<소재·부품·장비 양산성능평가지원사업 우수 사례> ⑦㈜마이크로원 

<소재·부품·장비 양산성능평가지원사업 우수 사례> ⑦㈜마이크로원 

NOx·먼지 한번에 잡는 PTFE 촉매필터 실증 성공,

경제성 높은 대기오염 방지 솔루션 제공

▲ 마이크로원 충남 천안 본사 전경

지난 2006년 설립된 ㈜마이크로원은 ‘미세한 분진 하나라도 놓칠 수 없다’라는 회사 사명과 같이 대기환경을 개선하고자 산업 현장의 미세먼지 배출농도 저감과 집진 공정 솔루션을 개발·공급하고 있는 기업이다. 회사는 산업용 필터백 제조업체로 시작해 집진기를 포함한 후단 설비, 발전소내 집진설비, 저온 선택적 환원촉매 장치(SCR), 사업장배출 폐기물 소각로 EPC사업까지 종합 환경기업으로 성장하고 있다.

날로 강화되고 있는 질소산화물(NOx) 배출규제 강화에 맞춰 ㈜마이크로원은 미세먼지와 NOx를 동시에 저감할 수 있는 PTFE(테프론) 멤브레인 촉매 필터를 개발했으며, 제품의 실증평가 및 공급망 확보를 위해 ‘소재·부품·장비 양산성능평가지원사업’에 참여하게 됐다.

NOx는 질소와 산소로 이루어진 화합물로 공기 중의 질소가스(N2)가 분해되어 생성되며 대기오염 물질로는 일산화질소(NO), 이산화질소(NO2)가 가장 많다. 이들 NOx는 인체에 유해한 물질로 지속 노출되면 만성 기관지염, 폐출혈 등을 일으킬 뿐만 아니라 대기 중에서 휘발성유기화합물(VOCs)과 반응해 암을 유발하는 오존이나 미세먼지를 생성한다.

NOx는 자동자, 발전소 등 고온 연소공정과 화학물질 제조공정에서 주로 생성되기 때문에 세계 각 국가는 배출기준을 정하고 지속 관리하고 있다. 이를 저감시키기 위한 대기오염 방지시설로는 집진기, 흡착탑, 세정탑, SCR, 탈황장치 등이 있다.

NOx에 대한 규제가 날로 강화됨에 따라 대기오염을 의무적으로 방지해야하는 기업 입장에서는 운영비용이 적으면서도 제거 성능이 우수한 방지시설을 필요로 하고 있다.

방지시설 중 하나인 SCR은 NOx가 포함된 배기가스를 촉매를 사용해 높은 효율로 제거하는 시스템으로 주로 소각로, 발전용 보일러 등에 널리 사용되고 있다. 암모니아(NH3)와 같은 환원제를 배기가스에 혼합시켜 이 혼합가스를 200~400℃의 온도에서 운전되는 촉매층에 통과시키면 인체에 무해한 질소(N2)와 물(H2O)로 분해된다.

방지시설로 널리 사용되는 여과집진기는 배기가스에 포함된 먼지, 중금속, 다이옥신을 분리·포집해 제거하는 시스템으로 여과방식에 따라 Bag Filter, 카트리지, 싸이클론 등이 있다. 일반적으로 많이 사용되는 여과집진기(Bag Filter)는 공정상 SCR 앞단에 설치되는데 여과집진기에 저온촉매(170~200℃)를 적용하면 설치 및 운영이 비싼 SCR을 대체하는 효과를 거둘 수 있다.

▲ 마이크로원이 생산 공정을 통해 PTFE 멤브레인 촉매필터를 양산하고 있다.

이에 ㈜마이크로원은 불소계 수지의 일종인 PTFE 부직포에 NOx 제거 기능이 있는 촉매를 담지시켜 촉매 원단을 생산하고, PTFE 멤브레인과 복합화(라미레이팅)을 거쳐 미세먼지와 NOx를 동시 저감할 수 있는 PTFE 멤브레인 촉매필터를 개발하는데 성공했다. 촉매필터에 적용된 촉매 성분과 NOx가 환원제에 의해 반응하면 SCR과 같이 질소(N2)와 물(H2O)로 전환시키는 효과가 있다.

때문에 기존 여과집진기의 일반필터를 교체하는 것만으로도 NOx를 50%나 감소시킬 수 있는 혁신적인 제품이다. ㈜마이크로원은 설치·운영비가 비싸면서 많은 공간을 차지하는 SCR 설비를 대체해 가격경쟁력을 갖춘 새로운 NOx 제거 방지시설을 시장에 제시하고자 PTFE 촉매필터 사업을 확장키로 결정했다.

