[고객 사례:Scanship] – GaN 반도체형 마이크로웨이브 열분해 기술

 RFHIC의 마이크로웨이브 기술을 통한 폐기물 열분해 설명 영상입니다. 한글 자막이 포함되어 있습니다.

고객 사례 요약:

마이크로웨이브 기술로 폐기물을 처리하는 Scanship사에서 마그네트론을 RFHIC의 GaN 반도체형 마이크로웨이브 장비로 대체한 사례입니다.
RFHIC의 900-930MHz, 30kW 마이크로웨이브 발생 장비인 RIK0930K-40TG이 어떻게 더 나은 폐기물 열분해 시스템을 만들었는지 알아보세요.

고객사 개요:

노르웨이에 위치한 Scanship사는 Vow ASA의 자회사입니다.
Scanship사는 해양과 농지에서 발생하는 각종 폐기물을 청정 에너지로 전환하는 서비스를 제공하고 있습니다.
또한 마이크로웨이브 열분해 기술을 통해, 민간용 유람선에서 발생하는 쓰레기와 폐기물 수소와 바이오차르 (Biochar) 로 전환하는 시스템을 보유하고 있습니다.

Scanship사의 마이크로웨이브 열분해 시스템을 통해 생산된 바이오차르 (Biochar).

고객사의 고민:

Scanship사의 선박용 마이크로웨이브 열분해 시스템은 원래 마이크로웨이브를 발생시키기 위해 마그네트론이라는 부품을 사용했습니다.
그러나 마그네트론의 한계로 다음과 같은 문제점이 발생했습니다.

     1. 불균등한 폐기물 가열과 열 분포

마그네트론이 발생시키는 마이크로웨이브의 주파수는 일정하지 않고 불안정한 편입니다.
가동 온도, 전원 공급 등 다양한 변수에 따라 주파수가 예상치 못하게 변하는 경우가 많고,
마그네트론의 제한적인 구조 탓에 주파수나 페이즈에 대한 정밀한 조절이 매우 제한적인 편입니다.
마이크로웨이브로 균등하게 가열을 하기 위해서 일정하고 안정적인 주파수는 필수적입니다.
따라서 주파수가 불안정한 마그네트론은 불균등한 열 분포 현상을 보입니다.

Scanship사의 마이크로웨이브 열분해 시스템의 경우, 마그네트론으로 선박에서 발생한 폐기물을 균등하게 가열하는 데 한계가 있었습니다.
또한, 마이크로웨이브의 지속적으로 변하는 주파수로 인해 시스템 내 섬세한 부품이 고장나는 일이 반복되었습니다.
이로 인해 시스템이 생산하는 바이오차르의 질이 떨어지고, 비용적으로도 부담이 발생했습니다.

     2. 잦은 시스템 고장과 짧은 수명

마그네트론의 평균 수명은 약 5,000시간으로 짧은 편이며, 최대 20Kv에 육박하는 높은 전압에서 작동합니다.
이로 인해 고장이 잦으며, 교체 시 마그네트론 뿐만이 아니라 다른 연결된 부품 (아이솔레이터 등) 역시 함께 교체해줘야 된다는 단점이 있습니다. 시간이 흐르면 저렴한 마그네트론의 비용이 무색할 정도로 큰 운영비가 발생합니다.

Scanship사의 마이크로웨이브 열분해 시스템은 선박에 설치되어, 항해 중 생성되는 폐기물을 처리할 목적으로 설계되었습니다.
항해 도중 마그네트론이 고장나는 경우, 지상에서 수리하기 전까지 열분해 시스템의 작동을 멈출 수 밖에 없습니다.
이로 인해 부품 교체 비용이 크게 증가했고, 처리되는 폐기물의 총량 또한 일정치 못했습니다.

RFHIC의 해결책

Scanship사의 마이크로웨이브 열분해 시스템에 설치된 RIK0930K-40TG.

RFHIC는 마그네트론 대신 GaN 반도체형 마이크로웨이브 장비인 RIK0930K-40TG를 Scanship에 제공했습니다.
RIK0930K-40TG 제품은 900-930MHz 사이에서 작동하며 최대 출력이 30kW인 제품입니다.
GaN-on-SiC 기술로 만들어진 RIK0930K-40TG 제품은 8개의 전력증폭기가 결합된 구조로 설계되어 있으며, 380VAC 전원 공급 장치, 제어 모듈과 함께 제공됩니다.

마그네트론과 달리, RIK0930K-40TG 제품은 주파수와 페이즈를 정밀하게 조절할 수 있는 기능을 탑재하고 있습니다.
덕분에 폐기물의 종류나 구성에 따라 열분해 조건을 바꾸는 것이 가능해졌고, 균등한 열을 가하는 것 또한 가능해졌습니다.
Scanship사의 마이크로웨이브 열분해 시스템은 이전보다 더욱 많은 양의 폐기물을 더욱 짧은 시간 안에 처리할 수 있었습니다.

RFHIC's 마이크로웨이브 장비 디지털 제어 소프트웨어

또한, RIK0930K-40TG 제품의 수명은 100,000시간에 육박하고, 50V의 낮고 안정적인 전압에서 작동합니다.
제품의 구조는 8개의 전력 증폭기가 결합된 상태로 설계되어 있는데, 전력 증폭기 중 하나가 고장이 나도 작동이 멈추지 않으며
계속 마이크로웨이브를 발생시킬 수 있는 다중화 (redundancy) 기능이 탑재되어 있습니다.

성과

     1. 균등하고 안정적인 가열 및 폐기물 처리량 증가

915MHz, 30kW 마이크로웨이브 열 분포도

1MHz 단위로 주파수 조절이 가능한 RIK0930K-40TG 제품을 통해 Scanship사는 선박 폐기물 처리에 제일 알맞은 가동 조건을 찾을 수 있었습니다. 이로 인해 균등하고 안정적인 폐기물 가열이 가능해졌으며, 수소 및 바이오차르 생산율이 크게 증가했습니다. 

     2. 우수한 시스템 안정성으로 인한 운영비 감소

GaN 반도체형 마이크로웨이브 장비 vs 마그네트론 비교

잦은 오작동을 일으키고 수명이 짧은 마그네트론과 달리, RIK0930K-40TG 제품은 높은 안정성을 선보였습니다.
낮은 전압과 긴 수명 덕분에 Scanship사의 마이크로웨이브 열분해 시스템은 항해 도중에도 안정적으로 가동하며
폐기물을 효과적으로 처리했습니다. 마그네트론 및 기타 부품을 교체하는 데 더이상 많은 시간과 비용을 들이지 않게 되었으며,
폐기물 처리율이 증가하고 운영비가 크게 감소했습니다.

*RFHIC의 제품, 기술 및 고객 사례에 대해 궁금하신 점은 문의하기를 통해 주시기 바랍니다.

알에프에이치아이씨(주)에 대하여:

알에프에이치아이씨(주) (KOSDAQ: A218410)는 대한민국 경기도 안양시 동안구에 위치한 무선주파수 반도체 전문기업으로,질화갈륨 (GaN) 소자를 활용하여 트랜지스터, 전력 증폭기 및 마이크로웨이브 장비를 자체적으로 설계하고 제조하고 있습니다. RF와 마이크로웨이브 산업을 이끌어 더 나은 세상을 만들겠습니다.