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미세먼지 원인 효과적으로 없애는 촉매 기술 개발

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미세먼지 원인 효과적으로 없애는 촉매 기술 개발

2021.02.10 19:00
김도희 서울대 교수팀·RIST 연구팀 공동 연구
김도희 서울대 화학생물공학부 교수팀과 포항산업과학연구원(RIST) 미세먼지연구센터 연구팀이 미세먼지를 효과적으로 없앨 수 있는 촉매를 개발했다. 사진은 연구에 참여한 김도희 서울대 화학생물공학부 교수(왼쪽)와 송인학 서울대 에너지및환경촉매연구실 연구원(가운데), 이황호 서울대 에너지및환경촉매연구실 연구원(오른쪽). 서울대 제공
김도희 서울대 화학생물공학부 교수팀과 포항산업과학연구원(RIST) 미세먼지연구센터 연구팀이 미세먼지를 효과적으로 없앨 수 있는 촉매를 개발했다. 사진은 연구에 참여한 김도희 서울대 화학생물공학부 교수(왼쪽)와 송인학 서울대 에너지및환경촉매연구실 연구원(가운데), 이황호 서울대 에너지및환경촉매연구실 연구원(오른쪽). 서울대 제공

국내 연구팀이 미세 먼지의 원인인 질소 산화물을 효과적으로 없애는 촉매를 개발했다.

 

김도희 서울대 화학생물공학부 교수 연구팀과 포항산업과학연구원(RIST) 미세먼지연구센터 연구팀은 220도에서 미세 먼지 원인 물질인 질소 산화물을 인체에 무해한 질소로 바뀌도록 돕는 바나듐 기반의 촉매 시스템을 개발했다고 10일 밝혔다.

 

발전소, 소각로, 제철소 같은 연소시설에서는 질소와 산소가 고온에서 반응해 일산화질소(NO), 이산화질소(NO2) 같은 질소 산화물이 나온다. 질소 산화물은 대기 중 오존, 암모니아와 반응해 질산암모늄 같은 미세 먼지를 형성한다. 티타늄 산화물(TiO2)과 바나듐 산화물(V2O5)을 포함한 '바나듐 촉매'를 이용해 질소 산화물을 인체에 무해한 질소로 바꿀수 있지만 이 촉매는 300~400도의 고온에서 활성화된다는 단점이 있었다.

 

연구팀은 250보다 낮은 온도에서 바나듐 촉매의 활성을 방해하는 중황산암모늄을 없애기 위해 다공성 물질인 제올라이트를 바나듐 촉매와 물리적으로 혼합한 새 촉매를 만들었다. 250보다 낮은 온도에서는 배기 가스에 포함된 이산화황(SO2)으로부터 생성된 중황산암모늄이 촉매 표면에 들러붙어 촉매의 성능을 떨어뜨린다. 흡착 성질을 가진 제올라이트는 중황산암모늄을 선택적으로 흡수해 촉매의 기능 저하를 막았다. 

 

연구팀은 또 한정우 포스텍 화학공학과 교수와의 공동 연구를 통해 특별한 구조를 가진 제올라이트가 중황산암모늄 분자를 안정화시킨다는 사실도 이론적으로 밝혔다. 

 

연구팀이 개발한 새 촉매는 기존 바나듐 촉매와 제올라이트를 물리적으로 섞기만 하면 간단히 만들 수 있고 성능도 뛰어나 현재 포스코 광양제철소에서 실제로 사용되고 있다. 

 

김 교수는 "제올라이트를 물리적으로 혼합해 제조하는 간단하고 저렴한 방법으로 황에 의한 바나듐 촉매의 성능 저하 문제를 해결했다"며 "새로운 촉매의 우수성을 이론과 실험으로 규명한 연구 결과도 중요하지만 대학에서 개발한 촉매를 산업계에 기술 이전해 상용화한 사례는 매우 의미 있는 산학 협력 결과"라고 말했다. 이 연구는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 인터넷판 2월 10일자에 실렸다.

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