국제 해운을 겨냥한 온실가스 배출 규제가 화두인 가운데, 우리 과학기술 정부출연연구기관(출연연)이 탄소 감축에 효과적인 액화천연가스(LNG)와 암모니아에 대한 고효율 배기가스 정화기술을 개발했다.
한국생산기술연구원은 임동하 울산기술실용화본부 저탄소에너지그룹 수석연구원팀이 '금속 지지체 스마트 촉매 플랫폼'을 구현, 기존 장치 한계를 극복한 차세대 선박 배기가스 정화기술을 개발했다고 27일 밝혔다.
배기가스 정화 장치에서 촉매는 유해물질을 화학 분해하는 역할을, 지지체는 촉매를 안전하게 붙잡는 뼈대 역할을 한다.
촉매는 선박 운항 조건에 따라 배기가스 온도·조성이 계속 달라져 안정적인 정화 성능을 유지하기 어렵다. 더욱이 기존 세라믹 지지체 기반 정화 장치는 부피가 크고 무거운 데다 열전달도 느려 신속한 온도 조절에 한계가 있다.
연구팀은 이를 개선하고자 지지체를 얇은 금속 소재로 바꿨다. 이로써 같은 크기에서도 촉매 반응 면적이 넓어지고, 배기가스 흐름을 방해하는 압력손실이 줄어들어 열전달 속도도 빨라진다.
연구팀은 금속 지지체에 미반응 메탄과 암모니아, 질소산화물, 아산화질소 등 배출가스를 정화하는 촉매를 고르게 입혀 촉매모듈을 구현해 냈다.
금속 지지체 촉매 모듈을 1메가와트(㎿)급 선박 엔진에 적용한 결과, 엔진 출력 75% 조건에서 질소산화물(NOx) 98.8%, 아산화질소 72.1%가 감소했다. 촉매 사용량도 기존 세라믹 지지체 대비 약 55%, 모듈 수 24%, 반응기 부피 30%가 감소해 제작 비용과 설치 공간을 동시에 줄일 수 있다.
임동하 수석연구원은 “금속 지지체 코팅 촉매와 고주파 유도가열을 결합해 촉매 반응기는 소형화하고, 전기식 직접 가열 촉매 플랫폼을 구현한 것이 핵심”이라며 “확보된 성과를 바탕으로 금속 지지체에 촉매를 입히는 일부 공정을 자동화하고, 촉매의 종류와 반응 조건에 따른 오염물질 저감 성능을 예측할 수 있는 AI 모델을 개발 중”이라고 말했다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
