'산업미세먼지 꼼짝마!'…생기원, 감시·감축 新기술 선봬
'산업미세먼지 꼼짝마!'…생기원, 감시·감축 新기술 선봬
  • 이상복 기자
  • 승인 2020.11.20 14:51
  • 댓글 1
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TDLAS 활용 실시간 계측 및 고효율 SCR 촉매 개발
▲생산기술연구원 미세먼지 저감센터 이창엽 박사님이 TDLAS 기술로 미세먼지 전구물질을 실시간 분석하고 있다. (사진 왼쪽부터 시계방향으로 유미연 연구원, 이창엽 수석연구원, 김대해 연구원, 박대근 선임연구원)
▲생산기술연구원 미세먼지 저감센터 이창엽 박사팀이 TDLAS 기술로 미세먼지 전구물질을 실시간 분석하고 있다. (사진 왼쪽부터 시계방향으로 유미연 연구원, 이창엽 수석연구원, 김대해 연구원, 박대근 선임연구원)

[이투뉴스] 국내 연구진이 미세먼지 전구물질을 실시간 측정하고 다양한 온도환경에서도 질소산화물을 효과적으로 제거하는 촉매 소재를 개발하는데 성공했다. 주요 산업미세먼지 배출원인 제조업 분야에 적용할 경우 효율적인 배출원 감시와 저(低)에너지 탈질처리가 가능할 것으로 기대를 모으고 있다. 

한국생산기술연구원(KITECH)은 산업미세먼지 저감센터 이창엽 박사팀(박대근, 김대해, 유미연)이 레이저 기반 파장가변형 다이오드 레이저 흡수분광법(Tunable diode laser absorption spectroscopy, 이하 'TDLAS')을 활용해 미세먼지 전구물질 실시간 계측 분석 알고리즘 기술을 개발했다고 20일 밝혔다.

연구원에 따르면 제조업계에서 배출되는 미세먼지를 효율적으로 저감하려면 연소설비 등의 정밀제어가 필요하며, 이를 위해선 공정설비내 유동 및 온도 간섭 없이 실시간으로 배출가스 농도를 측정해야 한다.

이에 연구팀은 TDLAS를 활용해 미세먼지 전구물질을 실시간 측정하는 기술을 개발하는데 성공했다. TDLAS는 특정 가스종에 레이저 빛이 통과할 때 입사광과 투사광의 강도비를 이용해 가스분자의 농도를 측정하는 기법이다. 향후 발전소, 시멘트 제조업, 제철소 등 다양한 대형설비와 소형설비에 적용할 경우 연소개선을 통한 미세먼지 배출감소가 가능할 전망이다.

해당 연구결과는 올해 국제 학술지인 <Energy and fuels>와 <Energies>에 실렸고, TDLAS와 관련한 다수 저널에 논문을 게재하고 특허출원을 마쳤다. 이창엽 박사는 "실시간 정밀 측정이 가능한 TDLAS는 다양한 제조업 분야에서 실제 배가스 조건 현장 실증을 통해 내구성과 신뢰성을 평가할 예정"이라고 말했다.

다양한 온도환경 등에서 2차 생성 미세먼지의 원인물질인 질소산화물을 효과적으로 제거하는 촉매 소재 개발도 눈길을 끈다. 생산기술연구원 산업미세먼지 저감센터 김홍대 박사팀(김태욱, 예보라, 정보라)은 국내 제철업장에서 배출되는 질소산화물의 선택적 반응을 통한 저감을 위해 2차원 물질 담지체를 활용한 활성물질 나노분산 촉매를 개발했다.

SCR은 환원제를 질소산화물과 혼합해 질소산화물을 인체에 무해한 질소와 수증기로 환원시키는 기술을 말한다. 발전소 뿐만 아니라 석유화학플랜트, 조선·자동차 등 용도에 따라 크기와 성능, 형상을 달리해 쓰이고 있다.

연구팀이 이번에 개발한 저온용 고효율 질소산화물저감용 SCR(Selective Catalytic Reduction) 촉매는 다양한 2차원 물질(2D materials)을 활용해 탈질촉매 온도(350도)가 아닌 범용성의 넓은 온도(240~420도)와 저온(220도 이하)에서도 제 성능을 발휘, 에너지비용을 절감해 준다.

앞서 연구팀은 다양한 담지체를 사용해 활성물질들을 분산시키고 다공성 표면을 만들어 촉매의 비표면적 및 반응 사이트를 향상시켰다. 제조업 연소는 국내 미세먼지 고정오염원 배출의 52%를 차지하는 대표적 미세먼지 배출원이다.

이번 연구결과는 지난달 국제 학술지인 <ACS Appl. Nano Mater>(2020년)와 촉매 관련 다수 저널에 게재됐고 특허출원을 완료했다. 연구팀은 저온용 촉매와 관련, 제조분야에서 실제 배가스 조건 현장 실증을 통해 내구성 및 활성 변화를 평가할 예정이다.

이밖에도 산업미세먼지 저감센터 김홍대박사 연구팀은 국내 중소기업과 공동연구를 통해 국내 발전소 조건에 맞는 고내구성 SCR촉매 제작·공정기술과 고접촉면적 판형 SCR 촉매를 국내 최초로 국산화 해 신제품(NEP) 인증을 획득했다.

이상복 기자 lsb@e2news.com


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김대진 2020-11-21 23:15:08
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