한국생산기술연구원(원장 이상목)이 광범위한 온도 범위에서 질소산화물(NOx)을 제거할 수 있는 탈질촉매기술 개발에 성공했다. 이를 NOx 배출 산업 현장에서 활용하면 촉매 내구성과 활성도는 유지하면서 연료비 등 운영비를 30%나 낮출 수 있을 전망이다.
생기원은 김홍대 산업환경그린딜사업단 박사팀이 기존 350~380℃ 보다 넓은 240∼420℃ 온도 범위에서 쓸 수 있는 ‘WTW(Wide Temperature Window) 탈질촉매는 초미세먼지 유발 물질인 NOx를 질소와 물로 환원하는 데 사용한다. 기존 탈질촉매는 350∼380℃에서 최적의 탈질 효율을 보이는데, 제철소 소결로의 경우 황산화물을 제거하는 전처리 과정과 낮은 배기가스 온도로 최소 300℃ 이상 재가열 공정이 필요하다.
에너지 사용이 많을 뿐만 아니라 NOx 반응을 촉진하는 환원제 투입량이 증가한다. 각종 가스성분에 따른 오염으로 촉매 수명이 짧아지는 등 운영비 상승 요인이 된다.
연구팀은 촉매 활성물질 분산성을 높이는 방식으로 경제성과 효율성을 확보했다.
바나듐-텅스턴계 산화물로 촉매를 조성하고 지지체로는 이산화티타늄을 선택했는데, 바나듐-텅스텐을 수 나노미터(㎚ )크기로 작게 쪼개 분산시켰다. 값비싼 전이금속 사용량을 줄이면서 촉매 반응 표면적을 넓혔다.
또 ‘촉매적 식각법’으로 산화수를 제어해 촉매 활성 온도 범위를 240~420℃까지 확장했다.
연구팀은 열처리 과정에서 바나듐이 전자를 잘 주고받을 수 있도록 산화수를 조절해 NOx와 선택적 반응이 가능하도록 제어했다.
지난해 현대제철 당진제철소 소결로 파일럿 공정에 6인치 크기 WTW 제거 탈질촉매를 220℃ 저온에서 30일간 실증한 결과 초기 92%던 촉매 활성도가 91%로 나타났다.
240∼420℃에서 100일간 현장 실증을 진행한 결과에서도 초기 효율 91%를 그대로 유지해 높은 내구성과 활성도를 입증했다.
김홍대 박사는 “미세먼지를 다량 배출하는 주요 업종별로 저감 원천기술을 확보하고, 현장 실증을 완료했다”면서 “촉매제조사에 기술 이전을 완료하고, 철강사업장 적용을 추진 중”이라고 밝혔다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
