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Climate Technology
Climate Technology NEWS
Title | 낮은 온도에서 작동하는 고효율 촉매기술로 질소산화물 척척 제거 |
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- 초미세먼지 획기적으로 줄이는 저비용 기술 개발 □ 2019년 OECD 국가 중 초미세먼지 오염도 1위 국가로 지목된 한국의 초미세먼지 주요 발생원은 발전, 제철, 시멘트, 석유화학 등 대형사업장에서 배출되는 질소산화물이다. □ 미세먼지 관련 정책과 특별법 제정, 질소산화물 저감 기준이 점차 강화되는 가운데, 이에 대응할 수 있는 경제적이고 효율적인 질소산화물 저감 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. □ 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. □ 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 보이고 있다. □ 따라서, 상용 선택적촉매환원 설비에서 질소산화물 저감 촉매의 최적 효율을 보이기 위해서는 배기가스의 온도를 300-350℃로 재가열하는 별도의 공정이 필수적이다. 이로 인해 운영비 상승과 최적의 온도를 맞추기 위한 연료 연소로 많은 질소산화물이 추가 배출된다. □ 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. □ 저온탈질촉매의 경우 배기가스에 포함된 잔여 황산화물(SOx)이 암모니아 환원제 및 수분과 반응해 황산암모늄(ABS(Ammonium bisulfate) 또는 AS(Ammonium sulfate))을 형성한다. 형성된 황산암모늄은 촉매의 활성을 저하시키고 셀을 덮어 원활한 반응이 이뤄지지 않아탈질 효율이 급격히 저하되는 문제점이 있다. □ 그러나 연구진이 개발한 새로운 저온탈질촉매는 황산화물이 존재하는 조건에서도 상용촉매와 비교해 우수한 내피독성을 갖는 것을 확인했다. □ 현재까지 180℃ 영역에서 92% 이상 탈질 효율을 보이는 촉매 개발 사례가 없었으며, 국내 환경 촉매의 높은 해외 의존도를 탈피하고, 미개척 분야인 저온 촉매 분야에서 기술적 우위를 확보함으로써 국내외 시장을 선점을 할 수 있는 파급력이 높은 기술이다. □ 미세먼지연구단의 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 도전하여 누구도 따라올 수 없는 기술을 개발하겠다.”고 말했다. □ 한편 이번 연구는 한국에너지기술연구원 주요사업의 일환으로 수행 중이며, 개발 기술의 실증 및 실용화를 위해 환경업체와 다각적 협업을 진행하고 있다. 또한 이번 기술개발을 통해 2건의 원천 특허를 출원했으며, 향후 관련 보급 확산을 위한 실증 연구를 수행 중에 있다. |
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Category | Tech trends(Korea) |
Source | 국가과학기술연구회 |
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