촉매연소기술을이용한대기...

2005. 12

촉매연소 기술을 이용한 대기오염 물질 저감 및 제어 기술

머 리 말

최근 성층권 오존층 파괴와 함께 도시를 중심으로 발생하는

대기오염이 심각한 환경 문제로 대두되고 있습니다. 대기오염의

원인물질중의 하나인 VOCs(volatile organic compounds)는 대기

중 이동성이 강하고 악취를 유발할 뿐 아니라 마취성이 강합니

다. 또한 신경계에 독성물질로 작용하며 벤젠·P A H s ( p o l y

aromatic hydrocarbons) 등의 물질은 발암성을 가지고 있어 환경

보건상 유해하기 때문에 VOCs 감축과 제어를 대기 관리의 주요

정책수단으로 설정하는 국가가 증가하고 있습니다.

한편 V O C s와 함께 각종 산업체, 하수, 농축산 폐수, 분뇨처리

장 등에서 발생하는 악취가스로 인해 인접지역의 민원이 증가하

고 있습니다. 때문에 이러한 악취와 V O C s를 처리하기 위하여 분

해법, 회수법, 흡착·흡수법, 마스킹법 등을 이용하고 있으나, 이

들 방법은 2차 오염물질의 발생·유지비용의 고가·처리효율 등

의 문제점이 있습니다. 따라서 악취와 V O C s를 처리하기 위한 다

양한 연구가 진행되고 있는데, 그 중 최근에는 촉매를 이용한 저

온연소법과 축열연소법 등의 연구개발이 활발히 추진되고 있습

니다.

촉매연소법은 배기가스 중에 함유된 가연성 물질을 촉매에 의

해 연소시키는 방법으로 화학적으로는 일반 연소와 같은 산화반

응이고, 가연물질이 탄화수소인 경우 완전 연소시켜 무해 무취인

C O2와 H2O로 전환합니다. 이와 같이 촉매연소법은 VOCs 등과

같은 대기오염물질 제거에 매우 뛰어난 기능을 보이고 있으나,

피독·열화 등에 의한 비활성이 문제가 되고 설치비용이 고가이

며 배가스 중에 염소성분이 포함될 경우 반응 억제 현상을 나타

내는 문제점이 있습니다. 이러한 문제점 개선을 위한 연구개발이

계속 추진되고 있습니다.

따라서 본 연구에서는 미국·일본 등과 같은 선진국과 국내

산업현장에서 개발되고 있는 촉매연소기술을 이용한 대기오염물

질(VOCs, PAHs, 악취물질 등) 제어기술을 중심으로 조사·분석

하여 촉매연소의 기초 자료를 제공하는데 그 목적이 있습니다.

끝으로 본 보고서는 본 연구원의 오창섭 전문연구위원과 김경

호 책임연구원이 공동집필한 것으로, 이 분들의 노고에 감사드리

며, 수록된 내용은 한국과학기술정보연구원의 공식의견이 아님을

밝혀두고자 합니다.

2 0 0 5년 1 2월

한국과학기술정보연구원

원 장

제1장서 론……………………………………………………………………1

1. 개 요 …………………………………………………………………………1

2. 대기오염 및 악취 물질 제거방법…………………………………………3

제2장촉매연소반응 …………………………………………………………5

1. 촉매연소(산화)반응의 원리 ………………………………………………5

2. VOCs 및 악취 제거용 촉매 ………………………………………………7

3. 촉매의 열화와 대책 ………………………………………………………1 0

제3장촉매연소장치…………………………………………………………1 3

1. 촉매연소장치의 종류………………………………………………………1 3

2. RCO의 원리…………………………………………………………………1 3

3. RCO의 특징…………………………………………………………………1 5

4. 연소방법에 의한 대기오염 방지 장치의 특성 비교 …………………1 5

제4장대기오염방지용촉매연소기술연구개발동향 …………………1 7

1. 외국의 촉매연소기술………………………………………………………1 7

가. NOx를 줄여주는 새로운 촉매기술 ………………………………………………………1 7

나. 2% 이상 장기 수명화를 실현한 다이옥신류 분해용 촉매 개발 ……………………1 8

다. VCOC의 광촉매 분해메커니즘 규명………………………………………………………1 9

i

목 차

라. 저온 산화촉매를 이용한 공해 감소 방법 ………………………………………………2 1

마. 유해 배기가스 저감촉매에 의한 황 소모과정 규명……………………………………2 2

바. 가시광선 촉매제를 사용하여 유기오염물의 분해 ……………………………………2 4

사. 배기가스 전환을 위한 코발트 촉매 ……………………………………………………2 5

아. 탈황 촉매 ……………………………………………………………………………………2 7

자. 자동차 촉매변환기에서 발생되는 암모니아 조사 ……………………………………2 9

차. 디젤차의 P M·NOx 정화를 위한 촉매 시스템 개발 …………………………………3 0

카. 새로운 자동차 배기가스 정화 촉매 개발 ………………………………………………3 2

2. 국내의 촉매 기술 …………………………………………………………3 2

가. 다이옥신 제거 저온촉매 개발 ……………………………………………………………3 2

나. 광촉매를 이용한 휘발성 유기화합물 및 악취의 처리…………………………………3 3

다. VOC/냄새 제거용 산화촉매 기술…………………………………………………………3 5

라. 액상촉매와 바이오필터를 이용한 악취 및 VOC 처리기술……………………………3 6

마. 기타 국내 촉매사용 대기오염 저감 및 방지기술………………………………………3 7

제5장기술정보분석 ………………………………………………………3 9

1. 문헌정보 검색………………………………………………………………3 9

가. 정보검색대상 D B……………………………………………………………………………3 9

나. 정보검색 ……………………………………………………………………………………4 0

2. 문헌동향 ……………………………………………………………………4 1

가. 전체 문헌동향 ………………………………………………………………………………4 1

나. 주요 국가 및 연구기관 ……………………………………………………………………4 2

다. 주요 저자/저널 및 기술 …………………………………………………………………4 6

제6장결 론 …………………………………………………………………5 1

참고문헌 ……………………………………………………………………5 3

i i

표 목차

<표 1-1> 산업현장의 대기 오염 방지법…………………………………………3

<표 2-1> VOCs 및 악취 제거용 촉매 …………………………………………1 0

<표 2-2> 촉매독과 열화 대책……………………………………………………1 1

<표 3-1> 각종 연소정화장치의 특성 비교 ……………………………………1 6

<표 5-1> 검색어 및 검색결과……………………………………………………4 0

<표 5-2> 피인용 횟수에 따른 논문 구분 및 국가별 랭킹 …………………4 3

그림목차

<그림 2-1> 촉매의 기능……………………………………………………………5

<그림 2-2> 촉매 반응의 예 ………………………………………………………6

<그림 2-3> 촉매연소의 연소 적용분야 …………………………………………7

<그림 2-4> VOCs에 대한 L O T와 정화율………………………………………9

<그림 2-5> 촉매의 열화 …………………………………………………………1 1

<그림 3-1> 축열식 촉매연소장치의 개념도……………………………………1 4

<그림 5-1> 연도별 논문건수 동향………………………………………………4 1

<그림 5-2> 국가별 논문건수 비교………………………………………………4 2

<그림 5-3> 피인용 횟수에 따른 주요논문의 국가별분포……………………4 3

<그림 5-4> 주요연구기관 랭킹 …………………………………………………4 5

<그림 5-5> 주요논문의 연구기관 랭킹…………………………………………4 5

<그림 5-6> 주요저자 랭킹 ………………………………………………………4 7

<그림 5-7> 주요논문 저자랭킹 …………………………………………………4 7

<그림 5-8> 주요저널 랭킹 ………………………………………………………4 8

<그림 5-9> 주요 처리대상 대기오염물질………………………………………4 9

<그림 5-10> 주요 촉매금속성분…………………………………………………4 9

i i i

1. 개 요

○ 최근 들어 지구 온난화로 인한 각종 이상 기후와 지진이 세계

곳곳에서 자주 발생함에 따라 선진국에서는 악화되어만 가는

지구 환경의 개선과 보전을 위해 보다 강력한 규제와 새로운

기술개발을 위한 연구가 빠르게 진행되고 있다. 특히 지구 온

난화와 대기오염의 주범이라 할 수 있는 휘발성 유기화합물

( V O C s：Volatile Organic Compounds)의 경우 더 이상 기존의

저효율·고비용의 설비들로서는 악화되어 가는 대기 환경오염

에 효과적으로 대처할 수 없다는 판단 하에 연소 처리와 같은

9 0 %이상의 높은 처리효율을 나타낼 수 있는 설비들로 전환되

고 있다.

○ 한편, 유가의 앙등과 세계기후변화협약(교토 의정서)이 2 0 0 5년

2월부터 공식적으로 발효됨에 따라 일본·유럽·미국 등과 같

은 선진국과 국내에서는 가연성 폐기물은 물론 각종 오니(슬

러지)류와 음식물류 폐기물을 자원화하는 자원 순환기술이 활

1

제1장

서 론

발하게 개발되고 있다. 각종 오니(슬러지)류와 음식물류 폐기

물의 순환자원화를 도모하기 위하여서는 필수적인 첫 단계 공

정이 건조공정을 통한 탈수 공정이다. 현재 선진국에서는 이렇

게 전처리된 각종 오니류와 음식물 폐기물을 처리용량이 3 0 0

톤/일 이상되는 대규모 처리공장에 집수하여 B i o g a s (생물학적

처리법)·발전(탄화 또는 소각법)·슬래그(용융법) 등을 생산

하는 시스템으로 순환자원화를 추진하고 있다.

○ 그러나 현재 이러한 자원 순환 시스템에서 대기오염 및 악취

문제로 인한 민원이 끊임없이 발생하고 있어 사회적인 문제로

대두되고 있다. 또한 기존의 저효율·고비용 설비들은 에너지

가 대량으로 소비될 뿐만 아니라, 대기환경오염에 효과적으로

대처할 수 없으며, 설비 및 운영비용이 과다하게 소요되므로

폐기물 처리용량이 3 0 0톤/일 이하의 소규모 공장에서는 대기

오염 방지시설을 적용할 수 없는 문제점을 가지고 있다.

○ 따라서 본 보고서에서는 고정 배출원을 중심으로 현재 국내

및 선진국의 산업현장에서 적용되고 있는 촉매를 사용한 대기

오염물질(VOCs, 악취물질 등) 제어기술을 중심으로 조사·분

석하여, 앞으로 진행되어야 할 촉매연소기술(촉매산화 법)을

이용한 대기오염 물질 제어 및 저감 기술개발의 방향을 제시

하고자 하였다.

2 촉매연소 기술을 이용한 대기오염 물질 저감 및 제어 기술

2. 대기오염및 악취물질제거방법

○ 현재 산업 현장에서 사용되고 있는 대기오염 방지법과 그 원

리는 <표 1-1> 산업현장의 대기 오염 방지법과 같이 요약된다.

제1장 서 론 3

<표 1-1> 산업현장의 대기 오염 방지법( 1 )

구 분 처 리 방 법 원 리

분해법

연 소

(산화)

분해법

직접연소법배기가스 중에 포함된 유기용제성분을 6 5 0 ~ 8 0 0℃에

서 직접연소

촉매연소법촉매를 이용, 비교적 저온( 2 5 0 ~ 4 0 0℃)에서 유기용제

성분을 연소

축열연소법

6 5 0 ~ 8 0 0℃에서 유기용제 성분을 연소시키지만 축열

재를 이용하여 열교환율 9 0 %이상으로 하여 유지비를

절감한 방법

축열촉매

연소법

촉매연소법과 축열연소법의 장점을 취해서 에너지 소

비량을 극소화한 방법

농축연소법배기가스중의 용제성분을 흡착제에 흡착시킨 후 탈착

시 농축하여 직접 또는 촉매로 연소

생물분해법악취성분 분해균을 보유한 충전제나 세정액과 접촉시

켜 탈취

회수법

응축회수법배기가스를 냉각하고 유기용제의 증기를 로점이하로

냉각하여 액체상태로 회수

흡착농축응축법흡착제에 흡착시킨 후 탈착시 유기용제로 농축하고,

증류시 영점이하로 냉각하여 액체상태로 회수

흡착

흡수법

흡착법 침착활성탄, 제올라이트 등 흡착재를 이용하는 방법

흡수법물 또는 산, 알칼리 수용액 등으로 배기가스 중의 용

해되는 물질을 흡수하는 방법, 폐 용액 처리가 필요

농축흡수법흡착제로 흡수후 탈착시 소형의 흡착 또는 흡수장치

로 흡수하는 방법

기타 M a s k i n g법식물성油등 有香물질을 이용하여 악취를 중화,

M a s k i n g

○ 악취와 유해성 가스성분을 정화하기 위해 여러 가지 정화방식

이 제안되고 있으나 이중 가장 적합한 정화방식을 선택하기

위해서는 다음과 같은 요건을 고려하여 결정하여야 한다.( 2 )

- 정화의 가부：선정된 방식이 대상가스를 정화할 수 있는지

여부

- 규모：처리하고자 하는 풍량과 처리 용량이 일치하는지 여

부

- 탈취효과：희망하는 탈취율 달성의 가능여부(초기성능과 내

구성 등)

- 투자금액

- 유지관리：유지비용(에너지, 교환품, 소모품), 유지보수(점

검, 관리)

- 장치의 크기：필요한 만큼 최소화( C o m p a c t성)

- 폐열 이용의 가부

- 2차 공해의 유무

- 안정성 등

○ 상기와 같은 여러 조건을 고려해볼 때, 촉매산화법이 가장 적

합한 것으로 결정되어, 일본을 비롯한 선진국은 물론 국내 산

업현장에서도 최근 촉매연소기술이 급속도록 적용되고 있다.


1. 촉매연소(산화)반응의원리

○ 촉매는 <그림 2 - 1 >에서 보여주는 바와 같이 화학반응을 일으

키는데 필요한 활성화 에너지(activation energy)를 낮추어 비

교적 낮은 온도에서 화학반응속도를 촉진하는 물질을 말하며,

5

제2장

촉매연소반응

<그림 2-1> 촉매의 기능( 3 )

촉매연소반응은 공기 중에 있는 산소를 사용하여 산화반응을

일으키는 것을 말한다. 예를 들어 V O C s와 같은 탄화수소( H C )

물질들은 통상 공기 중에서 7 0 0 ~ 8 0 0℃가 되어야만 산소와 반

응하여(산화) 정화처리되지만, 백금( P t )·로듐( R h )·팔라듐

(Pd) 등과 같은 산화촉매를 사용하게 되면 <그림 2 - 2 >에서와

같이 2 0 0 ~ 4 0 0℃ 정도의 낮은 온도에서 산화반응이 일어나게

된다.

○ 촉매연소법의 특징

- 활성이 높고 표면적이 큰 촉매 사용으로 탈취효율이 대단히

높다.

- 취기 및 폐가스를 무독 무취한 탄산가스와 수증기로 분해하

므로 2차공해가 적다.

- 촉매는 세정후 재사용이 가능하고 수명이 매우 길다.


<그림 2-2> 촉매 반응의 예( 4 )

- 저온산화 방식으로 연료소모가 적고 첨단 열회수 시스템 채

택으로 경제성이 높다.

- 금속촉매는 강도가 높아 다루기 쉽고 충격 등에 의한 파손

이 없다.

○ 촉매산화법의 적용범위：인쇄, 도장 코팅 등의 오븐 및 기타

화학공정에서 발생하는 VOCs 또는 유기성 악취 등을 처리하

는 방법으로 <그림 2 - 3 >과 같은 분야에 적용할 수 있다.

2. VOCs 및악취제거용촉매

○ 촉매는 다공성 담체에 활성금속(백금, 팔라듐 등)을 담지하여

사용하며, 촉매의 종류는 성분, 구조와 성능에 따라 구분된다.

제2장 촉매연소반응 7

<그림 2-3> 촉매연소의 연소 적용 분야( 5 )

○ VOCs 및 악취 등과 같은 대기오염물질 제거용으로 이용되는

촉매는 산화촉매, 환원촉매, 삼원촉매로 구분된다.

- 산화촉매는 일산화탄소와 탄화수소( H C )의 산화반응을 촉진

시켜 C O를 C O2로, HC를 C O2와 H2O로 전환시키는 촉매로

백금, 팔라듐의 금속이 이용된다.

- 환원촉매는 로듐과 루테늄을 이용하는데, 주 역할은 N O x를

N2로 환원하는 반응을 촉진시킨다.

- 자동차에 사용되는 삼원촉매는 백금, 팔라듐, 로듐을 사용하

여, HC와 C O가 N O x와 반응하여 H2O, CO2, N2, O2가 생성

되게 한다.

○ V O C의 종류에 따라서 산화반응이 시작되는 온도( L O T：

Light-Off Temperature)와 정화율에 차이가 나타남을 <그림

2 - 4 >에서 볼 수 있다.

○ 현재 사용 중인 일반적인 VOCs 및 악취 제거용 촉매의 종류

와 특성은 <표 2 - 1 >과 같다. 촉매의 성능은 공간속도( S V：

Space Velocity)로 표시하며, SV는 촉매 단위 부피양이 시간당

처리할 수 있는 악취 가스양의 비율을 나타낸다. 즉, SV가

5 0 , 0 0 0 H r - 1이란 매 1시간마다 촉매양의 약 5만 배 부피의 악취

가스를 처리할 수 있는 능력을 나타낸다.

○ 휘발성 유기화합물 및 악취 제거용 촉매는 일반적으로 고가의

귀금속이 사용된다. 따라서 촉매 열화에 대한 대책 기술 개발

과 폐촉매의 효율적인 재사용 기술개발이 절실히 요구된다.


제2장 촉매연소반응 9

<그림 2-4> VOCs에 대한 L O T와 정화율( 4 )

3. 촉매의열화와대책

○ 촉매 열화 현상：촉매는 반응물질과의 접촉현상에 의해서 반

응을 촉진시키므로, 촉매 표면에 불활성 물질 또는 촉매의 활

성을 저해하는 촉매독이 부착되면 악취가스의 정화성능이 떨

어지게 된다. 촉매의 열화가 진행되면 L O T가 점차적으로 고

온 영역에서 이루어지므로 반응온도를 높여야 정화율을 유지

할 수 있다. <그림 2 - 5 >는 촉매 열화 현상으로 톨루엔의 최고

의 정화율이 점차적으로 떨어지는 것을 보여준다.

1 0 촉매연소 기술을 이용한 대기오염 물질 저감 및 제어 기술

<표 2-1> VOCs 및 악취 제거용 촉매( 6 )

형 상 Foam Metal H o n e y c o m b H o n e y c o m b P e l l e t

담체물성 Ni-Cr 합금C o r d i e r i t e

( S i O2- A l2O3)

C o r d i e r i t e

( S i O2- A l2O3)

Γ- A l u m i n a

(Γ- Al2O3)

활성물질 Pt, Pd P t P d Pt, Pt + Pd

표준크기

( m m )4 4 0×5 9 0 t×1 1

cell 150×t25, t50,

t75(100, 200,

4 0 0 C P I )

cell 150×t25, t50,

t75(100, 200,

4 0 0 C P I )

Φ 2 ~ 3

Φ 4 ~ 6

사용온도

(℃)

2 0 0 ~ 5 5 0 ( P t )

2 5 0 ~ 7 0 0 ( P d )2 0 0 ~ 5 5 0 2 5 0 ~ 7 0 0 2 0 0 ~ 5 5 0

기계적 강도 S t r o n g F r a g i l e F r a g i l e M o d e r a t e

압력 손실 M i d d l e L o w L o w H i g h

처리 효율 H i g h M o d e r a t e M o d e r a t e M o d e r a t e

표준공간속도

( 1 / H r )4 0 , 0 0 0 ~ 5 0 , 0 0 0 3 0 , 0 0 0 ~ 4 0 , 0 0 0 3 0 , 0 0 0 ~ 4 0 , 0 0 0 2 0 , 0 0 0 ~ 3 0 , 0 0 0

※ 공간속도( S V：Space Velocity, 1/Hr) = Gas Flow Rate (Nm3/ H r )

Catalyst Volume (m3)

제2장 촉매연소반응 1 1

<그림 2-5> 촉매의 열화( 4 )

<표 2-2> 촉매독과 열화 대책( 4 )

촉 매 독 활성저하정도 재생가능여부 열화형태 대 책

유기실리콘

화합물강함(ppb 수준) 가능

촉매 표면에

피막형성

* 전처리 설비

* 재생처리

유기인화합물 강함(ppb 수준) 농도에 따라

가능

백금과 인

화합물 생성

* 전처리 설비

* 촉매 교환

염소화합물저농도- 1차피독

고농도-영구피독약품세척가능 3 5 0℃ 이하-피독

* 3 5 0℃ 이상

에서 반응

Hg, As, Pb 등 강함(ppb 수준) 불가능 백금과 반응* 전처리 설비

* 촉매 교환

황화합물저농도- 1차피독

고농도-영구피독1차피독 -가능

3 0 0℃ 이하에서

촉매 표면에 흡착

* 3 0 0℃ 이상에

서 반응

타르, 매연 약함 가능촉매 표면에

부착

* 5 0 0℃ 이상으

로 열처리

먼지 약함 가능촉매 표면에

부착

* 필터 설치

* 공기, 물 세척

○ 촉매독과 열화 대책：촉매독과 열화 대책에 대해서는 <표 2 - 2 >

에 요약하여 정리하였다.


1. 촉매연소장치의종류

○ 촉매산화법을 사용하는 촉매산화(연소)장치에는 기기 후단에

열교환기를 설치하여 폐열을 약 50~60% 정도 회수하여 공정

상에 재투입하는 촉매연소장치( C C S：Catalytic Combustion

S y s t e m )와 기기 내에 별도의 축열재를 내장하여 산화반응과

동시에 연소열을 90% 이상 회수하는 축열촉매연소( R C O：

Regeneration Catalytic Oxidation)장치가 있다.

○ 일반적으로 배가스의 농도가 낮을 경우에는 운전비 절감을 위

해 RCO 장치를 채용하며, 배가스 농도가 높을 경우에는 C C S

를 채용한다.

2. RCO의원리

○ V O C s가 연소될 때 발생되는 열량을 세라믹 축열재를 이용하

1 3

제3장

촉매연소장치

여 열을 축적하고, 이 축열된 열로 V O C s를 승온시켜서 연소

하여 제거한다. 즉, RCO는 축열재를 사용하여 악취가스의 유

동방향을 일정시간마다 매번 변환시킴으로써, 높은 열교환율

을 실현시켜서 정화온도 유지를 위한 에너지 소비를 최소화한

장치이다. <그림 3 - 1 >에 그 개념을 표시하였다.

○ R C O의 기본 원리는 배기가스의 폐열을 최대한 회수하여, 이를

흡기가스 예열에 이용하는 것이며, 이 폐열 회수를 극대화하기

위해 열교환기를 사용하지 않고, 표면적이 넓은 세라믹을 직접

가열 및 냉각하는 축열(regeneration) 방법을 사용한다.

○ 이 장치는 유기용제나 유기성 악취를 제거시킴과 동시에 발생

되는 상당량의 연소열을 외부로 배출시키지 않고 오븐이나 기

타 필요한 공정으로 회수 공급함으로써 대기오염을 방지함은

물론 외부로 방출되는 폐열을 매우 효율적으로 이용할 수 있

는 고효율 에너지절약기술이다.


<그림 3-1> 축열식 촉매연소장치의 개념도( 4 )

3. RCO의특징( 8 )

- 유량이 많고 보통 농도( L E L의 약 1 0 %이하)일 때 주로 적

용한다.

- 세라믹 축열체에서 9 5 %이상 열을 회수하므로 보조연료비가

아주 적게 든다. 특히 농도가 L E L의 3 %정도일 때는 보조

연료 없이 처리가 가능하다.

- 비교적 저온에서 처리하므로 Thermal NOx의 발생이 적다.

- 파괴효율이 높고 오염물질의 농도 및 성분변화에 따른 영향

이 적으며 유지보수가 간단하다.

- 촉매에 의해 산화가 가능한 V O C s에서 축열산화( R T O：

Regeneration Thermal Oxidation)장치 보다 경제적이다.

- 촉매독 성분이 함유된 가스의 처리는 어려움이 있다.

4. 연소방법에의한대기오염방지장치의특성 비교

○ 직접연소방식, 촉매연소방식, 축열연소방식의 특성은 <표 3 - 1 >

과 같다.

○ VOC 배출시설 및 방지시설 설치 공법은 DICER <설계자료>( 9 )

에서 제공하는 자료를 참고

제3장 촉매연소장치 1 5


구 분 직접연소방식( D O S ) 촉매연소방식( C C S ) 축열식연소방식( R T O )

장 점

•넓은 적용가스 범위

•고농도 가스 시 유리

•폐열의 활용 가능

•연소온도가 낮다

•유지비 저렴

•적용규모 범위가 넓다

•폐열의 활용 가능

•열교환율이 좋다

•유지비 저렴

•저농도 가스 시 유리

단 점•고온에서 반응

•유지비가 비싸다

•촉매독에 의한 성능

저하

•장치가 크다.

•1 0 0 m3/min 이하의

규모에서 M e r i t가 없다

<표 3-1> 각종 연소정화장치의 특성 비교( 2 , 8 )

1. 외국의촉매연소기술

가. NOx를줄여주는새로운촉매기술( 1 0 )

○ 지난 2 0 0 1년 5월, 미국 D O E는 전하를 띤 가스를 특수 촉매에

결합함으로써 디젤 엔진의 질소산화물(NOx) 배출량을 반으로

절감하는 데 성공했다고 발표했다. 실험결과 N O x를 더욱 줄

이는 것이 가능하다는 것이 밝혀졌다. 자동차의 유해 배기가스

인 NOx 배출을 줄이는 데 핵심 역할을 하는 것으로 알려진

이 제올라이트 촉매제는 특허 출원 중이다.

○ 초기 실험실 연구로 N O x를 7 0 %까지 줄일 수 있음을 보여주

었다. 그러나 지난 6개월에 걸친 실험 결과는 90% 이상의 절

감도 달성될 수 있음을 보여주었다. 실험실 테스트에서는 또한

검댕이도 상당량 절감될 수 있다는 잠재성을 보여주었다. 배기

가스에 포함되어 있는 검댕은 미세한 탄소입자와 유기물질로

구성되어 있으며, 인체에 잠재적인 유해성을 갖는 것으로 알려

1 7

제4장

대기오염 방지용 촉매연소기술 연구개발 동향

져 있다.

○ P N G V의 화학물리학자인 스티브 발로우는“플라스마 반응기

개념을 촉매와 결합시키는 기술은 큰 관심을 끌지 못하였으나,

지금은 신세대 자동차 파트너쉽(PNGV) 목록의 상위에 올라

있다”고 말한다. 또한 그에 따르면, 6년전 비열적 플라스마 활

성 촉매는 존재하지 않았다. 그러나 지금은 다른 경쟁 기술에

비해 많은 이점을 가진 것으로 보인다. 예를 들어 개발한 촉매

제는 배기가스의 유황에 의해 피독되지 않는다. 이는 다른 촉

매 기술이 갖고 있는 미해결 사항이다. 전기적 방전 디자인과

촉매 성능의 개선으로 지금의 하이브리드 시스템은 처음의 시

스템에 비해 매우 효율적이 되었다. PNGV의 목표는 갤런 당

80 마일을 주행하면서 NOx 배기량을 90% 절감하는 것이다.

이 기술이 성공하면 디젤 자동차의 NOx 및 분진 배출가스가

절감될 뿐만 아니라 연비가 높아지게 됨으로써 석유 의존도가

줄어들 것이다.

나. 2% 이상장기수명화를실현한다이옥신류분해용촉매개발( 1 1 )

○ 기존의 촉매와 비교해 2% 이상 장기 수명화를 실현한 다이옥

신류 분해용 촉매를 개발하여 2 0 0 3년 봄부터 판매한다고 지난

2 0 0 2년 1 1월 일본에서 발표됐다. 열화가 진행되기 어려운 분자

구조의 이용으로, 지속적인 분해 작용을 발휘할 수 있는 것이

특징이다. 2002년 1 2월부터 실시되는 다이옥신 규제의 강화에


대응해, 쓰레기 소각로의 배기가스 정화 장치전용으로 판매하

게 된다. 이 새로운 촉매는, 산화티탄과 오산화바나듐, 삼산화

텅스텐의 3개의 촉매 성분을 구워 굳혀 배기가스 중의 다이옥

신 농도를 규제치의 1 0분의 1 이하로 억제할 수 있는 현행의

세라믹스 촉매를 개량한 것이다.

○ 촉매 내부에 있는 분자간의 빈틈(세공)을 수백 나노미터 단위

와 최대 1 0 0배 정도로 넓힌 것이 특징으로, 분해시 발생하는

산성유안 등의 부산물이 세공에 차는 것을 억제해 배기가스가

촉매 내부에 빠짐없이 넓게 확산되어 분해 반응을 촉진시킨다.

기존에는 세공을 펼치면 촉매 자체의 강도 저하가 우려되었지

만, 이것은 부여제라고 부르는 열분해성의 화학물질을 이용하

여 종래의 제품과 동등의 강도를 실현했다. 본체의 외관은 현

행 제품과 같은 1 5×1 5 c m의 정사각형 단면에 길이 5 0 ~ 7 0 c m

의 각기둥 형태로, 내부는 벌집장의 단면에 6 ~ 6 . 5밀리 각의

구멍이 무수히 열린 벌집 구조이다. 단위 용적당의 가격은 비

교적 고가이지만, 수명이 늘어난 만큼의 운전비용의 삭감 효과

등을 공제하면 총비용은 적게 들어간다고 한다.

다. VCOC의광촉매분해메커니즘규명(12)

○ 산화티탄( T i O2) 광촉매에 의한 휘발성 유기염소화합물

( V C O C )의 분해과정에서 염소 라디칼이 관여해 다른 유해물

질이 발생되는 메커니즘을 일본에서 밝혀져 지난 2 0 0 3년 3월

제4장 대기오염 방지용 촉매연소기술 연구개발 동향 1 9

에 발표됐다. 또 염소 라디칼의 반응을 억제하는 촉매로 포스

겐 등의 유독 부산물의 발생을 억제함을 실증해냈다. 이제까지

부산물의 발생 메커니즘은 밝혀지지 않았었다. 이미 일부는 실

제 토양오염 정화에 사용되고 있으며, 이 발생메커니즘을 밝혀

냄에 따라 다른 유기염소화합물의 분해와 오염정화에 기여할

것으로 기대하고 있다. VCOC는 트리클로로에틸렌( T C E )이나

테트라클로로에틸렌 등으로, 전자부품이나 금속기기부품의 세

정에 사용되고 있는데, 공장주변의 토양이나 지하수를 오염시

키는 경우가 많아 문제가 되고 있다.

○ 토양에서 유기물을 휘발시켜 광촉매로 정화시키는 방법이 주

목받고 있으나 반응조건에 따라서는 미량의 포스겐이나 클로

로포름, 사염화탄소 등의 유독 부생성물이 발생하는 것이 문제

였다. VCOC 분해시, 촉매작용에 의해 V C O C에서 분리된 염소

라디칼이 작용해 이러한 유해 부생성물이 발생한다는 가정을

바탕으로 부생성물을 억제하는 실험을 실시했다. 연구팀은 금

속과 무기화합물을 첨가한 새로운 T i O2 촉매를 설계했다. 금속

은 Cu, 무기화합물은 수산화칼슘이 염소라디칼을 가장 잘 포

착하는 것을 밝혀냈다. TiO2에 중량비 5 0 %의 C u를 첨가한 광

촉매에 의한 TCE 분해는 C u를 첨가하지 않은 경우보다 포스

겐이나 클로로포름의 발생량을 반으로 억제할 수 있었으며 수

산화칼슘은 C u와 동등한 효과가 확인되었다. 특히 포스겐은

1/10 이하로 발생량이 억제되었다.


라. 저온산화촉매를이용한공해감소방법( 1 3 )

○ 미국 N A S A에서 개발한 새로운 환경정화 방법이 산업 현장에

서 쉽게 배출될 수 있는 유독성 f o r m a l d e h y d e와 C O를 효과적

으로 처리할 수 있는 길을 제시하고 있다. NASA는 인공위성

에 장착하여 지구 대기의 구성물질을 측정하는데 사용하는 레

이저를 저온산화 촉매방법(Low-temperature Oxidation

C a t a l y s t s；L T O C )에 적용시켜 일산화탄소·탄화수소·산화질

소 같은 공해가스를 분해시키는 방법을 개발했다. NASA 산

하 L a n g l e y연구소에서 개발된 L T O C방법은 공장의 굴뚝에서

방출되는 f o r m a l d e h y d e와 일산화탄소의 양을 최대 약 8 5 ~ 9 5 %

까지 감소시킬 수 있다.

○ 현재 산업체에 권장되고 있는 공해 억제 및 감소 장치는 설치

와 유지비가 매우 비싼 것이 단점이다. 정부가 규제와 단속을

강화해도 경제적으로 불가능한 장비의 설치를 이윤을 목적으

로 하는 기업을 상대로 강압적으로 시행할 수는 없다. 이런 어

려움을 극복할 수 있는 L O T C방법은 지속적으로 작동되는 산

업시설에 설치될 경우 상대적으로 저렴하며 유지와 보수가 쉽

다는 장점이 있다.

○ N A S A의 LTOC 공해 억제 방법은 Environmental Protection

Agency (EPA)가 앞으로 적용할 강화된 매연 규제 방안에도

부합하는 효과적인 방법이다. NASA는 우주상에서 이산화탄

소 레이저를 개발하기 위해 이 프로그램을 시작했으나 레이저


작동 시 발생하는 일산화탄소를 추운 우주환경에서 산화시킬

수 있는 효과적인 촉매시스템 개발이 요구되었다. 이때 부가적

으로 연구된 산화 촉매 시스템을 대기권 내의 상대적으로 높

은 온도에서 작동될 수 있는 시스템으로 변형해 공장의 굴뚝

이나 내연기관 등에 적용되도록 개조했다. 이미 자동차에 설치

돼 C a l i f o r n i a주 대기오염 규제를 통과한 LTOC 촉매는 기존의

촉매 전환 장치와는 달리 예열(warm-up) 기간이 필요치 않고

값비싼 금속을 사용하지 않아서 전체적인 비용절감 효과가 있

다.

마. 유해배기가스저감촉매에의한황소모과정규명( 1 4 )

○ M I T와 미 에너지환경연구소 공동 연구진이 자동차 엔진계통

에 사용되는 유해배기가스 저감 촉매에서 어떤 과정을 거쳐

황이 소진되는가를 규명해냈다. 이로서 유해배기가스 저감촉

매와 유해물질 사이에서 일어나는 상호작용의 이해가 가능해

져, 보다 고효율의 엔진 설계 및 유해배기가스 발생을 예방할

수 있는 기술 개발도 한층 가까워질 전망이다.

○ 자동차 연료에서 황을 제거하는 탈황공정은 비용 부담이 큰

부분으로 연료생산 단가에 큰 부담요인 중 하나이다. 게다가

탈황공정을 거친다 해도 황을 완전히 제거하기란 그리 쉬운

일이 아니다. 황은 자동차 유해배기가스 저감장치에 사용되는

촉매를 불활성화시키는 주요 원인이다. 그래서 연구진은 이번


연구에서 연료에서 황을 제거한다는 것이 현실적으로 어렵기

때문에 린번엔진에 사용할 수 있는 동시에 황에 대한 저항력

을 가지고 있는 촉매전환 장치를 개발하고자 했다.

○ MIT 화학공학과 소속의 연구책임자 Bernhardt Trout 교수의

설명에 따르면 린번엔진은 과량의 공기와 함께 연료를 연소시

키기 때문에 효율이 높고 연료소모가 적을 뿐만 아니라 배기

가스도 그만큼 적은 엔진이라고 한다.

○ 유해 배기가스를 저감시키는 촉매전환장치(catalytic converter)

는 백금과 산화바륨으로 구성되어 있다. 백금은 배기가스 중에

포함된 일산화탄소와 탄화수소를 이산화탄소와 물로 전환시키

고 산화바륨은 산화질소 화합물을 포획해서 배기가스 중에 유

해물질 방출을 감소시키는 역할을 한다.

○ 일산화탄소·탄화수소·산화질소 모두 그대로 배출될 경우 인

체의 건강에 유해하고 산성비나 스모그를 일으킨다. 하지만 과

량의 산소가 존재할 경우 황 연소과정에서 발생되는 이산화황

이 백금촉매 표면에서 산소와 반응해서 삼산화황( S O3)로 전환

되고, 이 물질은 촉매를 구성하는 또 다른 구성요소인 산화바

륨에 코팅을 형성해서 질소산화물을 포획하는 기능을 상실하

게 한다.

○ Trout 교수는“연구진의 연구목적이 바로 이산화황이 삼산화

황으로 전환되는 반응을 다른 촉매 반응에 영향을 주지 않으

면서 중단시킬 수 있는 방법을 찾는 것이었다”고 말한다. 하지


만 촉매전환 장치에서 일어나는 모든 반응이 산소의 존재 하

에서 발생하기 때문에 실제로는 같은 과정을 통해 일어나고

있다고 봐야하기 때문이다. 따라서 전통적인 시행착오적 실험

방식으로는 이러한 선택적 산화반응을 일으킬 수 있는 촉매

시스템의 개발이 어렵다고 판단됐기 때문에 연구진은 원자수

준에서 삼산화황이 생성되는 반응과정에 대한 양자역학적 계

산을 수행하게 되었다.

○ 반응이 진행되는 동안에 수반되는 모든 전자의 거동을 슈퍼컴

퓨터로 계산한 결과를 토대로 이산화황이 백금표면에서 어떠

한 단계를 거쳐 삼산화황으로 전환되는지를 알 수 있었다. 단

계별 과정을 보면 단일 산소 원자가 백금표면에 있는 이산화

황에 접근하면서 백금표면에서 삼산화황이 생성되는 것을 보

여주고 있다.

○ 연구진은 현재 새로운 모델 연구 결과를 토대로 대규모 시뮬

레이션 연구를 진행하고 있다. 이 연구를 통해 황산원자와 산

소원자의 움직임과 상호작용뿐만 아니라 실제 상황에 가까운

환경에서 어떠한 분자가 생성될 것인가를 예측할 수 있을 것

이다.

바. 가시광선촉매제를사용하여유기오염물의분해( 1 5 )

○ 중국의 화학연구소 광화학원의 연구팀은 가시광선 광촉매를

이용해 산소분자를 활성화하여 유독 유기오염물을 분해하는


연구에 중요한 진전을 얻었으며 연구 성과는 최근 국제응용화

학(2003, 42, 1029)에 발표되었다. 이전에도 이 연구팀은 도금

복합물 광 촉매제를 가시광선의 조사아래서 광촉매 작용으로

유독 유기오염물을 분해한 적이 있다.

○ 하전된 유기 질소와 같은 위치에 있는 F e ( I I )혼합 광촉매제의

독특한 광화학성질을 이용하여 실온과 가시광선의 조사에서

수중에 용해된 산소분자를 직접 활성화하여 효과적으로 유독

유기오염물을 분해하였다. 광촉매는 우수한 활성으로 촉진시

키는 능력과 높은 안정성을 가지고 있어 여과기의 중복 사용

을 거쳐 유독 유기오염물의 광물화율( C O2, H2O) 등의 무기물

생성)이 높다.

○ 이 연구팀은 또한 ESR 등의 기술을 이용하여 광화학반응과정

중 높은 산소 반응도를 함유한 유리기의 생성과 분자산소의

활성화 메커니즘을 연구하였다. 이 연구는 태양광선과 환경우

호적인 산화제(공기 중의 산소)를 이용하여 이러한 오염물을

제거하는데 새로운 기술방법을 제공하였다.

사. 배기가스전환을위한코발트촉매( 1 6 )

○ 모스크바의 물리화학연구소(Institute of Physical Chemistry)의

과학자들은 휘코발트광 화합물질인 M C o2O4( M：금속으로 C u ,

Mn, Zn, Mg 등)가 탄소와 질소의 모든 산화물들의 전환에 매

우 활성인 기능성 촉매로서 작용할 수 있다는 것을 보였다. 합


성된 휘코발트광은 스피넬 구조를 갖는다. 종래에 과학자들은

스피넬 구조를 갖는 화학 물질들이 에틸벤젠( e t h y l - b e n z e n e )의

반응에서 촉매 작용하는 것을 발견하였다. 촉매들은 알루미늄

산화물 담체(aluminium oxide carrier) 위에 휘코발트광으로 만

들어진 표면 레이어로서 생산되었다.

○ 연구자들은 다른 금속과 코발트의 질산염(nitrates of cobalt)

용액에 알루미늄 산화물 (aluminium oxide：g - A l2O3)을 함침시

킨 후, 혼합물을 건조하여 350, 500, 700℃에서 가열하였다. 질

산염( n i t r a t e s )들을 가열하여 산화물로 변화시키면 이런 스피넬

구조가 형성된다. IR-스펙트로스코피( I R - s p e c t r o s c o p y )와 U V

발산 반사 스펙트로스코피(UV diffuse reflection spectroscopy)

를 사용하여, 얻어진 화합물질들이 산화 공정에서 촉매 활성을

야기할 수 있는 불안정한 산소 원자를 갖으며 이에 따라 스피

넬 구조를 갖는다는 것을 알아내었다.

○ 스피넬 구조가 형성되는 온도는 휘코발트광의 조성에 의존한

다. 구리 휘코발트광의 경우 스피넬 구조들은 7 0 0℃에서 활성

적으로 형성되며 아연이나 마그네슘 같은 휘코발트광의 경우

는 5 0 0℃, 그리고 망간 휘코발트광인 경우는 3 5 0℃이다.

○ 휘코발트광의 촉매활성은 실제 배기가스에 대해 연구되었고,

N2, O2, CO, CO2, NOx, CH4, H2O를 함유한 혼합물에 대하여도

모델링이 되었다.

○ C O와 탄화수소의 산화는 C u C o O4를 사용하여 더 좋은 촉매가


되었는데, 질소산화물을 질소로 변환시키는 최대 전환율이 망

간 코발트를 이용하여 8 0 %에 도달하게 되었다. 5.2%의 O2,

6 4 . 7 %의 N2, 1.4%의 NOx, 8.4%의 C O를 함유한 실제 배기가

스를 사용할 경우, CuCo2O4 촉매를 사용하여서 C O는 거의

1 0 0 %의 전환율을 가지며 질소산화물은 6 4 %의 전환율을 얻을

수 있었다. 또한 배기가스의 조성은 촉매 반응에 상당히 영향

을 준다. 상당히 많은 양의 산소들은 CO 전환율을 증진시키

고, 반면에 질소산화물 전환율은 감소시킨다.

아. 탈황촉매( 1 7 )

○ 덴마크 연구원들은 활성은 있지만 파악하기 어려운 촉매 상

( p h a s e )의 원자 구조와 기능을 밝힘으로써 더욱 효율적인 황

제거 방법을 찾아냈었다. 수소화탈황(HDS) 촉매는 화학반응

을 촉진시키는 저 농도 코발트 또는 니켈 첨가제와 2황화몰리

브데늄의 작은 클러스터로 구성된다. 일부 촉매는 2황화텅스텐

을 사용한다.

○ HDS 촉매의 존재 하에 중질원유분류( f r a c t i o n )를 수소와 처리

하면 황 함유 분자가 황화수소로 되어 휘발됨으로써 환경 오

염물의 소재가 사라지게 된다. 전문가들은 일반적으로 촉매의

활성부분은 결정면을 따라 촉진제 원자가 위치한 C o - M o - S일

것이라는데 의견을 같이 한다. 그러나 코발트 원자 또는 다른

촉진제의 정확한 위치와 이러한 첨가제의 촉매 활성 기능의


자세한 이해는 계속 연구되어야 한다.

○ 주사터널현미경( S T M )을 사용하여 특별히 제조된 모델촉매를

시험함으로써 덴마크 과학자들은 코발트가 M o S2 입자의 구조

와 모양을 변경시킨다는 사실과 활성 촉매 상 형태가 M o S2 결

정면의 형태를 따라 배타적으로 형성됨을 입증하였다.

○ 활성 촉매 사이트를 원자크기로 보는 것은 저황 가솔린과 저

황 디젤 연료의 제조에 사용될 수 있는 H D S에 의한 메커니즘

을 이해하는데 매우 중요하다. 미국 아르곤 연구소의 크리스토

퍼 M. 마셸은 그 구조적 데이터가 이전의 X -선 흡광실험에

기초한 예측과 일치하지만 새로운 결과들이 알루미나와 같은

담체 물질 위에 일반적으로 제조되는 산업용 HDS 촉매에 적

용되는지는 좀 더 연구가 필요하다고 한다.

○ S T M을 이용해 M o S2와 Co-Mo-S 입자를 비교하여 연구자들

은 S -꼭지점을 갖는 어떤 M o S2 결정의 꼭지점 안으로 코발트

원자가 그 사이에 배타적으로 끼어 들어가는 구조를 제안한다.

따라서 침투하는 금속 원자는 선택한 황 원자의 위치와 전자

특성에 변화를 일으킨다. 변형된 구조는 배위적으로 불포화된

사이트에 코발트가 위치하게 되며 촉매 작용 활성을 위해 완

숙한 금속 센터를 만든다. 현재 HDS 촉매는 그 다음 단계인

HDS 반응을 알아내기 위해 정밀하게 조사되고 있다.


자. 자동차촉매변환기에서발생되는암모니아조사( 1 8 )

○ 유해 오염물질 배출을 줄이기 위해 차량에 설치된 촉매 변환

기가 또 다른 오염물질인 암모니아를 다량 발생시킨다고 한다.

대기 중에 존재하는 암모니아의 주요 발생원을 촉매 변화기에

대한 연구가 미국화학회의 제 2 2 0회 회의에서 발표되었다.

○ 암모니아는 대기 중에서 미세입자상 물질의 형성에 일정 역할

을 한다. 최근에 미국 환경보호청은 인간의 건강을 해치는 미

세 입자상 물질에 대한 규제를 강화하고 있다.

○ 캘리포니아대학 Robert Harley 교수의 연구팀은 자동차의 배기

가스에서 예상외로 암모니아 농도가 높다는 사실을 발견하였

으며, 그 원인의 대부분이 촉매변환기에 있음을 확인하였다.

엔진성능이 적정상태로 유지되지 못할 경우에도 암모니아가

형성된다. Harley의 설명에 따르면 너무 성능이 좋은 촉매변환

기가 문제발생의 원인이라고 한다. 배기가스중의 질소산화물

이 너무 많이 감소될 때 복잡한 화학반응이 일어나 암모니아

가 촉매변환기에서 발생되며 이것이 배기관을 통해서 대기 중

으로 방출된다고 한다.

○ 연구진들은 8일간 캘리포니아에 위치한 고속도로의 한 지점에

서 통과하는 차량 6만대의 배기가스중의 암모니아와 다른 가

스 성분들을 측정하였다. 측정결과 자동차가 1 0 0마일 주행 시

티스푼 하나 정도인 0 . 2 8온스의 암모니아를 방출하는 것으로

나타났다. 최신형 촉매변환기가 장착되어 있는 자동차의 경우


이전에 조사된 것과 비교할 때 탄화수소, 일산화탄소, 기타 유

해가스가 5 0 %정도 저감된 것으로 나타났다.

○ 이번에 측정 대상이 된 차량들은 이전에 조사된 차량들 보다

더 많이 저유황 가솔린을 사용하고 최신형의 촉매변환기를 장

착하고 있었다는 점이다. 촉매변환기가 자동차에서 발생되는

대기오염물질을 상당량 제거하고 있으나 불행하게도 이번 연

구 결과로 볼 때 한 가지 문제를 해결하기 위해 만들어진 장

치가 예상치 못한 또 다른 문제 발생의 원인이 되고 있다고

한다.

○ 촉매변환기는 백금과 로듐 혹은 팔라듐 금속이 세라믹에 코팅

되어 있는 구조를 가지고 있다. 배기가스가 이 장치를 통과하

게 되면 탄화수소·일산화탄소·질소산화물 등은 무해한 성분

으로 바뀌게 된다. 촉매변환기가 사용되지 않을 경우 암모니아

배출은 줄어들 것으로 확신하고 있으며 비록 촉매변환기가 대

기오염물질을 줄이는데 많은 도움을 주고 있으나 대기 중 암

모니아 농도를 증가시키는 원인이 되고 있다고 한다.

○ 촉매변환기는 1 9 8 1년에 처음으로 도입되어 현재는 승용차와

경량 트럭의 기본 장착 품목이 되었다. 종전의 조사에 따르면

디젤 자동차의 경우는 암모니아 발생이 적은 것으로 나타났다.

차. 디젤차의P M·NOx 정화를위한촉매시스템개발( 1 9 )

○ 디젤차의 배기가스에 포함되는 P M (입자상물질)과 N O x (질소


산화물)를 동시에 연속 정화하는 촉매 시스템의 기본 기술을

확립하였다고 일본의 T o y o t a가 발표하였다. 정화 성능이나 내

구성, 신뢰성 등의 성능을 확인한 후 순차적으로 디젤차에 탑

재할 방침이다. 기본 기술인 D P N R은 신개발의 다공질의 세라

믹 필터에 T o y o t a가 희박연소 가솔린엔진용으로 개발한 N O x

흡장 환원형 3원촉매를 이용했다. 엔진이 산소가 많은 회전연

소를 행하고 있을 때는 촉매 내에서 N O x를 일단 흡장할 때에

발생하는 산소나 배기가스중의 산소로 P M를 산화하여, CO2로

방출하고 그 후 엔진 측에서 순간적으로 연료를 과량 공급하

여 연소시킴으로써, 촉매 내에 흡장한 N O x를 환원 정화한다.

○ PM, NOx와 함께 초기 정화 성능에서는 8 0％이상 ( 9 8년 규제

대상인 2톤 적재 트럭비교)의 저감이 가능하다. 그리고 배기가

스의 유입 방향을 교대로 바꿈으로써 촉매내의 P M산화 반응

을 촉진하고 대배기량의 대형차에서도 P M의 고효율 정화를

실현할 수 있다. 이 시스템은 연료에 포함되는 유황분에 의해

정화능력이 저하되기 때문에 유황분이 적은 연료가 필요하게

된다. 게다가 기존에 판매된 차에 대해서는 연료공급계를

common 레일 식으로 전면적으로 바꿀 필요가 있기 때문에 부

가적인 P M정화 장치의 설비를 적용할 수 없다. 가솔린차용

NOx 흡장환원형 3원촉매에 대해서는 Toyota 자동차 이외에

도, 독일의 폭스바겐이나 다임러 크라이슬러에도 기술을 공여

하고 있다.


카. 새로운자동차배기가스정화촉매개발( 2 0 )

○ D e g u s s a는 팔라듐 및 로듐과 함께 코팅된 합성 제올라이트로

이루어진 새로운 자동차 촉매변환장치를 개발하였다고 발표하

였다. 최근의 시험에서 이 통합흡수 시스템은 현재의 배출시스

템과 비교할 때 신 구형 엔진으로부터 나오는 탄화수소 배출

량의 수준을 적어도 3 5 %정도 감소시켰다. Degusssa 측은 이러

한 개발이 새로운 유럽의 배출기준( E u r oⅢ, EuroⅣ)으로 가는

가능성을 만들고 있다고 말한다. 이 새로운 배출기준은 자동차

의 탄화수소 배출량이 현재보다 40% 더 감소하도록 요구하고

있다. 이에 대한 개발노력은 특히 통합된 흡수재와 촉매기능을

최적화하도록 계속 추진되어야 할 것이다.

2. 국내의촉매기술

가. 다이옥신제거저온촉매개발( 2 1 )

○ 쓰레기 소각로에서 배출되는 발암물질인 다이옥신을 저온에서

처리할 수 있는 촉매가 개발됐다. 한국전력기술은 매그린, 현

대 모비스 등과 컨소시엄을 구성하고 다이옥신을 90% 이상

제거할 수 있는 촉매를 이용한 소각로 설치를 추진하고 있다.

기존 촉매는 다이옥신을 제거하기 위해 섭씨 2 5 0도 이상으로

온도를 높여야 하지만 이번에 개발한 촉매는 2 1 5도 정도에서


다이옥신을 처리하기 때문에 제거비용을 60% 이상 줄일 수

있다고 회사 측은 설명했다.

○ 환경관리공단 중앙검사소에서 품질을 검증받고 현재 가동 중

인 쓰레기 소각로에 적용해 성능을 인정받아 올해 안에 상용

화 설비를 갖출 예정이다. 환경에 대한 국민의식이 높아지고

세계 각국의 환경오염에 대한 규제가 강화됨에 따라 쓰레기

소각로에 사용하는 촉매의 시장규모가 급신장할 것으로 전망

하고 있다.

○ 매그린 연구진은 한국에너지기술연구소, 경기대학교와 4년간

의 공동연구 끝에 신촉매를 개발했으며 그 동안 수입에 의존

하던 다이옥신 촉매를 상품화함에 따라 연간 1 0 0억원의 수입

대체효과를 거둘 수 있을 것으로 기대하고 있다.

나. 광촉매를이용한휘발성유기화합물및악취의처리( 2 2 )

○ 광촉매( p h o t o c a t a l y s t )란 광화학( p h o t o c h e m i s t r y )과 촉매

( c a t a l y s t )가 결합된 의미로 빛에너지에 의하여 활성을 나타내

는 촉매를 말한다. 일반적으로 촉매란 촉매 자신은 변하지 않

으면서 화학변화(화학반응)의 속도를 빠르게 또는 느리게 조

절하는 역할을 한다. 화학반응 과정에서는 열이나 기타 에너지

원들이 사용되는데, 광촉매의 경우에는 화학반응에 사용되는

에너지로 빛을 사용한다. 햇빛이나 또는 인공 광에 의한 빛에

너지를 촉매에 조사하면 빛에너지를 흡수한 촉매가 활성을 나


타내어 유기물들을 산화 또는 환원시키는 역할을 한다.

○ 금속 산화물은 가전자대(valence band：V B )와 전도대

(conduction band：C B )로 구성된 분자궤도함수로 이루어져

있다. 이 두 밴드간의 차(E = ECB - EVB = hν)를 밴드

갭(band gap)이라고 하며, 이 밴드 갭 에너지가 대략 2 . 0 ~ 4 . 0

eV(electron volts) 정도이면 반도체의 특성을 나타낸다.

○ 여기에 해당되는 밴드 갭 에너지 차이를 갖는 반도체 화합물

중 대표적인 광촉매로는 T i O2, ZnO, Fe2O3, CdS, ZnS, SnO와

같은 화합물이 있다. 반도체 화합물에 밴드 갭과 같거나 큰 에

너지를 가지는 파장의 빛(300-400 nm)을 조사하면 그 빛 에너

지를 흡수하여 V B의 전자는 C B로 여기( e x c i t e d )되고 촉매 내

부에 정공과 전자가 발생한다.

○ 정공(hole, hVB+)은 V B에서 여기전자(excited electron, e-CB)

는 C B에서 형성되어 정공-전자 쌍( h o l e+- e- p a i r：charge pair)

을 이루게 된다. 정공은 촉매 표면에 흡착된 수분을 산화하여

산화력이 강한 히드록시라디칼(hydroxyl radical：O H )을 생성

하거나 또는 흡착된 유기물을 직접 산화시킨다. 전도대의 전자

는 흡착된 산소에 전자를 줌으로써 s u p e r o x i d e인 O2-를 생성시

키고 생성된 O2-는 유기물 또는 물 등과 산화 반응한다. TiO2

인 경우 a n a t a s e형은 3.2 eV에 해당되는 파장(380 nm) 이하,

r u t i l e형에서는 3.0 eV에 해당되는 415 nm 이하의 파장이 여기

광이 된다. 이 정공과 전자가 T i O2 표면에 확산 이동하여 표면

에 흡착되어 있는 물질과 반응하는 촉매를 말한다.


다. VOC/냄새제거용산화촉매기술( 2 3 )

○ 휘발성 유기화합물( V O C )의 제어기술은 사용 원재료를 변환

하거나 공정을 개선하는 대체기술과 배출가스를 후처리하는

처리기술로 대별할 수 있다. 바람직하기로는 대체기술에 의해

V O C의 배출원을 제거하여 배출자체를 억제하여야 하나 공정

특성상 대체기술만으로는 한계가 있고 후처리기술을 적용해야

하는 경우가 많다. 이들 처리기술은 배기가스 중에 함유된 성

분이나 농도에 따라 충분한 기술적 검토 및 경제성을 고려해

서 선택할 필요가 있다.

○ SK 연구팀은 에너지를 적게 소비하면서 악취물질과 V O C를

높은 효율로 처리할 수 있는 촉매산화에 의한 배기가스 처리

기술을 개발하였다. 촉매산화는 배기가스 중에 함유된 가연성

물질을 촉매에 의해 연소시키는 방법으로 화학적으로는 일반

연소와 같은 산화반응이고 가연물질이 탄화수소인 경우 완전

연소에 의해 무해 무취인 C O2와 H2O로 된다.

○ 금속촉매는 활성물질과 담체의 종류나 제조방법에 따라서 활

성에 많은 차이를 나타내는 데 담체의 선택은 고체표면에서

가스의 확산저항, 활성표면적의 크기 및 내열성 등을 기준으로

한다. 촉매산화는 VOC 제거에 매우 뛰어난 기능을 보이나 피

독, 열화 등에 의해 비활성화되고, 배가스 중에 염소성분이 포

함될 경우 반응 억제 현상을 나타내는 문제점을 가지고 있어

이를 개선하기 위한 개발이 지속적으로 진행되고 있다.


○ 황화물과 염화물에 대해 우수한 내피독성을 갖는 담체를 선정

하고 귀금속의 효과적인 작용을 위하여 콜로이드(colloidal) 상

태의 백금용액을 사용함으로써 활성이 매우 우수한 촉매를 개

발하였다. 이 촉매는 여러 배기가스 조건에서 적용 시험을 통

해 그 성능을 확인하였으며 열화, 장기내구성 및 피독 물질에

대한 영향을 평가하여 다양한 악취 및 VOC 발생현장에 설치

하고 있다.

라. 액상촉매와바이오필터를이용한악취및VOC 처리기술( 2 4 )

○ 분뇨처리장, 하수처리장, 석유화학공장 등에서 많이 발생되어

지는 황화수소와 기타 악취 및 V O C의 경우 액상촉매와 바이

오 필터를 이용하여 처리할 수 있다. 황화수소는 F e -킬레이트

화합물로 구성된 액상촉매의 산화·환원 작용을 이용하여 황

화수소를 제거할 수 있으며 기타 악취와 V O C는 바이오필터

를 이용하여 처리할 수 있다. 바이오필터는 생물학적 처리방법

으로서 저 농도의 고 유량 가스에 적합한 기술이다. 오염물질

은 담체의 바이오필름 속으로 흡수되고 이 흡수된 오염물질을

미생물들이 공격하여 분해시키는 것이 기본 원리이다.

○ 미생물의 분해 작용은 산화반응 때로는 환원반응으로 오염물

질을 이산화탄소, 물 그리고 유기 바이오매스로 전환시킨다.

가스 상의 오염물질은 유기물질 또는 무기물질로 미생물이 성

장하는데 필요한 에너지원이나 탄소원으로 사용된다. 미생물


군집은 1개의 우점 종 또는 특별한 물질을 분해하는 경우에

수많은 종으로 이루어져 시너지효과를 일으켜 오염물질을 분

해한다.

마. 기타국내촉매사용대기오염저감및방지기술

(1) T i O2/ M n계 금속산화물 압출 성형 촉매를 이용한 LNG 복합 화력

발전소 배가스 탈질 기술( 2 5 )

○ T i O2/ M n계 금속산화물로 압출 성형 제조된 촉매를 다단으로

장착하여 온도 2 0 0∼3 0 0℃, 공간속도 1 3 , 5 0 0∼1 4 , 5 0 0 h r- 1의 운전

조건에서 선택적 촉매 환원 반응( S C R：Selective Catalytic

R e d u c t i o n )에 의해 LNG 복합 화력발전 배가스 중 일산화질소

및 이산화질소를 저감시키는 기술

○ 신기술의 범위：T i O2/ M n계 금속산화물로 압출 성형 제조된

촉매를 다단으로 장착하여 선택적 촉매 환원반응에 의해 2 0 0

∼3 0 0℃ 온도 범위에서 LNG 복합화력발전 배가스 중 일산화

질소 및 이산화질소(가시매연)를 저감시키는 기술

(2) 수평분배식 축열연소장치를 이용한 VOC 및 악취 처리기술( 2 6 )

○ 본 기술은 수평형 회전분배기, 원통형 분배실과 연소실로 구성

된 축열 연소장치를 이용하여 도장공정에서 배출되는 V O C

및 악취를 회전분배기와 수평 분배실을 통하여 축열실로 유입

시켜 회수 열을 빼앗아 예열된 후 8 0 0℃ 이상 연소실에서 연


소시켜 처리하는 기술. 공정구성：V O C발생원 → 전처리 필터

→ 수평 분배 로터 → 수평 분배실 → 축열실 → 연소실

○ 신기술의 범위：R T O (축열연소 장치)공정 중 사각형의 수평

분배실과 블록형태로 외부에서 미리 장착하는 구조의 축열실

과 수평식 분배로터 가스분배방식을 이용하여 VOC 및 악취

를 처리하는 기술

(3) 망간 계 금속산화물이 코팅된 촉매를 이용한 LNG 열병합 발전

소의 배가스 탈질기술( 2 7 )

○ 망간계 금속산화물이 코팅된 하니콤 촉매를 장착한 1단 또는

2단 시스템에 의하여 온도 1 7 0∼2 5 0℃, 공간속도 5 , 0 0 0∼

1 8 , 0 0 0 h r- 1, 암모니아/NOx 의 몰비율 0 . 8∼1 . 1의 운전조건에서

선택적 촉매환원반응에 의해 LNG 열병합 발전소의 배가스

중 일산화질소 및 이산화질소(가시매연)를 저감시키는 기술

○ 신기술의 범위：망간계 금속 산화물이 코팅된 촉매를 이용하

여 1 7 0∼2 5 0℃ 온도영역에서 LNG 열병합발전소의 배가스 중

질소산화물을 저감시키는 기술


○ 현재 세계는 심각한 대기오염으로 인한 재난과 재해가 끊이지

않고 있다. 이에 따라 많은 선진국에서는 지구환경의 개선과

보전을 위해 대기환경의 주 오염물질인 CO, NOx, SOx,

VOCs 등의 규제와 처리에 고심하고 있다. 촉매연소법은 이러

한 난제의 중요한 해결안으로 적은 유지비용과 높은 효율을

갖고 있어 많은 연구개발과 투자가 이루어지고 있다. 이에 촉

매연소법과 관련한 논문을 검색하여 세계적인 연구동향과 각

국의 기술력 및 주요 저자 등을 정량/정성적으로 비교분석하

고자 한다.

1. 문헌정보검색

가. 정보검색대상D B

○ 문헌자료의 분석을 위해 미국의 민간학술정보전문기관인

T h o m s o n사에서 구축한 주요 과학기술문헌 인용색인정보가

3 9

제5장

기술정보분석

수록된 SCIE(Science Citation Index Expanded) 데이터베이스

( D B )를 사용했다. SCIE는 총 6 , 0 0 0여종의 우수한 과학기술

주요저널만을 D B로 구축하고 있어, 국제적인 인지도가 높을

뿐만 아니라 주요 국가, 기관, 저자들의 동향을 살피기에 적

절하다.

○ 검색대상기간은 1 9 9 5년~ 2 0 0 5년까지로 하여 최근 연구동향을

중심으로 살펴보았다. 추가로 전반적인 연구동향을 살펴보기

위해 <그림 5 - 1 >에 1 9 8 5년 이후의 논문발표동향을 표기하였다.

나. 정보검색

○ 정보검색은 본고에서 다뤄진 기술 분석 내용을 토대로 주요한

대기오염 원인물질인 CO, NOx, SOx, VOCs, PAH, Dioxin(e)

등과 촉매연소에 사용되는 촉매금속성분(Pt, Pd, Cu, Fe…

e t c . )을 검색하여 촉매연소 기술에 적절히 통합하였다. 이들 검

색어와 결과는 <표 5 - 1 >에 나타냈으며 검색은 2 0 0 5년 1 1월을

기준으로 행해졌다.


<표 5-1> 검색어 및 검색결과

분 류 내 용 (건수)

대기오염<Air Pollution>

CO(897), NOx(229), SOx(41), VOCs(37), PAH, Dioxin(e) …e t c .

촉매연소<Catalytic Combustion and Oxidation>

Pt(267), Pd(222), Cu(166), Fe(86), Ti, Co, V, Mo, W …e t c .

2. 문헌동향

가. 전체문헌동향

○ 검색결과 1 9 8 5년~ 2 0 0 5년까지 발표된 논문은 총 1 , 7 8 8건에 달

하였고, 이중 최근 1 0년간 발표된 논문은 총 1 , 4 5 1건이었다.

<그림 5 - 1 >의 논문증가추이를 통해 최근의 환경에 대한 국제

적인 관심증가가 논문건수의 가속적인 증가로 이어져 기술개

발이 상당히 빠르게 이루어지고 있음을 알 수 있다.

제5장 기술정보분석 4 1

<그림 5-1> 연도별 논문건수 동향

년 도 ' 9 5 ' 9 6 ' 9 7 ' 9 8 ' 9 9 ' 0 0 ' 0 1 ' 0 2 ' 0 3 ' 0 4 ' 0 5

논문건수 9 8 1 0 0 1 2 3 1 1 6 1 3 7 1 1 0 1 4 6 1 2 3 1 8 2 1 6 9 1 4 7

누적건수 9 8 1 9 8 3 2 1 4 3 7 5 7 4 6 8 4 8 3 0 9 5 3 1 1 3 5 1 3 0 4 1 4 5 1

- 1 9 8 5년부터 2 0 0 4년까지 평균 논문건수 증가율은 2 4 . 5 %이었

고, 최근 1 0년간( 1 9 9 5년~ 2 0 0 4년)은 1 0 . 7 %로 나타났다.

- 1 9 9 8년~ 2 0 0 2년까지 논문의 증가추이가 다소 정체된 것이

관찰되지만, 2003년 이후 뚜렷한 회복세가 나타난다.

- 1 9 8 5년 5건을 시작으로 논문건수가 지속적인 성장을 보이고

있어 대기환경에 대한 인식과 기술개발이 상당한 수준에 도

달하고 있다.

나. 주요국가및연구기관

○ 각국의 촉매연소기술관련 논문건수는 <그림 5 - 2 >와 같이 유럽

연합( E U )이 5 1 2건으로 전체논문의 약 3 6 %를 차지하고 있었

다. 다음으로 미국( 2 3 8건), 중국( 1 5 6건), 일본( 1 5 1건)이었으며

한국은 5 8건으로 전체논문 중 약 4 %를 차지하고 있다.


<그림 5-2> 국가별 논문건수 비교

○ <그림 5 - 3 >은 발표된 논문의 피인용 횟수에 따라 <표 5 - 2 >와

같이 핵심논문, 주요논문, 일반논문, 미인용 논문으로 분류하

여, 촉매연소기술 분야에서 실질적인 기술우위를 점하는 국가

를 선별하였다.


