- 가스 엔진 적용 시 1000시간 후 촉매 기능 유지…온실가스 배출 저감 비용 최적화 동시 달성
일본의 다나까귀금속공업은 황(S) 내구성이 우수하고 장기간 높은 정화 성능을 유지하는 메탄 산화 촉매 MOC1-30 시리즈를 개발했다고 7일 밝혔다.
이 제품은 천연가스나 도시가스 등 기체 연료를 사용해 동력을 생산하는 가스 엔진 배기가스에 포함된 메탄을 제거하는 데 활용된다. 최근 데이터센터용 분산 전원, 비상용 발전이나 선박 동력 등 가스 엔진의 활용 영역이 확대되면서 천연가스 연료 발전 설비와 선박 등이 급속 보급되고 있다. 이에 따라 배출되는 메탄 감축을 위한 투자 수요도 증가할 것으로 예상된다. 메탄은 이산화탄소(CO₂)보다 약 25배 강한 온실효과를 유발하는 물질이어서 감축 필요성이 커지고 있다. 이 제품은 황으로 인한 촉매 열화를 개선해 입구 가스 온도 350℃ 환경에서 1000시간 연속 운전 후에도 메탄 제거율 80% 이상을 유지하는 메탄 산화 촉매다.
한편 액화천연가스(LNG) 계열 가스나 부취제에는 황 성분이 함유되는 경우가 많다. 부취제는 가스 누출을 감지하기 위해 첨가되는 냄새 성분이다. 기존 메탄 산화 촉매에서는 황의 영향으로 촉매 활성이 저하된다. 고온에서는 촉매 반응을 담당하는 백금(Pt) 결정 입자가 커져 촉매 성능이 저하된다. 일반적으로 탈황 장치로 황 성분을 일부 제거하지만 여전히 남아 있는 황 성분이 촉매 열화의 원인이 된다.
다나카가 개발한 메탄 산화 촉매 MOC1-30은 독자 기술로 촉매 표면에 흡착된 황을 삼산화황(SO₃)으로 분리하는 기능과 백금 입자와 담체 간 결합을 유지하고 촉매 성능 및 활성을 유지한다. 다나카는 원료 조달부터 소재 개발·제조·판매·재활용까지 일관 생산 체제를 갖췄다. 이 제품은 사용 후에도 귀금속으로 재활용할 수 있다. 이 회사는 귀금속 전구체 설계 등 소재 개발부터 촉매 제품 개발과 제조까지 일관되게 수행하는 독자적인 강점이 있다.
해당 제품 촉매 성능 평가에서는 질소(N₂) 가스 중에 메탄 2000ppm, 산소(O₂) 10%, 이산화황(SO₂) 1ppm을 포함한 모델 가스 조건(공간속도: 2만5000h⁻¹, 셀 수: 100셀, 입구 가스 온도: 350℃)에서 1000시간 연속 반응 후에도 메탄 전환율 80% 이상을 유지하는 것을 확인했다. 메탄 전환율은 촉매 화학 반응을 통해 메탄 성분의 몇 %가 다른 물질로 전환됐는지를 나타내는 지표다. 이 수치가 100%에 가까울수록 미연소 상태로 대기 중에 방출되는 메탄이 제거되고 있음을 의미한다.
또한 이산화황 3ppm을 포함한 모델 가스 조건(공간속도: 10만h⁻¹, 셀 수: 400셀, 입구 가스 온도: 400℃)에서도 100시간 연속 반응 후 약 90%의 높은 메탄 전환율을 유지한다. 아울러 기존 백금계 촉매 및 팔라듐(Pd)계 촉매와의 비교 평가에서도 우수한 내구 성능을 보여 기존 촉매를 크게 상회하는 결과를 확인했다. MOC1-30은 우수한 황 내구성과 메탄 정화 성능을 갖추고 있어 고정형 가스 엔진이나 선박용 가스 엔진 등에서 배출되는 메탄을 감축할 수 있는 촉매다. 수명 연장에 따른 교체 빈도 감소, 운영 비용 절감, 탈황 공정의 부하 감소, 시스템 효율화, 환경 성능과 경제성 증대, 사용후 촉매 회수 후 재자원화 등의 장점이 있어 온실가스 저감과 비용 최적화에 모두 기여한다.
다나카귀금속 관계자는 “귀금속 촉매를 개발해 배기가스 정화 및 에너지 분야 등 폭넓은 영역에 제품을 제공하고 있으며, 산업계 탈탄소화와 지속 가능한 사회 실현에 기여할 것”이라고 밝혔다.