일본산업뉴스요약

유해물질 사용하지 않고 NOx 분해
신슈대학, 반도체 촉매를 가열해 분해

신슈대학의 미즈구치(水口) 교수 연구팀은 대기 요염의 원인이 되는 질소산화물(NOx)을 열과 촉매로, 질소와 산소로 분해하는 방법을 개발했다. 기존 방법은 분해에 유독한 암모니아를 사용하지만 개발한 방법은 반도체 촉매를 가열하기만 하면 분해할 수 있기 때문에 안전하다. 공장이나 엔진에서 배출되는 가스를 처리하는 방법으로 사용할 수 있다고 한다. 기업과 협력해 1~2년 후에 실용화를 목표한다.

NOx은 공장의 배기가스 속이나 트럭에서 디젤엔진을 사용했을 때 나오는 일산화질소(NO)나 이산화질소(NO2) 등의 물질의 총칭이다. 독성이 강한 물질로, 물에 녹으면 매우 강한 산성도를 보여 산성비를 일으킨다. 중국이나 동남아시아에서는 심각한 대기오염의 원인이 되고 있다.

NOx의 제거 방법으로 일반적인 것은 배연탈초법(排煙脫硝法)이다. 배기가스 속에 암모니아를 분사해서 가열해 촉매와 반응시킴으로써 질소나 물로 변환한다. NOx에 많이 반응시키기 위해 대량의 암모니아를 사용한다. 반응하지 않은 암모니아가 배출되어 분해할 필요가 있기 때문에 장치의 대형화가 필요하다. 또한 귀금속 촉매로 분해하는 방법도 있지만 촉매가 비싸져 대형화가 어려웠다.

연구 그룹은 반도체를 가열했을 때에 산화력이 강해지는 현상을 이용했다. 이전에 이 현상을 사용해 휘발성의 유기화합물이나 폐 플라스틱을 분해하는 장치를 개발했다.

개발한 촉매는 산화크롬 반도체에서 섭씨 500도 정도로 가열하면 전자를 빼내는 활성을 나타낸다. 장치에 배기가스를 불어넣으면 촉매가 있는 통을 관통하는 동안에 NOx가 분해되고 출구에서 질소와 산소로 바뀐다. 배기가스에 포함되어 있는 유기화합물 가스도 함께 분해할 수 있다.

실제로 NOx의 하나인 NO를 장치에 불어 넣어 실험했다. 일반적인 공장의 배기가스에 포함되는 농도의 NO라도 70~80%를 분해할 수 있었다. 일부는 NO2로 변했지만 기준치보다도 낮았다. 장치의 크기는 공장 등에 사용하는 것부터 트럭 등의 엔진에 장착하는 것까지 만들 수 있다.

NOx는 질소나 산소와 비교해 불안정한 물질이다. 질소원자와 산소원자는 전자를 매개해 연결되어 있다. 전자가 빠지면 결합이 끊어져 분해되면서 보다 안정된 질소나 산소가 되기 쉽다. NO뿐 아니라 NO2도 비교적 불안정하기 때문에 같은 방법으로 분해할 수 있다.

앞으로는 기업과 공동으로 실제로 배기가스를 사용해 실증실험을 진행한다. 또한 촉매의 구조를 연구함으로써 보다 고효율로 분해될 수 있도록 장치를 개발한다. 미즈구치 교수는 이 기술로 유기화합물의 분해 장치를 판매하는 벤처기업을 설립했다. NOx 분해 장치도 1~2년 후의 실용화를 목표하고 있다.

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