친환경 선박 유해물질 잡는다…생기원, 차세대 배기가스 정화기술 확보

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 친환경 선박에서 배출되는 유해물질 질소산화물을 획기적으로 낮출 수 있는 기술 개발에 성공했다.

최근 온실가스 배출을 줄이기 위한 노력으로 액화천연가스(LNG)와 암모니아가 친환경 선박 대체연료로 주목받고 있다. 하지만 LNG와 암모니아는 메탄(CH₄), 아산화질소(N₂O), 독성 암모니아 등 또 다른 유해물질과 온실가스 배출 문제를 안고 있다.

한국생산기술연구원 울산기술실용화본부 임동하 수석연구원 연구팀은 기존 배기가스 정화 장치의 단점을 극복한 고효율 배기가스 정화기술을 개발했다.

최근 온실가스 배출을 줄이기 위한 노력으로 액화천연가스(LNG)와 암모니아가 친환경 선박 대체연료로 주목받고 있다. 하지만 LNG와 암모니아는 메탄(CH₄), 아산화질소(N₂O), 독성 암모니아 등 또 다른 유해물질과 온실가스 배출 문제를 안고 있다.

배기가스 정화 장치에서 촉매는 유해물질을 화학적으로 분해하는 역할을, 지지체는 촉매를 안전하게 붙잡아두는 뼈대 역할을 담당한다.

촉매는 적정 온도에서는 제 기능을 발휘할 수 있지만, 실제 상황에서는 선박 운항 조건에 따라 배기가스의 온도와 조성이 계속 달라져 안정적인 정화 성능을 유지하기 어렵다.

특히 기존 세라믹 지지체 기반의 정화 장치는 부피가 크고 무거운 데다 열전달도 느려 신속한 온도 조절에 한계가 따른다.

연구팀은 이를 개선하기 위해 먼저 지지체를 얇은 금속 소재로 바꿨다. 이 지지체는 배기가스가 지나는 통로의 표면에 촉매를 고정하는 구조물로, 금속을 사용하면 세라믹보다 훨씬 얇게 만들 수 있다.

벽이 얇아지면 같은 크기에서도 촉매의 반응 면적이 넓어지고, 배기가스의 흐름을 방해하는 압력손실이 줄어들며, 촉매까지의 열전달 속도도 빨라진다.

연구팀은 제작된 금속 지지체에 미반응 메탄과 암모니아, 질소산화물, 아산화질소 등 배출가스를 정화하는 촉매를 고르게 입혀 촉매모듈을 구현해 냈다.

금속 지지체 촉매 모듈을 1메가와트(MW)급 선박 엔진에 적용한 육상 실증 결과 엔진 출력 75% 조건에서 질소산화물(NOx) 98.8%, 아산화질소 72.1%가 감소했다.

1MW급 선박 엔진 운전 조건 하에서의 국내 첫 실증 사례로, 촉매 사용량도 기존 세라믹 지지체 대비 약 55%, 모듈 수 24%, 반응기 부피 30%가 감소해 제작 비용과 설치 공간을 동시에 줄일 수 있다.

연구팀은 금속 지지체 촉매 모듈을 고주파 유도가열로 직접 데우는 벤치 규모의 촉매 반응 시스템을 구축하고, 이를 파일럿 규모로 확대하기 위한 설계기술도 확보했다.

임동하 수석연구원은 “금속 지지체 코팅 촉매와 고주파 유도가열을 결합해 촉매 반응기는 소형화하고, 전기식 직접 가열 촉매 플랫폼을 구현한 것이 핵심”이라면서 “확보된 성과를 바탕으로 금속 지지체에 촉매를 입히는 일부 공정을 자동화하고, 촉매의 종류와 반응 조건에 따른 오염물질 저감 성능을 예측할 수 있는 AI 모델을 개발 중”이라고 말했다.