에너지연, 반도체공정서 나오는 온실가스 분해용 고성능 촉매 개발

[충청뉴스 이성현 기자] 국내 연구진이 반도체 공정에서 배출되는 온실가스 분해용 고성능 촉매를 개발했다.

한국에너지기술연구원은 CCS연구단 이신근 박사 연구진이 반도체·디스플레이 생산 공정에서 발생하는 온실가스를 낮은 온도에서도 매우 안정적으로 분해할 수 있는 새로운 촉매 개발에 성공했다고 21일 밝혔다.

연구진은 기존 촉매 반응의 한계를 극복하기 위해 최적의 촉매 조성을 적용하고 기존 촉매보다 낮은 온도에서 4000시간 연속으로 운전해도 성능이 유지되는 촉매를 개발하는 데 성공했다.

사불화탄소와 같은 불화가스는 물과 작용하는 가수분해반응을 통해 분해된다. 불화가스가 낮은 온도에서도 물과 빠르게, 많이 반응하기 위해서는 촉매 내에 불화가스가 들어올 수 있는 공간이 많아져야 한다. 이 개념을 ‘루이스산점’이라 하며 루이스산점이 많아지려면 촉매 내의 아연 함량을 최적으로 맞추는 기술이 필요하다.

또 연구진은 촉매 내에 포함된 아연, 알루미나, 인 등의 함량을 최적의 양으로 조정해 루이스산점을 최대화했다. 연구진이 개발한 촉매는 기존 촉매의 작동 온도보다 50도 낮은 700도에서도 5000ppm 이상의 고농도 사불화탄소를 98% 이상 안정적으로 분해했다. 작동 온도가 낮아짐으로써 에너지 효율은 기존 대비 10% 이상 상승했다.

개발된 촉매를 테스트한 결과 5000ppm 기준 4000시간 연속운전에도 촉매 성능이 저하되지 않아 장기 내구성을 확보했다. 상용 기준인 2000ppm 기준 1000시간 연속운전보다 두 배 이상의 성능을 달성한 것이다.

또 사플루오르화탄소 외 반도체 공정에서 발생하는 육플루오르화황(SF6)와 삼플루오르화질소(NF3)도 동시 분해가 가능하며, 펜타플루오르에탄과 같은 냉매 가스도 분해하는 것으로 확인돼 활용처도 넓어졌다.

연구진은 개발한 촉매를 대량 생산할 수 있는 방안도 마련했다. 촉매 생산에 압출 공정을 적용함으로써 활용처에 따라 촉매의 형태와 크기를 다양하게 조절할 수 있게 했다. 특히 반응 면적이 크고 경량화에 유리한 허니컴(벌집구조) 형태로도 생산할 수 있어 상용화 가능성을 높였다.

이신근 박사는 “개발한 촉매는 반도체와 디스플레이 공정에서 배출되는 다양한 불소계화합물을 비롯해 폐냉매 처리까지 가능한 다재다능한 촉매”라며 “반도체, 디스플레이뿐만 아니라 폐차장, 폐가전 등에도 적용할 수 있어 국가 온실가스 저감 목표에 크게 이바지할 수 있는 기술”이라고 설명했다.