# 생산시설 세척 위한 플라스마 활성수(PAW)

플라스마 활성수(PAW, plasma-activated water)는 화장품과 기타 위생이 중요한 제품을 처리하는 시스템을 세척할 때 세척 약품의 소비와 세척 시간을 줄일 수 있는 대안이 될 수 있다. 활성화 과정에서 형성되는 반응성 종(reactive species)은 살균 효과가 있다. 여기서는 PAW를 세정제로도 사용할 수 있는지 여부를 조사했다. 이를 위해 먼저 PAW 생산 공정을 개발해 2~3 범위의 pH 값을 가진 PAW를 생산할 수 있었다.

생산 후 PAW의 물성 안정성을 테스트했다. 그런 다음 식품 분야의 3가지 테스트 오염물(soil)을 사용해 PAW의 세척 효과를 확인했다. 팽윤 테스트와 흐름 통로(flow channel)에서의 세척 테스트 모두에서 PAW가 기존 세척제와 비슷한 팽윤 능력과 세척 효과를 가지고 있음을 보여줬다. 이러한 결과는 크림이나 로션과 같은 화장품 부문의 제품 잔여물 세척에도 적용될 수 있을 것으로 예상된다.

향후 PAW는 특히 세척과 소독의 조합이 가능하고 개별 공정 단계를 절약해 화장품 생산 공정 가동 시간을 크게 늘릴 수 있다는 점에서 세척 공정을 보다 효율적으로 설계할 수 있는 큰 잠재력을 제공한다. 또 반응성 종은 일반적으로 표적화된 방식으로 반응하거나 중화할 수 있으므로 저렴한 비용의 하수 시스템으로 배출할 수 있기에 폐기 측면에서도 기존 세척제에 비해 이점이 있다. 전반적으로 화장품 산업에서 PAW를 사용할 수 있는 응용 분야는 매우 다양하며 이를 통해 사용자는 상당한 비용 절감 효과를 누릴 수 있다.

세척 효과를 조사하기 위한 테스트 스탠드의 개념도

화장품 뿐 아니라 식품이나 의약품과 같이 위생이 중요한 제품을 제조하는 생산 시설에서는 제품과 접촉하는 모든 표면을 정기적으로 세척하고 소독해야 한다. 이를 위해 주로 사용되는 습식 화학 자동 세척(CIP, cleaning-in-place, 定置洗浄, 장치를 분해하지 않고 장치 내부를 세정제 등으로 자동으로 세척하는 방법) 공정에는 대량의 세척 약품이 필요하다[1,2].

이는 환경에 큰 부담을 주며 일반적으로 폐기하는 데에도 많은 비용과 시간이 소요된다. 또 다양한 매개체를 사용해 많은 헹굼 단계가 필요하기 때문에 많은 시간과 자원이 필요하다[3]. 따라서 세척 시 화학 물질과 물을 절약하거나 사용하지 않으려는 요구가 끊임없이 제기되고 있다.

이에 대한 한 가지 가능성은 플라스마 활성수(PAW)를 사용하는 것이다. 이는 기존의 물을 플라스마 불꽃과 접촉시키는 매우 새로운 기술이다. 이 과정에서 반응성이 높은 새로운 종(species, 주로 산소, 질소, 수소)이 형성되고 이 종은 물에 용해되어 계속 반응해 물의 성질을 변화시킨다[4,5].

예를 들어 오존, 아질산염, 질산염, 과산화수소, 아질산이 형성된다. 그러나 정확한 구성은 생산 방법과 사용되는 플라스마 소스에 따라 크게 달라지므로[6] PAW의 다양한 형태가 있을 수 있다.

그 결과 PAW는 특히 살균 특성[7]이 있어 주로 의료 장비 등의 멸균에 사용된다. 또 폐수 처리와 과일, 채소의 무균 처리에도 사용된다. 종자 발아와 식물 성장도 PAW로 지원할 수 있다[4]. 그런데 PAW의 반응성 종의 수가 많다는 것은 세척제로도 사용할 수 있음을 시사한다. 따라서 특히 화장품이나 식품 생산과 관련해 다른 많은 응용 분야에도 큰 잠재력이 있다.

예를 들어 PAW는 향후 식물성 원료로 가공되는 원료를 사전 세척하는 데 사용될 수 있을 뿐 아니라 저온 생산과 같은 생산, 충전 기계와 도구를 세척하는 데 사용될 수 있다. 그러나 원칙적으로 PAW의 생산과 사용에 대한 연구가 여전히 많이 필요하며 산업 규모에서 대량으로 PAW를 사용할 수 있는 솔루션을 찾아야 한다.

필자

Fraunhofer IVV. R. Murcek, E. Fuchs, I. Lieske, M. Mauermann