한국에너지기술연구원 연구진이 질소산화물 흡수액을 제조하고 있다.[한국에너지기술연구원 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 질소산화물은 발전산업계와 같은 고정 배출원이나 이동수단에서 배출되는 배기가스에 다량 포함돼있다. 대기 중으로 배출된 질소산화물은 인체의 건강에 미치는 영향이 클 뿐 아니라 분진 등과 반응해 인류의 생존을 위협하는 미세먼지의 주요 원인이 된다.

한국에너지기술연구원 윤형철‧이찬우 박사 연구팀은 질소산화물을 대용량, 고효율로 제거할 수 있는 대표적인 금속착화합물을 대상으로 흡수성능 차이를 나타내는 핵심인 금속착화합물의 결합 형성 메커니즘 규명에 성공했다고 23일 밝혔다.

질소산화물의 흡수성능을 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.

질소산화물은 대부분 일산화질소(연소공정의 경우 90% 이상)로 구성되며, 물에 잘 녹지 않는 일산화질소를 제거하는 것이 기술의 핵심이다. 제거 기술 중 금속착화합물 흡수액은 일산화질소를 산화과정 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 리간드*의 조합에 따른 다양한 금속착화합물들의 일산화질소 흡수성능 평가를 수행했으며, 실험과 계산과학을 기반으로 금속착화합물과 일산화질소의 결합 형성 메커니즘을 밝혀냈다.

금속착화합물과 일산화질소의 기초 반응 분석을 통한 실험조건에서 2가 철 이온(Fe2+)이 다른 금속이온에 비해 반응속도가 빨랐으며, 150배 이상 일산화질소를 흡수할 수 있는 성능을 보였다. 연구진은 전자구조 계산을 통해 철 이온이 최적의 d 궤도 전자수를 가지고 있어 높은 일산화질소 흡수 물성을 가능케 함을 증명했다.

또한 한 개 또는 두 개의 일산화질소와 결합할 수 있어 1.5~2배 이상 질소산화물을 흡수할 수 있는 성능을 보였다.

연구진이 장기간 평가를 위해 질소산화물 흡수-재생 순환실험을 하고 있다.[한국에너지기술연구원 제공]

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

이번 연구결과는 환경공학 분야 국제학술지 ‘케머컬 엔지니어링 저널’에 게재됐다.