UNIST, 미세먼지 전구물질 3종 동시 저감 촉매 개발

미세먼지 전구물질 3종을 동시에 제거할 수 있는 촉매를 공동 개발한 조승호(왼쪽부터) 울산과학기술원신소재공학과 교수팀, 김홍대 한국생산기술연구원 박사, 김광영 한국에너지기술연구원 박사. UNIST제공

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봄철 불청객 미세먼지를 효율적으로 감축할 수 있는 물질이 개발됐다.

울산과학기술원(UNIST)은 조승호 신소재공학과 교수팀이 김홍대 한국생산기술연구원 박사팀, 김광영 한국에너지기술연구원 박사와 미세먼지 전구물질 3종을 동시에 제거할 수 있는 촉매를 공동 개발했다고 27일 밝혔다.

산업현장에서 주로 배출되는 질소산화물(NOx), 일산화탄소(CO), 암모니아(NH3) 등은 대기 중 다른 물질과 반응을 일으켜 미세먼지 입자로 바뀐다. 특히 질소산화물은 세계적 방출량이 1억 톤에 이르는 데다 유독성이 크다. 질소산화물을 무해한 질소로 바꾸기 위해선 암모니아를 넣어 촉매로 화학반응을 시켜야 하는데, 반응하지 못한 암모니아는 남게 된다. 잔류 암모니아는 또 다른 촉매를 넣어 일산화탄소와 반응시켜 제거해야 한다. 이 같은 방식은 총 2종류의 촉매가 필요해 경제성이 떨어지고, 설비 공간도 많이 차지하는 한계를 지닌다.

연구팀이 개발한 금속산화물 촉매(Cu-Ni-Al) 는 두 가지 촉매의 기능을 수행해 3종류의 전구물질을 동시에 제거할 수 있다. 제거 성능을 나타내는 전환율은 NOx, CO, NH3 각각 93.4%, 100%, 91.6%로 나타났다. 질소 선택도는 95.6%로 높았다. 질소 선택도가 높을수록 아산화질소와 같은 유해한 반응 부산물이 발생하지 않는다.

연구팀은 이 촉매가 최고의 성능을 낼 수 있는 가스 배합 비율도 찾아냈다. 이를 바탕으로 일산화탄소가 과량인 환경에서 최적의 암모니아 주입 비율 등을 제시했다. 상업화를 위해 대량 생산된 가루 촉매를 실제 공장의 고유속 환경을 버틸 수 있는 덩어리 형태로 만든 뒤 성능을 검증한 결과 전구물질 3종의 전환율은 최대 92%, 질소 선택도는 99.9%를 기록했다. 연구를 총괄한 조 교수는 “개발된 촉매는 상대적 저온인 225°C에서도 쓸 수 있고, 성형체로 제작된 상태에서도 뛰어난 성능을 보여 상용화가 기대된다”고 말했다.

이번 연구결과는 나노 과학분야 저명 학술지인 에이씨에스 나노(ACS Nano) 표지논문으로 선정돼 지난 1월 21일에 출판됐다.

울산= 박은경 기자 change@hankookilbo.com