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[뉴테크] "내구성 획기적" 초미세먼지 배출저감용 저온탈질촉매기술
[뉴테크] "내구성 획기적" 초미세먼지 배출저감용 저온탈질촉매기술
  • 이진수 기자
  • 승인 2021.11.17 16:53
  • 댓글 0
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[더리포트=이진수기자] 국내연구진이 질소산화물을 인체에 무해한 물 및 질소로 전환하는 선택적 촉매환원법(SCR)에 적용되는 신개념 고내구성 저온용 촉매 소재를 개발했다. 

한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 극한소재연구센터 권동욱·하헌필 박사 연구팀이 바나듐계 촉매에 몰리브덴 및 안티모니 산화물을 첨가하여 촉매계면 엔지니어링 기법으로 활성성분과 이산화황 사이의 흡착반응을 억제시켜 피독물질인 황산암모늄염의 생성을 현저히 줄이는 복합바나듐산화물계 촉매소재 개발에 성공했다고 17일 밝혔다.

한국과학기술연구원에 따르면 최근 산업계 연소시설에서 배연가스 처리 시 에너지효율을 높이기 위해 저온에서 질소산화물을 처리 가능한 탈질촉매의 수요가 커지고 있다. 

고내황특성 저온 탈질촉매의 상승작용 촉매 반응 특성. (한국과학기술연구원)
고내황특성 저온 탈질촉매의 상승작용 촉매 반응 특성. (한국과학기술연구원)

질소산화물은 화석연료 연소과정에서 배출되며 대기 중 화학반응에 의해 입자로 변환되어 초미세먼지 발생의 주 원인물질로 알려져 있다.

그러나 기존 촉매는 약 250℃ 이하 저온에서 배연가스에 포함된 황 성분이 환원제로 사용되는 암모니아와 반응하여 황산암모늄염을 형성, 촉매 상 활성물질의 기능을 피독시키므로 내구성이 저하되는 문제가 있다. 

이를 개선하기 위해 촉매 표면에 흡착된 황산화물의 산화력을 약화시키거나 황 화합물을 일시적으로 저장하여 피독현상을 지연하는 연구가 있었으나, 궁극적으로 황에 대한 내구성을 증대시키는 원천적인 해결방안은 아니었다.

이번에 개발된 복합바나듐산화물계 촉매소재는 220℃의 저온에서 이산화황에 노출되었을 때 초기성능 대비 85%에 도달하는 시간이 기존촉매 대비 약 7배 이상 지연되어 촉매 수명이 월등히 길다. 

또한 저온 활성이 높아 연소 시스템 전단에서의 질소산화물 처리 부담을 대폭 낮추어 에너지효율 면에서도 유리하다. 향후 산업현장에 적용할 경우 대기오염물질 처리비용 절감이 가능할 것으로 보인다.

이번 연구는 실험실 규모의 반응기 실험을 끝내고, 지난 8월 금호석유화학 여수제2에너지 열병합발전소에 파일럿 실증 설비를 설치, 현장 배연가스를 적용하여 실증 테스트 중이다. KIST-금호석유화학 팀은 약 10개월간의 실증 설비 구동변수를 평가·검증하여 최적 운영방안을 도출한 후 2022년까지 플랜트 설비 구축을 목표로 하고 있다.

금호석유화학 고영훈 중앙연구소장(부사장)은 “금호석유화학 ESG경영에 있어 당사의 열병합발전소 배출가스 유해물질 중 대부분을 차지하는 질소산화물 저감은 매우 중요한 이슈”라며, “선진국 수준 이상의 선제적 저감기술 확보를 위한 발전소 pilot 장비를 설치하여 실증연구를 성공적으로 수행 중에 있으며, 향후 본 기술에 대한 scale-up test를 거쳐 고내구성 저온용 SCR 촉매 상업기술로 발전시키고자 한다”고 밝혔다.

이 연구는 과학기술정보통신부(장관 임혜숙) 동북아-지역 연계 초미세먼지 대응 기술개발사업, KIST 주요사업으로 수행되었으며, 연구결과는 환경 및 에너지 분야 국제저널인 ‘Chemical Engineering Journal’(IF: 13.273, JCR 분야 상위 2.448%)에 게재됐다.

 


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