자동차 배기가스에는 유해가스는 HC(탄화수소), NOx(질소산화물), CO(일산화탄소), CO2(이산화탄소) 그리고 미세먼지 등 인체에 치명적인 영향을 미치는 물질들이 다량 함유돼 있습니다. 또한 지구온난화를 유발하는 주요 요인이기도 합니다.
따라서 자동차 배기가스는 촉매를 이용한 처리를 거친 후에 대기에 배출되도록 돼 있습니다. 환경부는 자동차 배기가스 저감을 위해 등급제를 시행하고 배출가스 저감장치를 부착하는 등 배기가스에 대한 엄격한 관리를 하고 있습니다.
오늘은 인체뿐만 아니라 환경에 치명적인 자동차 배기가스를 낮추는 자동차 촉매기술에 대해 알아보도록 하겠습니다.
대기오염물질 낮추는 #자동차 촉매기술
가솔린과 디젤 등 연료가 불에 타면 다양한 오염물질이 발생합니다. 이러한 오염물질을 바꿔주는 역할을 하는 것이 바로 ‘촉매’입니다. 촉매는 자신은 변하지 않지만 주위의 화학 반응을 촉진시키는 물질로, 이러한 역할을 하는 장치가 바로 ‘촉매 변환기’입니다.
산화촉매장치(DOC: 촉매를 이용해 경유차에서 나오는 배기가스 미세먼지를 줄이는 장치)를 부착하면 미세먼지뿐 아니라 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO) 등의 오염물질도 70% 이상 감소시키는 효과를 가져옵니다. 자동차 촉매는 CO와 HC를 산화하여 이산화탄소와 물로 변화시키는 동시에 NOx을 환원하여 무해한 질소와 산소로 변화시키는 기능을 가지고 있어 ‘삼원촉매(Three-way Catalyst)’라고 합니다.
미세먼지 감소, #산화촉매
산화촉매법은 인쇄, 도장 코팅 등의 화학공정에서 발생하는 VOCs 또는 유기성 악취 등을 처리하는 방법입니다. 특히 자동차 배기가스 중 질소산화물의 배출을 줄이는 데 핵심적인 역할을 합니다. 디젤 엔진의 경우 산화촉매장치(DOC: 촉매를 이용해 경유차에서 나오는 배기가스 미세먼지를 줄이는 장치)를 반드시 부착해야 하는데요, 미세먼지뿐 아니라 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO) 등의 오염물질도 70% 이상 감소시키는 효과를 가져옵니다.
질소산화물 제거, #선택적 환원 촉매 (SCR)
선택적 촉매로 작용하는 환원(Selective Catalytic Reduction; SCR) 촉매는 환원 조절 시스템 내에서 엔진 배기가스 및 환원제와 촉매 사이의 화학적 반응을 통하여 엔진 배기가스에서 가장 많이 나오는 공해 성분인 질소산화물(NOx)을 제거하는 역할을 수행합니다.
나노촉매를 사용하여 인체에 유해한 질소산화물 NOx(NO와 NO2가 대부분임)를 무해한 질소와 물로 전환하는 촉매기술로, NOx를 환원시키기 위해 환원제로 암모니아(NH3)나 요소수(urea)를 사용하는데 이 환원제들은 촉매 앞단에서 분사되어 배기가스와 함께 SCR 촉매로 들어가게 됩니다.
미세먼지 원인물질 #저공해 분해기술
과학기술정보통신부는 최근 기존보다 낮은 온도에서도 질소산화물(NOx)을 분해하고 스스로 재생하는 촉매를 개발했습니다. 이 촉매는 기존보다 낮은 온도(280℃ 이하)에서도 재생능력을 잃지 않아 탈거 및 재설치 시 고온처리를 할 필요가 없어, 촉매의 수명이 월등히 향상되고 촉매 교체 주기도 길어지게 됐습니다.
또한 질소산화물(NOx) 분해 시 대부분 인체에 무해한 질소(N2)로 전환돼 암모니아(2차 미세먼지)나 N2O(온실가스)가 배출되지 않는 저공해 미세먼지 저감 기술로도 주목받고 있습니다.
자동차뿐만 아니라 공장, 선박 등에서도 배기가스가 배출되는데요. 다양한 대기오염 물질을 포함하고 있는 배기가스 저감을 위해 전 세계적으로 촉매기술 연구가 활발하게 진행되고 있습니다. 깨끗하고 안전한 대기환경을 위해 화학기술이 활약하고 있는데요. 하루빨리 미세먼지 없이 마음껏 깨끗한 공기를 마시는 날이 오기를 바랍니다.
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