그러나 저온촉매가 성능을 제대로 발휘할 수 있기 위해선 여과집진기 온도를 185℃까지 높여 줘야 하는데 대부분의 설비가 이를 만족시키지 못해 NOx 제거율이 목표치보다 낮게 나타나는 어려움이 있었다.

㈜마이크로원은 이러한 문제를 해결하기 위해선 실제 여과집진기에 촉매필터를 설치해 실증함으로써 지속 개선하는 방법이 최선임을 인지했다. 이에 수요기업인 ㈜이웰과 협력을 통해 PTFE 촉매필터의 내구성, 국내외 경쟁제품과의 수준을 비교하고 시제품 실증과 양산을 검증하는 것을 목표로 양산성능평가지원사업을 추진하게 됐다.

필터교체 NOx 50% 감소 및 SCR 대체 가능, 價 경쟁력 확보

PTFE 촉매필터 생산 수직계열화, 바이오매스 발전소 적용 확대

■양산성능평가지원사업, PTFE 촉매필터 수입대체 및 글로벌 신시장 개척 마중물

양산성능평가지원사업을 통해 ㈜마이크로원은 PTFE 촉매필터를 제주도에서 바이오매스 발전소를 운영 중인 ㈜이웰의 여과집진기 내 일반필터를 교체해 설치했다. 설치 후 촉매필터의 성능 검증 및 NOx 제거율 등은 공인기관인 한국산업기술시험원(KTL)에 의뢰해 시험성적서로 확인 받았다.

㈜마이크로원은 PTFE 촉매필터 생산에 있어 원료를 제외한 전체 설비를 수직계열화시킨 국내 유일의 기업으로서, 여과집진기 적용에 앞서 ㈜마이크로원은 ㈜이웰의 배기가스에서 발생하는 산성가스 농도를 고려해 적합한 촉매를 선택하고 이를 PTFE 부직포에 담지하기 위한 코팅법을 적용했다. 여과집진기 설비 길이에 따라 4~6m까지 맞춤 제작이 가능한 것도 경쟁력이다.

양사는 PTFE 촉매필터를 장착하고 운전조건 온도를 높이면서 여과집진기 전·후단 NOx 농도를 측정하는 방식으로 NOx 배출량을 모니터링했다.

▲ 여과집진기 내 PTFE멤브레인 촉매필터 설치 위치(左)와 설치공사 진행 모습

PTFE 촉매필터를 적용한 결과 170℃의 운전조건에서 44%의 NOx 저감효율을 기록했으며 소각장의 기본 온도인 180℃에서는 약 50%의 저감효율을 보였다. 또한 분진제거율은 평균 99.9% 이상으로 우수한 것으로 나타났다. NOx와 미세먼지를 동시에 제거할 수 있으며 필터 교체비용도 낮아 운영비를 30% 절감할 수 있다. 때문에 중소기업으로서 구축·운영에 부담이 큰 SCR의 추가 설치비로 줄일 수 있는 효과가 있다.

양산성능평가지원사업은 ㈜마이크로원이 실증 데이터를 기반으로 글로벌 신시장을 개척할 수 있는 기회를 제공했다. 회사는 현재 대만 소각장에 PTFE 촉매필터를 설치해 성능을 평가 중이며 10곳의 바이오매스 발전소에 적용을 확대한다는 계획이다.

또한 국내에서도 소각장, 제철, 발전소 등에 대기오염 방지시설에 제품을 공급하고, 환경부 NET(신기술) 인증에 따른 수의계약을 추진할 계획이다. 수입에 의존하고 있는 PTFE 촉매필터를 대체함으로써 오는 2027년 국내외 필터 매출을 현재 대비 5배 증가한 1,710억원으로 확대한다는 목표를 세웠다.

㈜마이크로원은 양산성능평가지원사업을 통한 실증 경험이 PTFE 촉매필터 생산 수직계열화에 필요한 모든 연구개발을 완성시키고 사업화를 앞당기는 중요한 역할을 했다고 강조했다. 특히 사회적으로도 오염물질 배출에 민감한 일반 주민들에게 신기술로 오염물질의 제거효율을 높이면 청정소각로 운영이 가능하다는 인식을 전환할 수 있는 효과도 있다고 밝혔다.

㈜마이크로원 관계자는 “실증에 성공한 PTFE 촉매필터를 배기가스 이산화탄소를 포집해 활용하는 CCU 기술과 융합해 배기가스 배출이 없는 청정소각로 운영기술을 확보하고 사업화함으로써 에너지 절감과 자원순환을 선도하는 글로벌 종합 환경기업으로 자리매김할 계획”이라고 포부를 밝혔다.