게 되고, 이 진동이 열을 생성하여 음식을 가열합니다.

가열 메커니즘: 마이크로파는 음식물 내부의 분자를 가열하는 '유전 가열' 방식을 사용합니다. 이는 열이 음식의 외부에서 내부로 전달되는 전통적인 가열 방식과 다릅니다. 마이크로파의 에너지는 음식 전체에 걸쳐 더 균일하게 분포됩니다.

회전 접시: 많은 전자레인지에는 회전 접시가 있어 음식을 균일하게 가열할 수 있도록 합니다. 이는 마이크로파가 일정한 패턴으로 음식에 도달하기 때문에, 접시가 회전하면서 음식의 모든 부분이 마이크로파에 노출될 수 있게 합니다.

마이크로파 가열은 빠르고 효율적이며, 음식의 영양소 손실을 최소화하는 장점이 있지만 특정 재료는 마이크로파에 의해 고르지 않게 가열될 수 있습니다.

 

이번 연구 성과는 마이크로파를 땅속 특정 지점에서 만나도록 유도하여 합쳐져서 파동이 중첩되게 해 진폭을 크게 하는 원리를 적용하였습니다.