한국에너지기술연구원 수소융복합소재연구실 이신근 박사 연구진이 반도체 및 디스플레이 생산 공정에서 배출되는 이산화탄소를 공기의 주성분인 질소와 산소로 분해하는 촉매를 개발, 반도체·디스플레이 생산 공장에서 발생하는 온실가스를 깨끗한 공기로 바꿀 수 있게 됐다.

반도체 및 디스플레이 산업은 지난 4월 기준 국내 총 수출액의 20%를 차지하는 우리나라 주력산업으로 인공지능, 가상현실 분야의 수요증가로 인해 지속 성장할 전망이지만 생산 과정에서 이산화질소를 비롯한 다량의 온실가스가 발생해 산업부문의 탄소중립을 실현하기 위한 친환경 공정 개발의 필요성이 제기되고 있다.

반도체 증착에 사용되는 이산화질소는 연소, 플라즈마, 촉매분해 방식을 통해 분해되지만 연소방식은 분해과정에서 온실가스인 이산화탄소, 질소산화물이 발생하며, 플라즈마를 이용한 분해방식에서도 질소산화물이 생성되고 전력소모가 많다는 문제가 있다.

반면에 촉매분해 방식은 낮은 온도에서도 대량의 배출가스를 분해할 수 있고, 질소산화물을 생성하지 않아 가장 친환경적인 분해방식으로 평가받고 있다.

연구진은 현재 분해촉매로 사용되고 있는 고가의 루테늄보다 더욱 저렴하고 우수한 산화 환원반응을 지닌 구리를 촉매로 적용했다.

연구진이 개발한 촉매는 1~20%의 다양한 농도에서도 이산화질소를 99% 이상 분해하는 우수한 성능을 나타냈다.

또 500시간 이상의 운전에도 촉매의 성능이 떨어지지 않아 장기적인 내구성까지 확보했다.

연구진은 개발한 촉매를 실제 공정에 적용하기 위해 촉매분해시스템 업체와의 협력을 추진하고 있으며, 올 하반기부터 상용화 단계에 진입할 전망이다.

연구책임자인 이신근 박사는 “개발한 촉매는 반도체와 디스플레이 공정에서 실제 배출되는 1% 이하부터 20% 이상의 농도까지 99% 이상 분해가 가능하며, 간단한 제조공정으로 대량생산이 가능해 상용화 가능성이 높다.”며, “반도체, 디스플레이뿐만 아니라 암모니아 연소 등 다양한 분야에 적용이 가능한 유망한 기술로 국가 온실가스 저감 목표에 기여할 수 있을 것”이라고 밝혔다.