공장 발전소와 자동차 미세먼지 줄일 고성능 촉매 나왔다

KIST·KRICT, 각각 실증 연구 병행

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과학기술정보통신부 산하 2개 정부출연연구기관이 상용화 수준의 미세먼지 저감 기술을 개발해 나란히 국제학술지에 발표했다. 이를 적용하면 열병합발전소 같은 산업현장이나 자동차 내연기관에서 발생하는 미세먼지 원인 물질인 질소산화물의 양을 줄이는 데 도움이 될 전망이다. 

한국과학기술연구원(KIST)은 기존보다 낮은 온도인 280도 이하에서도 질소산화물을 분해하며 스스로 재생하는 새로운 촉매를 개발했다.

질소산화물 제거에 촉매를 사용하는 기술은 수십 년간 적용된 오래된 기법이다. 하지만 기존에는 촉매가 처음 성능을 그대로 유지할 수 있도록 350도 이상 고온에 노출하는 기술이 주로 사용됐고, 높은 온도 탓에 실제 현장에 적용하기 어려운 경우가 많았다. 

권동욱 한국과학기술연구원 극한소재연구센터 선임연구원은 “촉매를 280도 이하에 잠깐만 노출해도 화학반응 과정에서 생성된 피로물질이 분해돼 촉매가 초기성능으로 재생된다”며 “촉매의 비활성 정도를 최소화시켜 내구성을 높인 게 특징”이라고 설명했다.   

이 연구는 과기정통부의 ‘동북아-지역연계 초미세먼지 대응기술개발사업’의 일환으로 진행돼 현재 실증 연구가 이뤄지고 있다. 연구진은 전남 여수 화학단지 내 석유화학공정 열병합발전소에서 이 기술을 검증할 파이로를 짓고 있다. 

권 선임연구원은 “2019년에는 포스코 광양제철소의 소규모 소결로 설비에서 촉매 기술을 적용해 미세먼지 배출을 30% 저감했다”며 “이번에는 촉매 활성도를 더 높인 만큼 미세먼지 저감 효과도 더 클 것으로 기대한다”고 말했다. 

한국화학연구원은 자동차 내연기관에서 환원제 역할을 하는 요소수 없이도 질소산화물을 분해하는 촉매를 개발했다. 이 촉매는 요소수 없이도 180도 이하의 낮은 온도에서 질소산화물을 잘 분할 수 있어 상용화되면 자동차 내연기관에 요소수를 주입할 필요가 없어진다. 

허일정 한국화학연구원(KRICT) 환경자원연구센터장은 “기존에 사용되는 촉매는 200도 수준의 고온에서 작동해 촉매를 활성화시키기 위해 연료를 추가로 쓰는 과정에서 오히려 이산화탄소 같은 온실가스가 배출되는 문제가 있었다”며 “이번에 개발한 촉매는 질소산화물에 선택적으로 반응해 공기 중 질소로 더 많이 전환시켜 미세먼지를 줄인다”고 말했다. 

이들 연구성과는 환경 분야 상위 1% 국제학술지 ‘어플라이드 카탈리시스 B: 환경’에 각각 2월 23일자 온라인판과 지난해 7월 31일자 온라인판으로 먼저 공개됐다. 이들은 각각 올해 7월호 저널에도 실리며, 1월호에도 발표됐다. 

[이현경 기자 uneasy75@donga.com]