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산업 미세먼지 저감을 위한 금속 구조체 기반 SCR 촉매 제조기술 개발
2018.06.08


연구책임자 : 동남지역본부 에너지플랜트그룹 임동하 수석연구원


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 NOx(질소산화물), SOx(황산화물), VOCs(휘발성 유기화합물) 등이 주범으로 꼽히고 있어 이를 줄이거나 처리할 수 있는 기술 개발과 적용이 요구된다.



세계 최초 상용화 단계 금속 구조체 기반 SCR 촉매


유해물질 저감기술은 연소공정에서 생성된 유해물질이 굴뚝으로 배출되기 전 탈질설비, 집진설비, 탈황설비, VOCs제거설비를 통해 걸러지는 모든 기술을 포함한다.  에너지플랜트그룹 임동하 수석연구원 팀이 개발한 금속 구조체 기반 SCR 촉매 제조기술은 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.

“현재 세계적 선도기업에서는 금속 구조체 기반 SCR 촉매 연구에 집중하고 있습니다. 금속 소재는 강건성, 내구성, 열전도성, 안정성 등이 좋고 유지 보수도 쉽습니다. 다양한 형태로 만들 수 있는데다 재활용도 가능해 세라믹 소재보다 훨씬 뛰어납니다.”


임 수석연구원 팀에서 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.



One-Step 코팅기술과 저온형 SCR 촉매 제조기술


금속 구조체 기반 SCR 촉매 제조기술의 핵심은 금속 표면에 촉매 슬러리(Slurry)를 안정적으로 부착하는 코팅기술이다. 임 수석연구원 팀은 질소산화물 제거 능력이 뛰어난 촉매를 함유한 특수 코팅 슬러리를 만들어 금속 구조체 상에 ‘One-Step’ 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.


2019년 상용화 돌입, 기존 대비 30% 단가 절감


정부는 2022년까지 미세먼지 30% 감축을 목표로 지난해 9월 미세먼지 관리 종합대책을 내놓았다. 질소산화물에 대한 초과배출부과금을 징수하고, 휘발성유기물의 경우 사업장 시설관리 기준을 현행 2,000ppm에서 1,000ppm까지 단계적으로 강화한다는 계획이다.
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, 제조단가 또한 30% 정도 낮출 수 있어 산업미세먼지 저감 효과뿐 아니라 관련 시장 확대가 기대된다.



임 수석연구원은 “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.

SCR 시스템 관련 세계 시장 규모는 2020년 약 9조 원이 될 것으로 예상되고 있다. 세계 최초 금속 기반 SCR 촉매 제조기술의 상용화를 앞두고 있는 에너지플랜트그룹의 행보가 기대되는 이유다.