질소산화물은 연소과정에서 발생하는 질소와 산소의 화합물이며, 이 물질은 미세먼지를 생성시키는 주요 원인물질 중 하나이다. 미세먼지를 줄이기 위해서는 이 물질을 환원제인 암모니아와 촉매 상에서 반응시켜 환경 친화적인 물이나 질소로 전환시키는 화학적 처리방법이 있어야 한다.

발전소나 자동차 등에 적용되는 상용촉매는 300°C 이상의 고온에서 질소산화물을 물로 바꾸며 전환율이 높다. 하지만 300°C 이상의 고온 환경이 있어야 한다는 점에서 비용이 소모되고, 촉매가 고온에 노출되면 독성 촉매성분이 증발되어 대기 중에 방출된다는 문제점이 있어 여러 국가는 고온에서 독성을 지닌 촉매 사용을 제한하고 있다. 

KIST(원장 이병권)는 하헌필, 김종식 물질구조제어연구센터 박사팀이 이러한 기존 상용촉매의 단점을 개선한 촉매를 개발했다고 5일 밝혔다.

개발된 탈질촉매는 대기 중에 독성 방출을 억제하고, 300°C 이하의 상대적 저온 영역에서도 높은 효율을 유지한다. 이 촉매는 높은 안정성을 보이며, 저가로 제조해 대량 생산할 수 있다.

하헌필, 김종식 박사팀은 기존에 알려지지 않은 '구리바나듐 복합산화물'을 주촉매성분으로 활용했다.

연구팀의 촉매구조 개량을 통해 독성의 촉매성분 증발이 억제되고, 자동차·선박 기준으로 상대적으로 저온인 230°C 에서도 상용촉매 대비 10~15% 향상된 질소산화물 전환율이 나타냈다. 또 배연가스에 포함되어 있는 이산화황이 존재하는 상황에서 촉매의 내구성이 약 4배 향상됐다. 

연구팀은 활성물질을 안정화시키는 재료설계 기법을 사용해 고온에서 대기 중으로 활성물질이 증발될 수 있는 가능성도 줄였다.   

연구책임자인 하헌필 박사는 "이번 연구에서 개발된 촉매를 발전소·자동차 등에 실제 장착해 상용화를 추진할 계획"이라면서 "현재 촉매 성능 향상을 위한 촉매성분 최적화 연구를 진행하고 있다"고 말했다.  

이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원을 바탕으로 KIST 기관고유사업과 한국연구재단 미래소재 디스커버리사업으로 수행됐다. 연구결과는 촉매 분야 최고수준의 과학전문지 'Applied Catalysis B: Environmental' 최신 온라인판으로 게재됐다.