요소수 대신?…선박·기계용 초고효율 질소산화물 처리 촉매 개발

KIST 연구팀, 산업설비 현장에서 상용화 검증 돌입

현장 배기가스 주입을 통한 SCR pilot 탈질 반응기

[아시아경제 김봉수 기자] 중국의 요소 수출 규제 사태로 국내 산업 현장이 초비상인 가운데, 배기가스 중 초미세먼지의 주범인 질소산화물을 적은 에너지·비용으로 물로 변환할 수 있는 촉매가 개발됐다. 당장은 공장 및 이동오염원(대형 건설·농기계나 선박)용이지만 자동차용으로도 활용될 수 있을 지 주목된다.

한국과학기술연구원(KIST)은 권동욱·하헌필 극한소재연구센터 박사 연구팀이 배기가스 중에 포함된 질소산화물을 인체에 무해한 물 및 질소로 전환하는 선택적 촉매환원법(SCR)에 적용되는 신개념 고내구성 저온용 촉매 소재를 개발했다고 16일 밝혔다.

연구팀은 바나듐계 촉매에 몰리브덴 및 안티모니 산화물을 첨가해 촉매계면 엔지니어링 기법으로 활성성분과 이산화황 사이의 흡착반응을 억제시켜 독성 물질인 황산암모늄염의 생성을 현저히 줄이는 복합바나듐산화물계 촉매소재 개발에 성공했다. 220℃의 저온에서 이산화황에 노출되었을 때 초기 성능 대비 85%에 도달하는 시간이 기존 촉매 대비 약 7배 이상 지연되어 촉매 수명이 월등히 길다. 또 저온 활성이 높아 연소 시스템 전단에서의 질소산화물 처리 부담을 대폭 낮추어 에너지효율 면에서도 유리하다. 대기오염물질 처리 비용 절감이 가능하다는 얘기다.

연구팀은 이미 실험실 규모의 반응기 실험을 끝내고, 지난 8월 금호석유화학 여수제2에너지 열병합발전소에 파일럿 실증 설비를 설치해 실증 테스트 중이다. KIST-금호석유화학 팀은 약 10개월간의 실증 설비 구동변수를 평가·검증해 최적 운영방안을 도출한 후 2022년까지 플랜트 설비 구축을 목표로 하고 있다.

이에 따라 산업설비 외에도 차량 엔진의 질소산화물 저감 장치에 기존 요소수를 대신해 투입될 수 있을 지도 주목된다.

연구팀은 "배연가스의 온도가 낮고 황 성분이 포함돼 탈질 촉매 적용이 어려운 환경에서는 인위적으로 버너를 통해 배연가스를 재가열해 탈질촉매를 적용하는 등 기술적·경제적 어려움이 있다"며 "이에 효과적으로 대응할 수 있는 저온·고내구성 촉매는 산업현장 배기가스 처리에 적용될 수 있다"고 설명했다. 이어 "저온 탈질촉매 기술은 세계적으로 탈질촉매 시장을 보다 확대시킬 수 있고, 특히 내피독특성 증대기술은 산업·운송 분야의 적용 가능성을 높일 수 있는 핵심기술"이라고 덧붙였다.

권동욱 KIST 박사는 "자동차쪽 배기가스 오염원 저감 촉매로는 제올라이트 계열 물질에 대한 연구가 이뤄지고 있다"면서 "바나듐 계열의 촉매는 선박 등 대형 이동 오염원에 활용되고 있으나 자동차 쪽에도 불가능한 것은 아니다"라고 말했다.

이번 연구 결과는 환경 및 에너지 분야 국제저널인 ‘Chemical Engineering Journal’(IF: 13.273, JCR 분야 상위 2.448%)에 게재됐다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr