에너지연, 하이브리드 촉매 개발…온실가스 99% 제거 가능

암모니아를 원료로 쓰는 선박의 온실가스를 경제적으로 해결할 '하이브리드' 촉매 등이 개발됐다.

한국에너지기술연구원은 황선미 대기청정연구실 책임연구원이 암모니아 연소 과정에서 나오는 온실가스를 저렴하게 통합 제거할 수 있는 3종의 촉매개발에 성공했다고 1일 밝혔다.

암모니아는 화석 연료에 비해 온실가스 배출량이 적고, 운송과 보관이 쉬워 최근 해운 산업의 탄소중립을 위한 차세대 연료로 주목받고 있다. 하지만 연소 과정에서 질소산화물, 아산화질소, 미연소 암모니아 등 이산화탄소보다 지구온난화 지수가 300배 높은 온실가스가 배출되는 단점이 있다.

하이브리드 촉매 반영 실험을 진행 중인 한국에너지기술연구원 연구진.(사진=에너지연)

황선미 책임연구원은 "이같은 단점을 해결하기 위해 질소산화물과 미연소 암모니아를 한 번에 분해할 수 있는 하이브리드 복합 촉매와 단일 촉매 등 3종의 촉매를 개발했다"며 " 아산화질소를 분해할 수 있는 촉매는 신규 설비 추가 없이도 배출가스를 모두 처리할 수 있다"고 말했다.

황 책임은 "질소 산화물 저감 기능을 갖고 있던 촉매에 암모니아 산화기능을 가미할 수 있는 핵심 금속을 추가하는 방법으로 하이브리드 촉매를 개발했다"며 "N₂O 처리에는 탄화수소나 암모니아 같은 환원제가 필요했으나, 우리는 코발트 기반으로 이를 직접 처리한다"고 설명했다.

하이브리드 촉매는 경제성이 확보됐다. 귀금속 기반 촉매 대비 최소 80% 이상의 비용을 절감할 수 있다는 것이 연구팀 설명이다. 또 하나의 촉매층에서 암모니아와 질소산화물을 약 99% 효율로 동시에 분해해 촉매 사용량을 최대 절반까지 줄일 수 있는 장점도 있다.

아산화질소 직접 분해 촉매는 상용 촉매 대비 운전 온도를 100도 낮춰 실제 선박 배출가스 환경인 350도에서 작동할 수 있도록 설계됐다. 환원제 없이도 99% 이상의 높은 효율로 아산화질소를 분해할 수 있어 시스템의 단순화도 가능하다.

연구진팀은 이들 촉매 모두 기존 디젤 선박에서 사용하는 배출가스 분해 장비에 그대로 활용할 수 있어 즉시 상용화가 가능하다고 부연 설명했다.