생기원, 선박 질소산화물 98.8% 저감기술 개발

1㎿급 엔진 국내 첫 실증…반응기 부피 30% 줄여

한국생산기술연구원은 울산기술실용화본부 임동하 수석연구원 연구팀이 ‘금속 지지체 스마트 촉매 플랫폼’을 개발했다고 27일 밝혔다. ⓒ한국생산기술연구원

선박 엔진의 질소산화물(NOx)을 98.8%, 아산화질소(N₂O)를 72.1% 줄이는 배기가스 정화기술이 개발됐다.

한국생산기술연구원은 울산기술실용화본부 임동하 수석연구원 연구팀이 ‘금속 지지체 스마트 촉매 플랫폼’을 개발했다고 27일 밝혔다.

액화천연가스(LNG)와 암모니아는 선박의 탄소 배출을 줄일 대체연료로 꼽히지만 미반응 메탄과 아산화질소, 독성 암모니아 등을 배출할 수 있다.

세라믹 지지체 기반의 기존 정화장치는 부피가 크고 무거운 데다 열전달이 느려 배기가스 온도 변화에 신속히 대응하기 어렵다.

연구팀은 세라믹 대신 얇은 금속 지지체를 적용하고 미반응 메탄과 암모니아, 질소산화물, 아산화질소 등을 정화하는 촉매를 입혔다. 촉매 반응 면적은 넓히고 압력손실은 낮췄으며 열전달 속도도 높였다.

1㎿급 선박 엔진을 이용한 육상 실증에서는 출력 75% 조건에서 질소산화물 98.8%, 아산화질소 72.1%의 저감률을 기록했다. 1㎿급 선박 엔진 운전 조건에서 이뤄진 국내 첫 실증이다.

기존 세라믹 지지체와 비교하면 촉매 사용량은 약 55%, 모듈 수는 24%, 반응기 부피는 30% 감소했다.

연구팀은 금속 지지체 촉매를 고주파 유도가열로 직접 데우는 벤치 규모 반응 시스템과 파일럿 규모 확대를 위한 설계기술도 확보했다. 직접 가열로 열 손실과 온도 편차를 줄이고 재생전력과 연계하면 버너 연소에 따른 탄소배출도 낮출 수 있다.

임 연구원은 “금속 지지체 코팅 촉매와 고주파 유도가열을 결합해 촉매 반응기는 소형화하고 전기식 직접 가열 촉매 플랫폼을 구현한 것이 핵심”이라고 말했다.