한국과학기술연구원(KIST) 물질구조제어연구센터 하헌필, 김종식 박사 연구팀은 기존 질소산화물 촉매의 단점을 극복한 촉매기술을 개발했다고 5일 밝혔다.
지난해 미항공우주국(NASA)와 공동으로 진행한 '한미협력 대기질 연구' 중간 분석 결과 미세먼지 중 인체 폐까지 깊숙이 침투해 건강에 영향을 줄 수 있는 초미세먼지(2.5㎛ 이하)의 75% 이상이 2차 생성 초미세먼지였다.
2차 생성 초미세먼지란 질소산화물이나 휘발성 유기화합물(VoC), 블랙 카본(BC) 등 전구체가 대기 중에서 화학반응을 거치며 만들어진 입자 형태의 초미세먼지를 말한다.
2차 생성 초미세먼지 중 황산암모늄, 질산암모늄 등은 대기 중에서 질소산화물이나 황산화물과의 반응으로 만들어진다. 보통 질산암모늄은 자동차나 선박의 디젤엔진에서 나오는 질소산화물이 원인 물질로 지목된다.
질소산화물을 처리하려면 환원제인 암모니아와 촉매 반응을 일으켜 환경친화적인 물과 질소로 바꿔야 한다.
문제는 발전소나 자동차 등에 적용되는 상용 촉매의 효율성이 섭씨 300도 이상 고온에서 나타나기 때문에 이같은 고온 환경을 만드는 데 적지 않은 비용이 든다는 점이다. 또 촉매가 고온에 노출될 때 독성 성분이 대기 중에 방출되는 문제점도 있다.
연구진은 '구리바나듐 복합산화물(Cu3V2O8)'을 주촉매성분으로 사용하고 촉매구조를 개량해 독성 성분을 억제하고 섭씨 230도 환경에서도 질소산화물을 효율적으로 처리할 수 있는 촉매 기술을 개발하는 데 성공했다.
하헌필 박사는 "이번 연구에서 개발된 촉매를 발전소·자동차 등에 실제 장착하고 상용화를 위해 노력할 것"이라며 "현재 촉매 성능 향상을 위한 촉매성분 최적화 연구를 진행 중"이라고 밝혔다.
KIST 기관고유사업과 한국연구재단 미래소재 디스커버리사업 지원으로 수행된 이 연구 결과는 촉매 분야 국제학술지 '응용 촉매작용 B : 환경'(Applied Catalysis B: Environmental)에 게재됐다.