환경 문제 해결의 핵심 ‘촉매 기술’에 있다
환경 문제 해결의 핵심 ‘촉매 기술’에 있다
  • 김진성 기자
  • 승인 2019.09.16 10:54
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[공학저널 김진성 기자] 환경오염의 주범이자 미세먼지의 숙주 역할을 하는 질소산화물은 발전소·소각로·보일러·소결로·선박·자동차 등 연료 연소 과정에서 발생한다. 고농도 미세먼지의 경우 중국 등 해외에서 몰려오는 비중이 60~70% 이상이지만 국내 발전소·제철소·시멘트공장·화학공장 등에서 나오는 원인물질도 적지 않은 수준이다.

최근 세계 각국은 미세먼지를 줄이기 위한 다양한 방안을 강구하고 있다. 여러 방법이 시도되고 있지만 그 중에서 탈질촉매 기술은 가장 친환경적이고 효율적인 기술로 손꼽힌다.

한국과학기술연구원(KIST) 미래융합기술연구본부 하헌필 본부장(사진)은 환경촉매 중 질소산화물 처리에 특화된 탈질촉매 분야 권위자로 잘 알려져 있다.

양자화학 계산기법을 기반으로 기존 상용 촉매보다 저온 특성과 촉매의 내피독 특성을 한층 보강한 세계최고 성능을 나타내는 탈질촉매 기술이 대표적이다.

기존의 탈질촉매는 바나듐을 활성물질로 활용해 많은 에너지 비용이 들고 버너 구동 시 추가적인 질소산화물이 발생한다는 한계가 있었다.

하 본부장은 탈질촉매의 산화환원 특성을 극대화한 촉매를 설계한 후 소재표면을 황산화처리하고, 저온에서 탈질 성능을 향상시켰다. 황산화기에 의한 촉매피독을 최소화해 촉매 내구성을 강화한 고효율·고내구성의 촉매물질을 개발한 것.

설계된 촉매는 저온에서 탈질 효율이 높았으며, 저온에서 피독물질인 황산암모늄염을 분해시킬 수 있는 이중촉매(dual catalytic) 특성도 갖췄다.

결과적으로 질소산화물과 황산암모늄염을 동시에 저온에서 분해시키는 이중촉매 방식은 질소산화물 제거 효율이 기존 방식보다 10% 가까이 상승하는 효과를 낳았다.

이에 따라 세계적으로 가장 널리 사용돼 온 기존의 탈질촉매로는 적용이 불가능 했던 배연가스 조건에서도 촉매가 작동해 다양한 영역에 적용이 가능해졌다.

이러한 방법으로 하 본부장은 포스코 등 제철소와 발전소, 선박 등의 배기가스에서 질소산화물을 제거하는 촉매 기술을 국내 기업들에 이전해 다양한 성과를 이룩해왔다.

특성은 더 우수하면서 가격은 절반 이하로 낮춘 1세대 기술은 포스코 제철소의 소결로에 적용돼 외국산 촉매를 대체했으며, 2세대 기술은 두산엔진에 이전돼 세계 최초 선박용 저온 탈질촉매로 상품화되는 성과로 이어졌다.

하 본부장은 “여러 환경에 적합한 촉매기술을 개발해 확대 적용할 계획을 수립하고 있으며, 중국과 인도 등 해외로의 수출 가능성도 염두에 두고 있다”며 “8월 말~9월 초에 KIST에서 촉매 기술 기업을 설립할 예정”이라고 말했다.

그는 이어 “촉매기술 개발에 속도를 올려 시멘트회사·화력발전소·열병합발전소·LNG발전소 등에 적용해 1~2년 내 미세먼지 저감 효과를 가시화할 수 있도록 노력할 것”이라고 덧붙였다.

한편, KIST 미래융합기술연구본부는 현재 NBIT(NT-BT-ICT) 융합 연구를 통해 계산과학기반 유기, 무기, 고분자 소재설계 기술, 광전소재, 환경촉매소재, 재난대응소재, 난치성 질환 치료 및 맞춤형 건강증진 관련 유기 화학물 물질 기술 연구에 집중하고 있다. NBIT 융합 연구를 통해 국가적 세계적인 아젠다를 수행한다는 계획이다.

또한 급성 골수성 백혈병 표면치료제의 혁신후모물질, 친환경 플라즈마 전해 양극산화(PEO) 코팅 기술, 해양 유출유 제거 나노기름뜰채 기술 등 다양한 분야 신기술 개발에 앞장서고 있으며, 기업 발전을 위한 기술 이전도 모두 마친 상태다.

하 본부장은 “창조적 성장사회, 청정사회, 건강한 사회, 스마트 정보화 시대를 위한 미래 성장 동력 과학기술을 선도하는데 미래융합기술연구본부가 그 중심에 있다”며 “재난 안전 관련 미세먼지, 미세플라스틱, 관련 세계적 우위에 있는 기술력을 바탕으로 해결책 제시하며 관련기술을 선도해 나갈 예정”이라고 말했다.


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