<그림 5-3> 피인용 횟수에 따른 주요논문의 국가별 분포

<표 5-2> 피인용 횟수에 따른 논문 구분 및 국가별 랭킹

분 류 피인용 횟수 논문수 각국랭킹

핵심논문 5 0회이상 5 4건 1위 미국( 1 9건), 2위 이탈리아( 6건), 3위 미국( 5건)

주요논문 1 5 ~ 4 9회 2 6 0건1위 미국( 6 7건), 2위 일본( 2 5건), 3위 독일과 이탈

리아 (각 2 1건)

일반논문 1 ~ 1 4회 8 2 5건 1위 미국( 1 1 2건), 2위 중국( 9 6건), 3위 일본( 9 2건)

미인용논문 0회 3 1 1건 1위 중국( 4 6건), 2위 미국( 4 1건), 3위 러시아( 3 8건)

- 피인용 횟수가 5 0회가 넘는 핵심논문은 총 5 4건으로 나타났

고, 이중 약 6 3 %가 미국에서 발표된 논문으로 나타났다. 기

타 주요논문과 일반논문에서도 미국이 모두 1위를 차지하고

있어, 미국은 촉매연소기술에 있어 논문발표 건수도 많을

뿐만 아니라 질적으로 우수한 논문이 다수 발표되는 것으로

나타나 기술개발에 주도적인 역할을 하고 있는 것으로 분석

되었다.

- 발표논문 건수에서 1 5 6건으로 미국에 이어 3위를 차지한 중

국은 피인용 횟수가 1 5회 미만인 일반논문과 인용되지 않은

논문에서만 상위에 랭크되어있어, 논문의 질적인 수준이 다

소 떨어지는 것으로 파악되었다.

- 유럽연합 소속국가인 독일, 이탈리아, 영국은 핵심논문과 주

요논문 부문에서 상위에 랭크되어 있으며, 발표된 논문건수

도 각각 8 5건, 83건, 73건으로 국가별 랭킹에서 4, 5, 6위를

차지하여 논문발표건수 뿐만 아니라 논문의 질적인 측면에

서도 우수한 것으로 나타났다.

- 한국에서 발표된 논문은 총 5 6건으로 전체에서 6위를 차지

하고 있으나 <그림 5 - 3 >에서와 같이 논문의 질적인 측면에

서는 다소 미흡하였다.

○ <그림 5 - 4 >와 <그림 5 - 5 >는 각각 논문건수를 기반으로 주요

연구기관의 랭킹과, 피인용건수가 1 5회 이상인 주요논문과 핵

심논문을 대상으로 연구기관랭킹을 나타낸 것이다.

- 논문건수에 따른 주요 연구기관의 1위는 중국의 C A S로 5 7건


의 논문을 발표했다. 또한 <그림 5 - 5 >에서 주요논문이 8건으로

나타나 공동1위를 차지하여 논문건수 및 수준도 높은 것으로

나타났으며 주요 논문의 평균 피인용 횟수는 2 1 . 6이었다.


<그림 5-4> 주요연구기관 랭킹

<그림 5-5> 주요논문의 연구기관 랭킹

- 논문건수에 있어서 2위를 차지한 러시아의 Russian Acad.

S c i .는 총 3 0건의 논문을 발표했으나, 피인용 횟수가 적어서

<그림 5 - 5 >에서는 나타나지 않았다.

- 스페인의 C S I C는 논문건수 1 6건, 주요논문 7건으로 각각 3

위에 랭크되어 우수한 기술력을 보유한 것으로 나타났다.

- 가장 높은 평균 피인용 횟수를 보인 연구기관은 미국의

Tufts Univ.로 발표된 주요논문 5편의 평균 피인용 횟수가

7 0 . 8로 나타나 매우 높은 기술력을 보유한 것으로 평가되

었다.

○ 전반적으로 중국이 많은 논문을 발표하여 논문건수를 통한 기

관의 랭킹은 높았으나, 영향력 있는 논문의 저술에는 미흡하였

으며, 유럽과 미국은 논문건수 뿐만 아니라 질적인 수준에서도

높은 것으로 나타났다.

다. 주요저자/저널및기술

○ <그림 5 - 6 >에서 논문발표건수를 바탕으로 저자의 순위를 알아

보고, <그림 5 - 7 >과 같이 피인용 횟수가 1 5회 이상인 주요논문

에서 저자랭킹을 통해 촉매연소기술 분야에서 높은 기술력과

영향력을 갖는 저자를 선별하였다.

- 가장 많은 논문을 발표한 연구자는 이탈리아 Univ. Calabria

의 Gabriele, B로 총 1 2편의 논문을 발표했다. 또한 4편의 주

요논문을 발표하였고 평균 피인용 횟수는 2 8 . 5로 높은 기술


력을 보유한 것으로 나타났다.

- 2위인 중국의 Wu SH(Nankai Univ)는 총 9편의 논문을 발

표했으나 피인용 횟수가 다소 적게 나타났다.

- 한국은 포항공대 화학공학과의 이재성교수가 총 6편의 논문


<그림 5-6> 주요저자 랭킹

<그림 5-7> 주요논문 저자 랭킹

으로 상위에 랭크되어 있다.

○ 촉매연소기술 분야의 저명한 연구자들은 유럽과 미국의 선진

국에 많이 분포하고 있었으며, 중국, 한국 등의 동남아와 개도

국에서는 비교적 논문건수와 피인용 횟수가 적어 기술격차가

큰 것으로 나타났다.

○ <그림 5 - 8 >에서 가장 많은 촉매연소기술관련 논문이 발표된

저널은 Appl. Catal. A-Gen.으로 1 4 6건이었으며, J. Catal.과

Catal. Today에서 각각 1 3 9건, 119건의 논문이 발표되어 2위와

3위를 차지하고 있다.

○ <그림 5 - 9 >와 <그림 5 - 1 0 >은 각각 주요 처리대상 대기오염물

질과 처리에 사용되는 촉매금속성분을 나타내었다. 검색시 촉

매연소기술의 특성상 2개 이상의 대기오염물질을 동시에 처리


<그림 5-8> 주요저널 랭킹

하거나, 다수의 촉매를 복합적으로 사용하는 기술에 대한 연구

논문이 다수 포함되어 논문건수의 중복이 불가피하였다.

- 최근 1 0년간 주요 처리대상 대기오염물질은 C O로 8 9 7건이었

으며, 전체의 6 0 %를 차지하고 있다. NOx, SOx는 각각 2 2 9건

과 4 1건으로 이들이 전체의 약 7 8 %를 차지하고 있었다.

- 대기오염물질의 처리에 사용되는 촉매금속의 성분은 P t가

가장 많은 것으로 나타났으며 총 2 6 7건으로 1 5 %를 차지하

고 있다. 이외에 Pd, Cu 등이 사용되고 있다<그림 5 - 1 0 > .


<그림 5-9> 주요 처리대상 대기오염물질 <그림 5-10> 주요 촉매금속성분

○ 촉매연소방법을 이용한 대기오염 방지 및 제어기술은 세계기

후변화협약(교토의정서)과 대기오염 및 악취방지법이 강화되

면서 국내는 물론 선진국에서도 연구개발이 활발하게 진행되

고 있다. 촉매연소 연구개발의 주요 방향은,

- 백금·팔라듐을 대체할 수 있는 저렴한 촉매 개발

- 촉매 활성화온도( L O T )를 낮추는 기술(에너지 절감 기술)

- 축열 재료 및 공법 개발에 의한 에너지 절감 기술

- 촉매 피독 및 노화에 대한 내구성이 강한 촉매 개발

- 산화촉매, 환원 촉매, 광촉매 등의 동시 사용에 따른 기능의

다양화 기술(탄화수소·CO 등과 같은 유기물질, 암모니

아·메르캅탄 등과 같은 악취, NOx·SOx 등을 동시에 제

거할 수 있는 촉매)

- 폐열을 이용한 에너지 절감 기술

- NOx, SOx 저감 촉매 개발

- 광촉매 개발

- 폐촉매 재활용 기술

5 1

제6장

결 론

- 촉매연소장치 유지보수비 절감기술 등으로 요약될 수 있다.

○ 지금까지 연구결과에 따르면 촉매연소방법이 다른 어떠한 대

기오염 방지방법보다 가장 완벽한 성능을 발휘하는 것으로 밝

혀졌다. 그러나 현재 국내 산업현장에서 대기오염 물질 제어를

위한 촉매연소장치를 도입하지 못하는 가장 큰 이유는 설치비

가 비싸고 유지관리비가 많이 소요되기 때문이다. 따라서 촉매

연소기술의 보급 촉진을 위해서는 각종 오니(슬러지)류 처리

용량을 기준하여 3 0 0톤/일 이하로 작은 폐기물처리업소에 적

용할 수 있는 설치비가 싸고 유지관리비가 적은 신기술 개발

이 시급하다. 최근 일부 중소기업체에서는 자동차용 폐촉매와

폐기물 연소과정에서 발생되는 폐열 등을 이용하여 음식물 폐

기물·하수 슬러지 건조 자원화 설비를 연구 개발하여 국내

환경기술 및 폐기물의 순환자원화기술 발전에 많은 기여를 하

고 있는 것으로 알려져 있다.


참고문헌

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촉매연소 기술을 이용한 대기오염 물질 저감 및 제어 기술

2 0 0 5년 1 2월 1 5일 인쇄

2 0 0 5년 1 2월 2 0일 발행

발 행 처

서울특별시 동대문구 청량리동 2 0 6 - 9

◯우 1 3 0 - 7 4 2

전화：3 2 9 9 - 6 1 1 4

등록：1 9 9 1년 2월 1 2일 제5 - 2 5 8호

발 행 인

조 영 화

인 쇄 처

이룸출판사

BA536 오창섭·김경호

저자소개

오 창 섭

•1978. 12-1998. 12. 한국에너지기술연구원책임연구원•1999. 3-현, 호서대학교화학공학과 겸임교수•2004. 2-현, 한국과학기술정보연구원전문연구위원•저서：기초공학개론, 2003년 2월 동화기술•화학공학의 이해, 2005년 1 0월 공주대 출판부

김 경 호

•1981. 3-1984. 2 한국화학연구원연구원•1984. 3-2001. 12 산업기술정보원기술정보분석실장/부연구위원•2002. 1-현, 한국과학기술정보연구원나노정보분석실장/책임연구원

촉매연소기술을이용한대기...

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