촉매 Q&A 시리즈 – 3편. 산업별 촉매 선택의 기준
2025.11.14
앞선 Q&A 시리즈 1·2편에서는 촉매의 기본 원리와 역할, 그리고 수소경제와 탄소중립 시대에 촉매가 주목받는 이유를 살펴보았습니다. 이어서 3·4편에서는 본격적으로 실제 산업 현장에서의 촉매 활용 사례와 산업별로 중요한 촉매 기술을 소개하겠습니다.
1. 산업마다 다른 촉매가 필요한 이유가 무엇인가요?
산업별로 공정에 맞는 △반응 온도 △압력 △반응물 조성 △오염물질 종류 △촉매 독성 물질 △운전 조건 등 환경이 각각 다르기 때문입니다. 공정 환경이 달라지면 동일한 반응이라도 필요한 촉매 조성·구조가 달라질 수밖에 없습니다.
이러한 차이는 실제 산업 현장에서 다음과 같이 나타납니다.
- 자동차 배기가스 정화 촉매: 수백 도의 고온에서 빠르게 작동해야 함
- 반도체 PFC 분해 촉매: 극미량의 반응 제어와 화학적 내구성이 핵심
즉, 같은 ‘산화 반응’이라도 적용 산업에 따라 활성 금속의 종류, 담지체 구조, 촉매 입자 크기가 달라지는 것입니다. 따라서 산업별로 공정에 맞는 최적의 촉매 설계가 필수적입니다. 희성촉매는 이러한 차이를 정밀하게 반영해 촉매의 물리·화학적 특성을 최적화함으로써 ‘보편적 기술’이 아닌 ‘적응형 촉매 기술’로 발전시켜 나가고 있습니다.
2. 같은 산업 내에서도 필요한 촉매가 다른 이유는 무엇인가요?
같은 산업 내에서도 고객의 반응기 구조, 운전 조건, 배기가스 조성에 따라 필요한 촉매가 달라집니다. 예를 들어, 정유 공정의 개질 촉매와 석유화학의 수소화 촉매는 모두 금속 촉매이지만 반응 압력·온도·촉매 표면 특성이 각각 다릅니다. 이처럼 공정 맞춤형 촉매(Customized Catalyst) 설계는 산업 경쟁력을 높이는 핵심 기술입니다.
3. 희성촉매는 산업별 맞춤형 촉매를 어떻게 개발하나요?
희성촉매는 각 산업의 반응 조건을 반영해 금속 조성비, 담지체 구조, 활성화 공정을 설계합니다. 또한 반응속도론(Kinetics)과 표면분석 데이터 기반으로 공정별 반응 모델을 구축해 성능·내구성·환경 기준을 만족하는 촉매를 제공합니다.
4. 촉매 선택 시 고려해야 할 점은 무엇인가요?
산업용 촉매는 가격만으로 가치를 판단하기 어렵습니다. 촉매는 공정의 성능과 유지보수 비용, 에너지 효율까지 직접 영향을 미치기 때문입니다. 따라서 도입 시에는 총소유비용(TCO)과 함께 공정 적합성, 내구성, 기술 지원 체계를 종합적으로 검토해야 합니다.
- 공정 조건 적합성: 반응 온도, 압력, 가스 조성, 유량, 배압(ΔP), 운전 주기와의 호환성
- 성능 유지력: 장기 운전 시 활성도와 선택성 안정성
- 교체·재생 주기: 수명 및 재생 가능성 검증 여부
- 귀금속 회수 효율: 회수·재활용 체계 확보 여부
- 기술 지원: 실험실(Lab)–파일럿(Pilot)–실증(Demo) 단계별 데이터 제공 여부
이 다섯 가지는 공정 효율성과 지속가능성을 동시에 확보하기 위해 중요하게 고려해야 할 기준입니다.
5. 촉매의 내구성은 어떻게 평가하나요?
촉매의 내구성은 장시간 운전 중 활성화가 얼마나 안정적으로 유지되는지를 기준으로 평가합니다. 촉매는 운전 환경에 따라 열화(Deactivation), 피독(Poisoning), 응집(Sintering), 탄소 침적(Coking) 등으로 시간이 지날수록 성능이 저하될 수 있습니다. 이를 확인하기 위해 가속 내구 시험(Accelerated Aging Test)을 실시해 열적 안정성을 평가하고, 장시간 반응 후 전환율 변화나 압력 강하(ΔP)를 측정해 실제 운전 조건에서의 안정성을 확인합니다. 또한 표면 분석(SEM, XRD, BET 등)을 통해 금속 입자 크기 변화나 피독 물질 축적 여부를 진단합니다. 필요 시 재생(Recovery) 테스트를 통해 성능 회복률을 검증하며, 평가 결과는 촉매 교체 주기와 재생 주기 설정, 공정 운전 최적화의 기초 자료로 활용합니다.
