환경기술특허연구회

에너지기술연구원, 질소산화물 제거 기술 개발
기존보다 낮은 온도에서도 작동해 에너지 절감

화력발전소. 게티이미지 제공[파이낸셜뉴스]

국내 연구진이 미세먼지와 오존의 원인 물질인 질소산화물을 제거하는데 비용을 줄일 수 있는 기술을 개발했다. 연구진은 이 기술을 이용하면 기존 방법보다도 최대 63%의 에너지를 절감하면서 미세먼지를 줄일 수 있다고 설명했다.

한국에너지기술연구원 미세먼지연구단 정순관 박사는 공장 굴뚝에서 나오는 질소산화물을 줄이는 장치가 낮은 온도에서도 정상적으로 작동하는 기술을 개발했다고 28일 밝혔다. 정순관 박사팀은 질소산화물 저감 장치에 사용하는 촉매 성능을 높였다.

기존에 사용하는 촉매는 300~350℃에서 질소산화물을 제거한다. 반면 연구진이 개발한 촉매는 180℃에서도 질소산화물을 92% 이상을 제거해 2.3배 이상 효율이 향상됐다. 또한 170~400℃까지 넓은 범위의 온도에서도 적용이 가능하다.

기존 촉매는 하루도 안돼 내구성이 떨어지만 연구진이 개발한 촉매는 50시간 이상 사용할 수 있다.

한국에너지기술연구원 미세먼지연구단 정순관 박사팀이 개발한 촉매는 180℃에서도 질소산화물을 92% 이상을 제거했다. 반면 현재 사용되는 촉매는 최소 260℃ 이상에서 정상적인 질소산화물 제거가 가능하다. 에너지기술연구원 제공

정순관 박사는 "매우 도전적인 목표의 기술로 여겨졌던 극저온 탈질 촉매의 개발을 통해 초미세먼지 원인물질을 경제적이고 효율적으로 제거할 수 있게 됐다. 이는 국내 산업부문 배출 미세먼지 저감에 큰 기여를 할 수 있는 혁신적 기술"이라고 말했다.

이 기술은 질소산화물을 많이 배출하는 시멘트, 제철, 발전, 제지, 소각로 등에 적용할 수 있다. 연구진은 특히 더욱 강화되는 대기오염 배출규제에 대응하기 위한 중소사업장 업주들의 환경설비 운영 부담을 줄여주고, 환경규제에 대응할 수 있다고 설명했다.

연구진은 이번 기술개발을 통해 2건의 원천 특허를 출원했다. 또한 이 기술의 상용화를 위해 100N㎥/h 규모의 파일럿 실증을 위한 촉매제조 스케일업 및 모듈 최적화 연구를 추진 중이다. 연구진은 파일럿 실증이 완료되는 2023~2024년에 상용 플랜트 설비에 시험 적용할 수 있을 것이라고 전망했다.

미세먼지연구단 황선미 선임연구원은 "다종학문의 융합과 몰입 연구를 통해 저온 탈질 촉매 기술을 선점할 수 있었다. 또한 탈질촉매 연구분야에서 꿈의 영역인 150℃ 이하에서 우수한 활성을 갖는 촉매개발에 도전해 누구도 따라올 수 없는 기술을 개발하겠다"고 말했다.

한국에너지기술연구원 미세먼지연구단 정순관 박사팀이 개발한 촉매는 50시간 이상을 사용해도 내구성이 떨어지지 않았다. 반면 현재 사용하는 촉매는 20시간을 넘기지 못했다. 에너지기술연구원 제공

한편, 발전소나 제철소 등 연소시설에서 고온의 질소와 산소가 반응해 질소산화물이 굴뚝으로 배출된다.

기업들은 선택적 촉매환원 방법을 활용해 질소산화물을 인체에 무해한 물과 질소로 전환하는 환경설비를 적용하고 있다. 이때 질소산화물 저감 효율을 좌우하는 핵심 요소는 선택적촉매환원에 장착되는 배연탈질촉매의 성능이다.

현재 질소산화물 제거 장치에는 바나듐, 텅스텐 활성금속이 이산화티타늄에 분산된 촉매를 주로 사용한다. 이 촉매는 300~350℃의 온도영역에서 질소산화물을 제거하는데, 대부분의 장치는 유지 및 안정성을 고려해 배기가스에 포함된 먼지와 황산화물 제거하는 장치 다음에 위치한다. 앞의 장치를 거치면서 배기가스가 200℃ 이하로 낮아지고 질소산화물을 제거하는데 필요한 온도에 미치지 못하게 된다. 결국 다시 온도를 높이기 위한 장치 운영으로 비용이 추가된다.