“지구온난화 지수 300배↑”암모니아 선박 배출가스…99% 제거 신기술 나왔다

[헤럴드경제=구본혁 기자] 이산화탄소보다 지구온난화 지수가 300배 높은 온실가스를 배출하는 암모니아 선박의 딜레마를 일거에 해결할 기술이 등장했다. 암모니아를 태울 때 발생하는 질소산화물과 미연소 암모니아를 하나의 촉매에서 99% 제거하고, 이산화탄소보다 지구온난화 영향이 훨씬 큰 아산화질소까지 효과적으로 처리하는 기술이다.

한국에너지기술연구원은 기후변화연구본부 대기청정연구실 황선미 박사 연구팀이 암모니아 선박에서 발생하는 다중 배출가스를 통합 처리할 수 있는 촉매 기술을 개발했다고 1일 밝혔다.

암모니아는 연소 과정에서 이산화탄소를 직접 배출하지 않아 해운산업의 차세대 친환경 연료로 꼽힌다. 운송과 저장이 상대적으로 용이하다는 장점도 있다. 하지만 실제 엔진에서 연소하면 질소산화물(NOx)과 아산화질소(N₂O), 미연소 암모니아(NH₃)가 발생한다. 특히 아산화질소는 강력한 온실가스로 꼽혀 이를 제대로 처리하지 못하면 암모니아 연료의 탄소저감 효과가 퇴색할 수 있다.

문제는 기존 선박용 배출가스 처리장치다. 디젤 선박은 주로 질소산화물 제거에 초점이 맞춰져 있지만 암모니아 선박은 아산화질소와 미연소 암모니아까지 처리해야 한다. 각각 별도 촉매와 장비를 설치하면 공간과 무게, 비용 부담이 커질 수밖에 없다.

연구팀은 질소산화물과 미연소 암모니아를 동시에 분해하는 ‘하이브리드 촉매’를 개발해 이 문제를 풀었다. 하나의 촉매층에서 두 물질을 약 99% 효율로 동시에 제거한다. 촉매 사용량도 기존 방식보다 최대 절반까지 줄일 수 있다.

또 기존 귀금속 기반 암모니아 분해 촉매는 가격이 비싸고 처리 과정에서 또 다른 질소산화물이 만들어질 수 있다는 한계가 있었다. 연구팀이 개발한 촉매는 귀금속 기반 촉매와 비교해 비용을 최소 80% 이상 절감할 수 있다.

아산화질소 처리 기술도 함께 확보했다. 연구팀의 아산화질소 분해 촉매는 기존 상용 촉매보다 작동 온도를 100℃가량 낮췄다. 실제 선박 배출가스 환경과 유사한 350℃에서도 별도의 환원제 없이 아산화질소를 99% 이상 분해할 수 있다.

특히 두 촉매 모두 기존 디젤 선박에 사용되는 배출가스 처리장비에 적용할 수 있어 별도의 대규모 설비 변경 부담을 줄일 수 있다는 게 연구팀 설명이다. 선박 내부의 제한된 공간을 고려할 때 장비 소형화와 경량화 측면에서도 이점이 있다.

황선미 박사는 “암모니아 선박의 가장 큰 난제였던 다중 오염물질을 동시에 줄일 수 있는 기술”이라며 “설치 공간 절감과 시스템 경량화, 유지관리 효율 향상이라는 현장의 요구를 반영했다”고 말했다.

이어 “향후 파일럿 실증을 통해 기술 완성도를 높이고 국내 조선·해운산업이 친환경 선박 시장에서 경쟁력을 확보할 수 있도록 상용화를 지원하겠다”고 덧붙였다.

이번 연구는 한국에너지기술연구원 기본사업으로 수행됐으며 연구 결과는 에너지·환경 분야 국제학술지 ‘Applied Catalysis B: Environment and Energy’에 게재됐다.