6. 촉매 교체나 재생은 어떻게 관리하나요?
촉매 교체 주기는 공정 조건, 원료 조성, 운전 시간 등 여러 요인의 영향을 받습니다. 일반적으로는 전환율 감소, 압력 손실 증가, 반응 온도 변화 등이 교체 시점을 판단하는 주요 지표입니다. 정기 점검을 통해 반응 효율과 배압을 함께 모니터링하면 불필요한 조기 교체를 방지하고 총소유비용을 줄이는 데 도움이 됩니다. 또한 촉매 비활성화가 일정 수준 이상 진행되면 재생(탈탄·세정·열처리 등) 과정을 통해 일부 성능을 회복시킬 수 있습니다. 재생 효율이 낮을 경우에는 폐촉매를 회수해 귀금속을 추출·재활용하는 것이 경제적으로 유리합니다.
7. 귀금속 회수·재활용은 왜 중요한가요?
백금(Pt), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh) 등 귀금속은 촉매 제조 원가의 상당 부분을 차지하며 국제 시세 변동도 크기 때문에 생산 비용에 직접적인 영향을 줍니다. 따라서 사용이 끝난 촉매에서 귀금속을 회수·정제해 재활용하면 신규 원료 구매 비용을 절감할 수 있습니다. 또한 새로 채굴되는 귀금속은 채굴·제련 과정에서 막대한 에너지와 탄소 배출이 발생하므로 재활용은 탄소중립 달성과 ESG 경영 측면에서도 필수적인 전략입니다. 결국 귀금속 회수·재활용은 경제성과 환경성을 동시에 확보하는 핵심 수단이라 할 수 있습니다.
8. 촉매를 도입하기 전에 무엇을 준비해야 하나요?
새로운 촉매를 도입하거나 교체를 검토할 때는 공정 조건과 목표 데이터를 공급사와 함께 공유하고 점검하는 과정이 필수입니다. 최적 촉매 조성과 구조, 충전량을 판단하기 위한 기초자료로 아래 항목들을 사전에 정리해두면 정확하고 효율적으로 협의할 수 있습니다.
① 공정 및 장비 정보
- 공정 조건: 반응 온도, 압력, 유량, 배압, 체류 시간(Space Velocity)
- 원료 및 배출 특성: 반응물 조성, 불순물(황·염소·실리콘 등), 수분 함량
- 장비 사양: 반응기 형태(고정층·유동층·코팅형 등), 충전 공간 부피, 가열 방식
② 촉매 운전 및 성능 정보
- 촉매 사용 조건: 목표 전환율, 선택성, 생산성, 촉매 충전량·교체 주기
- 현상 및 개선 요구사항: 기존 촉매의 열화, 압력 손실, 피독 등 문제점
- 촉매 소요량 및 주기: 연간 촉매 소비량, 예상 교체 시점
③ 경제성 및 운영 계획
- 비용 프레임: 목표 단가(kg당 또는 시스템 기준), 운전비 절감 목표
- 귀금속 회수 계획: 회수·재활용 여부, 귀금속 정산 방식(환매·신촉매 차감 등)
④ 프로젝트 일정 및 검증 체계
- 일정: 시험 일정, 상용화 목표 시점, 샘플 테스트 계획
- 기술 검증 방식: 파일럿·데모 운전 가능 여부, 성능 평가 지표
촉매 공급사와 함께 위 항목들을 검토하는 과정을 거치면, 단순 제품 구매를 넘어 공정 최적화와 비용 효율을 동시에 달성하는 솔루션 설계까지 가능합니다.
9. 희성촉매는 어떤 맞춤형 지원을 제공하나요?
희성촉매는 맞춤형 지원으로 고객이 실제 공정 조건에 최적화된 촉매를 설계하고 성능을 지속적으로 개선할 수 있도록 합니다. 각 고객의 공정 데이터를 기반으로 실험실–파일럿–실증 단계의 3단계 검증 프로세스를 운영하며, 실제 운전 조건에서 필요한 성능이 안정적으로 확보되도록 지원합니다. 이를 통해 고객은 ‘어떤 촉매를 구매하는가’보다 ‘어떤 성능을 지속적으로 얻을 수 있는가’에 집중할 수 있습니다.
