미세먼지 원인물질, 더 싸고 빠르게 없앤다

과기정통부, 미세먼지 원인물질과 사업장 처리비용을 줄이는 연구성과 공개

가격, 효율, 환경 모두 잡은 1석3조 기술 … 상위1% 국제학술지 게재

[ 위즈덤 아고라 / 김규인 기자 ] 공장 굴뚝과 자동차 매연 속 미세먼지 원인 물질인 질소산화물을 줄일 수 있는 저비용 분해 촉매를 개발했다. 과학기술정보통신부(과기정통부)는 미세먼지와 이를 유발하는 원인물질 배출을 줄이는 기술 연구 성과를 공개하며, 향후 사업장에서 저렴하고 신속하게 대기오염물질 배출을 줄일 수 있도록 관련 기술의 상용화를 추진해 가겠다고 밝혔다. 

과기정통부는 미세먼지 문제를 완화하기 위해 동북아 국제공동관측을 통한 고농도 초미세먼지 현상 규명 사업을 작년에 출범시킨 데 이어, 2차 미세먼지 생성과정을 규명하는 연구와 미세먼지 원인물질 배출 저감 기술 개발까지 폭넓게 지원하고 있다. 

미세먼지는 발생과정에 따라 1차 발생과 2차 발생으로 나눌 수 있는데, 1차 미세먼지는 공장 굴뚝 등의 발생원에서 직접 고체 상태로 발생하며, 2차 미세먼지는 발생원에서 기체 상태로 나온 원인물질이 대기 중에서 화학반응을 일으켜서 생성된다. 수도권 전체 초미세먼지(PM2.5) 중 약 70%는 2차 미세먼지이며, 사업장, 자동차 등에서 배출되는 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx), 암모니아(NH3) 등이 대표적인 미세먼지 원인물질이다.

기존에는 질소산화물(NOx)을 분해하기 위해서 고온(350℃이상)에서 촉매를 자주 교체해야 하거나 환원제를 별도로 투입해야 한다는 번거로움이 있었으나, 최근 연구 성과들이 이를 해결할 수 있는 길을 열었다. 

◇ 연구 1. 사업장 미세먼지 원인물질 저비용 분해기술 개발 

먼저, 기존보다 낮은 온도에서도 질소산화물(NOx)을 분해할 뿐만 아니라 스스로 재생할 수 있는 촉매가 개발되어, 향후 미세먼지 원인물질 처리비용을 절감할 수 있다. 

이 촉매는 기존보다 낮은 온도(280℃이하)에서도 재생능력을 잃지 않으므로, 탈거 및 재설치 시 고온처리를 생략할 수 있어서 촉매의 수명이 월등히 향상되고 촉매 교체 주기가 길어진다. 기존 촉매는 350℃ 이상에서 피독물질(황산암모늄염) 분해가 가능했으나, 새로 개발된 촉매는 280℃ 이하에서도 피독물질을 분해 하여 초기 성능으로 재생 가능하다.

시멘트 공장, 소각로, LNG 발전소 등의 산업현장에서 질소산화물(NOx) 배출 저감 비용을 획기적으로 줄일 수 있으므로, 향후 배연가스 청정화 설비에 대한 수요에 따라 활용이 확대될 것으로 기대된다. 

◇ 연구 2. 내연기관차 미세먼지 원인물질 저공해 분해기술 개발 

한편, 환원제 역할을 하는 요소수 없이 질소산화물(NOx)을 분해하는 촉매도 새로 개발되어, 향후 자동차 배기가스 저감 장치에 활용할 수 있을 것으로 주목받고 있다. 이 촉매는 요소수 없이도 낮은 온도(180℃이하)에서 질소산화물(NOx)을 잘 분해하므로, 향후 내연기관차에 요소수 주입이 필요 없게 될 것으로 기대된다. 

또한 질소산화물(NOx) 분해 시 대부분 인체에 무해한 질소(N2)로 전환되므로, 암모니아(2차 미세먼지)나 N2O(온실가스)가 배출되지 않는 저공해 미세먼지 저감 기술로 주목받고 있다.

과기정통부 김봉수 기초원천연구 정책관은 “이번 연구 성과 덕분에 산업현장에서 발생하는 미세먼지 원인물질을 더 쉽게 처리할 수 있게 됐다”라고 하면서, “앞으로도 사업장에서 저렴하고 신속하게 대기오염물질 배출을 줄일 수 있도록 원천기술 상용화를 추진해가겠다.”라고 밝혔다.