생산기술연구원 임동하 박사 연구팀이 금속 구조체 기반 SCR 촉매를 살펴보고 있다. [제공=한국생산기술연구원]

생산기술硏 임동하 박사팀, 제조단가 30% 낮춰데이터

미세먼지 배출을 줄일 수 있는 근본적 대책 수립에 대한 국민적 요구가 커지고 있다.

국내에서 고농도 미세먼지를 일으키는 유해물질이 가장 많이 배출하는 분야는 산업현장(38%)으로 수송(28%), 생활(19%), 발전(15%) 분야보다 높다. 특히 질소산화물, 황산화물, 휘발성 유기화합물 등이 주범으로 꼽히고 있어 이를 줄이거나 처리할 수 있는 기술 개발과 적용이 요구되고 있다.

이와 관련 한국생산기술연구원 에너지플랜트그룹 임동하 박사팀은 최근 산업 유해물질을 획기적으로 저감시킬 수 있는 금속 구조체 기반 SCR 촉매 제조기술 개발에 성공했다. 이 기술은 내구성이 약하고 비싼 기존 세라믹 기반 허니콤(벌집) 구조 촉매의 단점을 보완한 차세대 탈질설비라는 점에서 주목받고 있다.

기존 세라믹 기반 SCR 촉매는 낮은 열전도성 때문에 활성화가 느리고, 코팅막이 두꺼워 배기가스 반응 효과가 떨어진다. 가격이 비싼 활성물질을 많이 사용해 제조비용이 높다는 것도 문제다. 뿐만 아니라 기계적 강도가 약해 쉽게 부서져 촉매 성능을 떨어뜨리고, 유지보수 및 교체주기가 빨라 경제적 손실이 크다.

반면 금속 구조체 기반 SCR 촉매는 안정성과 강도 등에서 우수한 물리적 특성을 가진다. 또한 금속을 얇게 펴서 특수한 구조형상으로 만들 수 있기 때문에 부피 대비 넓은 비표면적을 얻을 수 있다. 이는 촉매를 적게 사용해도 기존 세라믹 기반 SCR 촉매와 동등한 탈질 효과를 얻을 수 있다는 것을 의미한다.

임 박사는 “현재 세계적 선도기업에서는 금속 구조체 기반 SCR 촉매 연구에 집중하고 있다”면서 “금속 소재는 강건성, 내구성, 열전도성, 안정성 등이 좋고 유지 보수도 쉽고 재활용도 가능해 세라믹 소재보다 훨씬 뛰어나다”고 설명했다.

연구팀이 개발한 금속 구조체 기반 SCR 촉매 제조기술은 상용화 단계 기술로는 세계 최초의 성과라는 점에서 더욱 의미가 크다. 먼저 상용화 기술 개발에 성공하는 것이 기존 시장을 대체하는 신시장 형성과 기술 선점 측면에서 유리하기 때문이다. 이 기술의 핵심은 금속 표면에 촉매 슬러리(Slurry)를 안정적으로 부착하는 코팅기술이다.

연구팀은 질소산화물 제거 능력이 뛰어난 촉매를 함유한 특수 코팅 슬러리를 만들어 금속 구조체 상에 ‘원-스텝’ 공정으로 코팅하는 기술을 개발했다. 기존 3~4단계의 제조공정을 1단계로 간소화함에 따라 제조설비 및 제조비용을 줄여 가격 경쟁력을 높일 수 있다. 슬러리 상태이므로 어떤 모양이든 쉽게 코팅이 가능하다는 것도 빼놓을 수 없는 장점이다.

또한 기존 세라믹 기반 SCR 촉매가 300~350℃에서 가장 활성화되는 반면 이번에 개발한 금속 기반 SCR 촉매는 150~200℃의 저온에서 활성화된다. 이에 따라 에너지 절감은 물론 배기가스 후처리 공정도 최적화함으로써 운영비용을 크게 줄일 수 있다.

SCR 촉매는 선박, 발전소, 제철소 등 소위 굴뚝산업이라고 불리는 전통 제조산업 전반에 적용할 수 있다. 특히 금속 구조체 기반 SCR 촉매는 반응기 크기를 기존 세라믹 기반 SCR 촉매의 60%까지 축소시킬 수 있고, 제조단가도 30% 정도 낮출 수 있어 산업미세먼지 저감 효과뿐 아니라 관련 시장 확대가 기대된다. 임 박사는 “현재 실증 연구 단계만을 남겨놓고 있다”며 “이는 상용화를 위한 마지막 점검 단계로, 올해 연말까지 사업화에 필요한 인증 요건을 갖춘 뒤 내년 초 상용화할 계획”이라고 밝혔다. 

구본혁 기자/nbgkoo@