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미세먼지 방지 및 저감을 위한 환경소재 기술 동향

환경오염 저감 촉매 소재

최 준 환 _ 재료연구소 기능세라믹연구실 책임연구원

최근 몇 년 새에 미세먼지가 부쩍 심해지고 있고, 이 로 인해 일상 생활에서 제약이 많아지고 있다. 미세 먼지(Particulate Matter, PM)란 공기 내 부유하는 크기가 10 μm 이하 및 2.5 μm 이하인 입자(PM10 및 PM2.5)(1)를 말하며, 세계보건기구 산하 국제암 연구소(IARC)는 미세먼지를 인간에게 암을 일으키 는 것으로 확인된 1군(Group 1) 발암물질로 분류하 고 있다(2013년 10월). 이러한 미세먼지로 인해 자발 적 고립자들이 늘고 있고 우리 아이들이 공부하는 학교, 유치원, 어린이집 및 병원, 지하철 등 다양한 공공 및 다중이용시설과 생활 및 작업 환경에 걸쳐 우리에게 당면한 현실의 문제이다.

최근 정부는 실내공기질기본계획(2014~2018년), 환경보건종합계획, 제2 차 대기환경개선종합계획 (2016~2025년), 과학기술 기반 미세먼지 대응 전략 발표(2016.11) 및 범부처 단일사업단 등을 통해 구체 적인 세부 이행 계획을 수립(2017~2023년)하여 대기 환경 관리를 추진하고 있지만 눈에 띌만한 변화는 체감되지 못하고 있다.

이러한 미세먼지는 다양한 원인으로 발생되고, 이중 인위적으로 발생되는 미세먼지는 대부분 석탄 및 석유 등의 화석연료가 연소될 때 과량 배출되며, 제 조업 등 각종 산업공정에서도 대량의 미세먼지가 발 생한다. 미세먼지는 직접 입자로 배출되는 1차 미세 먼지와 간접배출(2차 미세먼지)로 구분되며, 대표 적인 2차 미세먼지를 유발시키는 주요 가스 물질로 는 질소산화물(NOx), 휘발성유기화합물(VOCs), 황 산화물(SOx) 및 암모니아(NH 3 ) 등으로 대기 중에 서 광화학반응을 통해 2차 미세먼지를 형성시킨다. 2017년 7월 한·미 공동연구를 통한 국내 미세먼지 성분분석(PM, 항공관측) 결과, 2차 미세먼지가 전체 의 75% 이상인 것으로 조사되었다. 즉 매연으로 대 표되는 1차 미세먼지뿐만 아니라 2차 미세먼지를 유 발시키는 유해가스 성분들의 영향이 매우 크다는 것이다.

1차 미세먼지 및 2차 미세먼지 유발물질의 발생원 은 이동원과 고정원으로 분류하며, 이동원은 도로 오염원(자동차, 오토바이 등)과 비도로 오염원(선박, 기차, 건설기계, 농기계, 항공기 등)으로 구분하고, 고정원은 대형 산업시설(발전소, 제철소, 화학공장, 시멘트 제조설비, 소각장 등) 및 중소형 사업장(도 장공장, 인쇄소, 세탁소, 음식점 등)으로 구분된다. 1차 미세먼지는 대부분 필터로, 2차 미세먼지 유발 물질은 대부분 촉매 또는 흡착 소재로 제거하게 되 는데, 이 필터 소재로는 발생원 및 적용 환경에 따라 세라믹, 폴리머, 금속 소재가 사용되고 향후 이를 융 복합화한 필터 소재의 개발이 예상되며, 촉매 및 흡 착 소재는 미세먼지 전구물질의 종류와 발생원에 따라 다양한 산화 및 환원 촉매와 흡착제가 적용되 고 있다. 2차 미세먼지 생성 물질 중 NOx는 환원 촉 매로, VOCs 및 NH3는 주로 산화촉매 및 흡착제로, SOx는 대부분 흡착제나 스크러버로 제거하는데 향 후에는 촉매 및 촉매/흡착제 복합소재를 활용한 소 재 개발이 활발히 진행될 것으로 예상된다.

본 고에서는 주요 대기 오염물질인 배기가스, VOCs 및 악취 등의 유해가스를 처리하는 소재 기 술에 대해 중점적으로 논하고자 한다.

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<본 사이트에는 일부 내용이 생략되었습니다. 자세한 내용은 세라믹코리아 2019년 8월호를 참조바랍니다. 정기구독하시면 지난호보기에서 PDF를 다운로드 하실 수 있습니다.>