대학신문방송국

지난 8월 12일, 국제학술지 ‘Science Advances’에 파란 회오리바람(blue whirl)의 구조를 밝혀낸 연구 결과가 게재되었다. 파란 회오리바람이란 파란색 고리 모양 불꽃이 토네이도처럼 회전하며 타오르는 현상이며, 높은 열이 강한 상승기류를 만들어 소용돌이 불꽃이 형성되는 불꽃 회오리바람의 파생된 종류이다. 파란 회오리바람은 미국 메릴랜드대 항공 우주학과 연구팀이 2016년 액체 탄화수소로 불꽃 회오리바람을 인위적으로 만들어내는 실험 도중 처음 발견하였다. 연구팀은 기체의 흐름과 확산을 컴퓨터 시뮬레이션으로 분석해 세 가지 서로 다른 연소 현상이 결합한 것임을 알아냈다. 발견된 지 4년 만에 드디어 그 구조가 밝혀진 것이다.

파란 고리 아래쪽의 불꽃은 연료가 과잉 상태로 섞인 예혼합화염이다. 예혼합화염이란 가연성 기체가 미리 산소와 혼합한 상태에서 연소할 때 발생하는 화염을 말한다. 고리 위쪽의 불꽃은 연료를 가열할 때 확산 연소에 의해 표면층에 화염이 일어나는 확산 화염이다. 쉽게 말해 연료가 공기와 섞이기 시작하며 발화가 이뤄진다는 것이다. 옆쪽에는 연료보다 공기가 더 많은 희박 예혼합화염이 존재한다. 예혼합화염, 확산 화염, 희박 예혼합화염 세 개의 불꽃이 상호작용하여 파란 회오리바람을 이루고 있다.

파란 회오리바람은 일반적인 불꽃 회오리바람에서 화재 폭풍이 일어난 후 회전 속도가 빨라지면서 생성된다. 또한 연구팀의 시뮬레이션 결과, 충분한 연료와 산소를 끌어들여 완전히 연소하여 그을음을 전혀 내지 않는 불꽃이라는 점이 판명되었다. 따라서 화재 현장에서 늘 끔찍한 사태를 만들어냈던 화재 폭풍이 오염을 막을 수 있다는 가능성이 생겼다. 연구팀의 대표인 조셉 청 교수는 “파란 회오리바람은 모든 연료가 산화되는 완전연소를 일으켜 매연 없이 물질을 태울 수 있다”며 “파란 회오리바람을 제어할 수 있는 연구가 이뤄진다면 추진기 등 연소가 필요한 곳에 유용하게 사용할 수 있을 것”이라 말했다.

이제 막 구조만 밝혀졌을 뿐 실제로 활용할 수 있을 연구는 더 오랜 시간이 필요할 것으로 보인다. 하지만 연구가 상당 부분 진행된다면 해안 기름 유출 사고나 화석 연료 사용 시 오염 물질을 생성하지 않는 방향으로 사용될 거라는 예측이다. 최근 발생한 모리셔스 해안 기름 유출 사고 같은 환경에 심각한 영향을 끼치는 재해를 친환경적으로 해결할 수 있을 것이라는 관점에서 이번 연구 결과는 상당한 의미를 지닌다.

글 현선민 기자