“미세먼지 주범, 질소산화물 제대로 잡는다”
“미세먼지 주범, 질소산화물 제대로 잡는다”
  • 변국영 기자
  • bgy68@energydaily.co.kr
  • 승인 2022.06.23 17:33
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에너지기술연구원, 질소산화물 제거하는 금속착화합물 결합 메커니즘 규명
저온에서도 질소산화물 제거할 수 있는 금속착화합물 기반 흡수 기술 개발

[에너지데일리 변국영 기자] 인류의 생존을 위협하는 미세먼지의 주요 원인인 질소산화물을 제거할 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국에너지기술연구원 청정연료연구실 윤형철 박사 연구진(김선형, 조강희)과 계산과학연구실 이찬우 박사는 질소산화물을 대용량·고효율로 제거할 수 있는 대표적인 금속착화합물을 대상으로 흡수 성능 차이를 나타내는 핵심인 ‘금속착화합물의 결합 형성 메커니즘’ 규명에 성공했다.

질소산화물의 흡수 성능을 결정하는 금속착화합물의 핵심요소를 규명함에 따라 연구진이 현재 개발하고 있는 ‘저온(100℃ 미만) 질소산화물, 황산화물 제거 흡수액’에 일산화질소를 고효율로 제거할 수 있는 최적의 흡수액을 설계하는데 활용될 계획이다.

배출되는 질소산화물은 대부분 일산화질소(연소공정의 경우 90% 이상)로 구성되며 물에 잘 녹지 않는 일산화질소를 제거하는 것이 기술의 핵심이다. 제거 기술 중 금속착화합물 흡수액은 일산화질소를 산화 과정 없이 금속이온에 직접 결합시켜 제거해 질산 폐수 발생을 최소화하는 기술이다. 연구진은 현재 흡수액 개발과 함께 흡수액의 장시간 사용을 위한 재생기술을 집중적으로 개발하고 있어 경제성·환경성을 갖춘 기술의 상용화를 앞당기고 있다.

연구진은 최적의 흡수액 설계를 위해 금속착화합물을 구성하는 금속이온과 리간드의 조합에 따른 다양한 금속착화합물들의 일산화질소 흡수성능 평가를 수행했으며 실험과 계산과학을 기반으로 금속착화합물과 일산화질소의 결합 형성 메커니즘을 밝혀냈다.

금속착화합물과 일산화질소의 기초 반응 분석을 통한 실험조건에서 철 이온(Fe2+)이 다른 금속이온에 비해 반응속도가 빨랐으며 150배 이상 일산화질소를 흡수할 수 있는 성능을 보였다. 연구진은 전자구조 계산을 통해 철 이온이 최적의 궤도 전자수를 가지고 있어 높은 일산화질소 흡수 물성을 가능케 함을 증명했다.

또한 일반적인 금속착화합물은 한 개의 일산화질소와 결합하지만 싸이올기(-SH)를 갖는 리간드로 구성된 금속착화합물은 한 개 또는 두 개의 일산화질소와 결합할 수 있어 1.5∼2배 이상 질소산화물을 흡수할 수 있는 성능을 보였다. 연구진은 계산과학을 통해 싸이올기를 갖는 금속착화합물의 판상 분자구조가 전자 구조를 변화시켜 추가적인 일산화질소 결합 자리를 만들어 흡수액 내 두 개의 구조가 모두 안정적으로 유지되는 것을 확인했다.

연구책임자인 윤형철 박사는 “연구결과를 기반으로 저렴하고 성능이 뛰어난 최적의 흡수액을 개발하고 있으며 흡수액 재생기술 확보를 통해 전자산업(반도체, 디스플레이), 암모니아 혼소 발전을 포함한 질소산화물을 배출하는 다양한 사업장에 적용 가능할 것으로 기대한다.”고 말했다.

한편 이번 연구는 산업통상자원부 제조분야 온실가스 미세먼지 동시저감 기술개발사업과 환경부 미세먼지 사각지대 해소 저감 실증화 사업의 일환으로 수행됐으며 연구결과는 환경공학 분야 저명 국제학술지인 ‘Chemical Engineering Journal’에 게재됐다.