반도체 공정서 발생하는 온실가스 맑은 공기로 바꾼다

에너지연, 아산화질소 질소·산소로 분해하는 촉매 개발

에그쉘 구조 아산화질소 분해 양산형 촉매. (에너지연 제공)/뉴스1

(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 반도체 생산 공정에서 배출되는 온실가스를 깨끗한 공기로 바꾸는 기술을 개발했다.

한국에너지기술연구원은 수소융복합소재연구실 이신근 박사 연구진이 반도체, 디스플레이 생산 공정에서 배출되는 아산화질소를 공기의 주성분인 질소와 산소로 분해하는 촉매를 개발했다고 28일 밝혔다.

연구진은 아산화질소 분해 촉매의 성능과 내구성을 높이기 위해 달걀 껍질을 닮은 에그쉘 구조의 촉매를 적용했다.

촉매의 내부에는 열과 힘에 잘 견디는 알루미나 지지체를 활용했으며, 외부의 둥근 표면을 따라 구리 촉매를 고르게 퍼트려 아산화질소에 대한 반응도를 높이고 분해 성능을 향상시켰다.

연구진은 현재 분해 촉매로 사용되고 있는 고가의 루테늄보다 매우 저렴하며 우수한 산화환원반응을 가진 구리를 촉매로 사용했다.

이를 통해 표면에 흡착된 아산화질소는 질소와 산소로 빠르게 전환돼 질소산화물로 화합되는 것을 방지한다.

촉매의 내부에는 열과 힘에 강하면서도 제조공정이 매우 간단한 알루미나 지지체를 적용해 양산화 가능성을 높였다.

표면에는 구리 촉매가 얇게 퍼질 수 있도록 분무 형태의 스프레이 코팅법을 적용했다. 이처럼 간단한 공정을 통해 실험실 규모임에도 하루 30㎏ 이상의 촉매 제조를 가능하게 했다.

연구진이 개발한 촉매는 1~20%의 다양한 농도에서도 아산화질소를 99% 이상 분해해 우수한 성능을 보였다.

또 500시간 이상의 운전에도 촉매의 성능이 저하되지 않아 장기 내구성도 확보했다.

연구진은 개발한 촉매를 실제 공정에 적용하기 위해 촉매 분해 시스템 업체와의 협력을 추진하고 있으며, 올 하반기부터 상용화 단계에 진입할 것으로 예상했다.

한국에너지기술연구원 연구진. 아래 왼쪽부터 시계방향으로 이신근 책임연구원, 변세기 선임연구원, 황효정 기술원, 서두원 책임기술원, 이은한 학생연구원. (에너지연 제공)/뉴스1

이신근 박사는 “개발한 촉매는 반도체, 디스플레이뿐만 아니라 암모니아 연소 등 다양한 분야에 적용 가능한 유망한 기술로 국가 온실가스 저감 목표에 기여할 수 있다”고 말했다.

이번 연구는 에너지연 기본사업과 산업통상자원부 월드클래스플러스사업의 지원으로 수행됐다.

memory4444444@news1.kr