[대전=뉴스핌] 김태진 기자 = 국내 연구진이 경제적이고 효율적인 질소산화물 저감 기술을 개발했다.

한국에너지기술연구원은 미세먼지연구단 정순관 박사 연구진이 미세먼지 발생 원인물질인 질소산화물(NOx)의 배출량을 선택적촉매환원 설비에서 200도 이하에서도 획기적으로 저감 할 수 있는 에너지절감형 광역온도 배연탈질촉매 제조기술을 개발했다고 25일 밝혔다.

발전소나 제철소 등 연소시설에서 발생하는 고온의 질소(N2)와 산소(O2)가 반응해 질소산화물을 생성한다. 질소산화물은 스모그, 산성비, 미세먼지를 유발하는 대표적 환경오염 물질로 인체에 치명적인 질환을 일으켜 한국을 포함한 많은 국가에서 배출량을 규제하고 있으며 그 기준은 점점 강화되고 있다.

광역온도 대응 저온 탈질 촉매의 효율 및 내구성[사진=한국에너지기술연구원] 2021.03.25 memory4444444@newspim.com

이에 산업계 연소시설에서는 선택적촉매환원 방법을 활용해 질소산화물을 인체에 무해한 물과 질소로 전환하는 환경설비를 적용하고 있다. 이때 질소산화물 저감 효율을 좌우하는 핵심 요소는 선택적촉매환원에 장착되는 배연탈질촉매의 성능이다.

상용 촉매는 바나듐(V), 텅스텐(W) 활성금속이 이산화티타늄(TiO2)에 분산된 촉매(V-W/TiO2)가 주로 사용된다. 이 상용 촉매는 300-350℃의 온도영역에서 90% 이상의 최적 탈질 효율을 보인다.

하지만 대부분의 산업공정에서 선택적촉매환원 설비는 유지 및 안정성을 고려해 배기가스에 포함된 먼지(dust) 및 황산화물(SO2)을 제거하는 장치의 후단에 위치한다. 이러한 전처리 설비들을 거치며 급격히 낮아진 배기가스는 200℃ 이하의 온도로 선택적촉매환원 설비로 유입돼 최적의 탈질 효율을 보이는 온도영역에 미달한다.

때문에 상용 선택적촉매환원 설비에서 질소산화물 저감 촉매의 최적 효율을 보이기 위해서는 배기가스의 온도를 300-350도로 재가열하는 별도의 공정이 필수적이다. 이로 인해 운영비 상승과 최적의 온도를 맞추기 위한 연료 연소로 많은 질소산화물이 추가 배출된다.

이러한 비효율적인 에너지소모를 낮추기 위해 연구진은 200도 이하의 온도영역에서 우수한 활성을 보이며 황산화물에 대한 내피독성을 갖는 탈질촉매를 개발했다.

이는 선택적촉매환원 촉매 연구 분야에서 매우 도전적인 연구로, 저온탈질촉매가 최적의 효율을 보이기 위한 핵심은 바나듐 구조의 활성화사이트 극대화, 탈질 효율을 낮추는 수분의 흡착에너지 저하, FAST-SCR 반응을 유도할 수 있는 촉매의 개발이다.

정순관 책임연구원 2021.03.25 memory4444444@newspim.com

정순관 책임연구원은 "매우 도전적인 목표의 기술로 여겨졌던 극저온 탈질 촉매의 개발을 통해 초미세먼지 원인물질을 경제적이고 효율적으로 제거할 수 있게 됐다"며 "이는 국내 산업부문 배출 미세먼지 저감에 큰 기여를 할 수 있는 혁신적인 기술로 평가된다"고 말했다.

이번 연구는 한국에너지기술연구원 주요사업의 일환으로 수행 중이며, 개발 기술의 실증 및 실용화를 위해 환경업체와 다각적 협업을 진행하고 있다. 이번 기술개발을 통해 2건의 원천 특허를 출원했으며 향후 관련 보급 확산을 위한 실증 연구를 수행 중에 있다. 

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