촉매 Q&A 시리즈 – 4편. 주요 산업에서의 촉매 적용 사례 (1)
2025.11.21
지난 3편에서는 산업별로 촉매가 달라져야 하는 이유와 공정 조건이 촉매 선택에 어떤 영향을 미치는지 살펴보았습니다. 이어지는 4–5편에서는 주요 산업에서의 촉매 적용 사례를 순차적으로 소개합니다. 이번 편에서는 자동차 산업과 반도체 산업을 중심으로 각 산업의 환경 규제와 공정 특성에 따라 어떤 촉매 기술이 활용되고 있는지 알아보겠습니다.
1. 자동차 산업의 배출가스 규제에 대응하는 촉매 기술은 무엇인가요?
자동차 산업의 배출가스 규제는 지속적으로 강화되고 있습니다. 유럽의 유로(Euro) 1~7 규제와 미국 환경보호국(EPA) 티어, 캘리포니아 대기자원위원회(CARB) 규제를 비롯해 한국·일본 등 주요 국가에서도 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO), 질소산화물(NOx) 등 유해 배출물의 허용 기준은 지속적으로 낮아지는 추세입니다. 이러한 규제 강화에 대응하기 위해 배기가스 후처리의 핵심 장치로 ‘촉매 컨버터(Catalytic Converter)’가 개발되었습니다.
2. 촉매 컨버터란 무엇인가요?
촉매 컨버터는 배기라인에 장착되며, 엔진에서 배출되는 유해가스를 화학 반응을 통해 무해한 물질로 바꾸는 장치입니다. 연소 과정에서 생성된 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물을 이산화탄소(CO₂), 물(H₂O), 질소(N₂)로 전환합니다.
이때 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh) 등 귀금속 촉매가 반응 표면에서 산화·환원 반응을 촉진하며 정화 효율을 결정합니다.
3. 가솔린과 디젤 엔진에는 어떤 촉매가 쓰이나요?
가솔린 엔진에는 △삼원촉매(TWC) △가솔린 미립자 필터(GPF) △저온형 삼원촉매(TWC-NT) 등이 적용되고, 디젤 엔진에는 △디젤 산화 촉매(DOC) △NOx 트랩(LNT) △디젤 미립자 필터(DPF) △선택적 촉매 환원(SCR) 촉매가 조합되어 사용됩니다.
촉매는 배기가스 조성, 온도, 공기비(λ)에 따라 정밀하게 제어되며 배출가스 저감과 연비 효율 간의 균형을 유지하는 후처리 시스템을 구성합니다.
4. 왜 가솔린과 디젤은 서로 다른 촉매를 쓰나요?
각 연료 특성과 연소 방식이 다르기 때문입니다. 가솔린은 이론 공기비(λ=1) 부근에서 산소 부족 상태로 연소되어 환원 반응 중심 후처리 체계가 필요하지만, 디젤은 과잉 산소 조건에서 연소되기 때문에 산화 반응 중심 후처리 체계가 필요합니다. 따라서 각 엔진에 맞는 촉매 시스템이 설계되어야 합니다.
5. 하이브리드 차량과 차세대 연료에는 어떤 촉매가 필요한가요?
하이브리드 차량은 전기 모터와 엔진 구동이 반복적으로 전환되면서 배기 온도가 충분히 유지되지 않는 구간이 자주 발생합니다. 이러한 저온 조건에서는 빠르게 활성화되는 촉매 기술이 중요합니다. 희성촉매는 수십 년간 축적한 자동차용 촉매 양산 및 평가 기술을 기반으로, 하이브리드 운전 조건에서도 높은 반응성과 내구성을 유지하는 차세대 저온 활성형 촉매를 제공합니다. 또한 내연기관의 탈탄소화를 위한 합성연료(e-Fuel) 및 수소연소 엔진용 촉매도 개발 중입니다. 희성촉매는 기존 귀금속 촉매 설계·생산 노하우를 바탕으로, EURO 7 및 미래형 연료 대응 기술을 선도하고 있습니다.
6. 반도체 산업에서 촉매의 역할은 무엇인가요?
반도체 공정 중 플라즈마를 사용하는 식각, 세정 단계에서는 △과불화탄소(PFCs) △아산화질소(N₂O) △육불화황(SF₆) △삼불화질소(NF₃) 등 지구온난화지수(GWP)가 매우 높은 온실가스가 다량 배출됩니다. 이는 이산화탄소보다 최대 수천 배 강한 온실효과를 일으키기 때문에 산업 전반의 탄소중립 달성과 환경 규제 대응에 큰 부담이 됩니다.
따라서 이러한 배출을 줄이기 위해 온실가스 저감용 촉매가 필요합니다. 대표적으로 PFC 분해 촉매와 N₂O 분해 촉매가 적용되며, 공정 내에서 배출가스를 무해한 성분으로 전환해 온실가스 배출량을 효과적으로 줄일 수 있습니다.
7. 반도체용 촉매에는 어떤 기술이 적용되나요?
반도체용 촉매는 고온·고습 환경에서도 안정적으로 작동해야 하며 불완전 분해나 2차 오염을 방지하기 위해 정밀한 반응 제어 기술이 필요합니다. 희성촉매는 담지체의 미세 구조를 제어하고 내열성을 강화한 금속 조성 기술을 적용해, 고온에서도 활성과 내구성을 안정적으로 유지하는 촉매를 제공합니다.
8. 반도체 공정별 맞춤형 설계는 어떻게 이루어지나요?
희성촉매는 반도체 장비 제조사와 각 공정의 운전 조건을 반영해 반응기 구조, 가스 조성, 온도 프로파일 맞춤형 촉매 모델링을 진행합니다. 또한 실증 데이터를 기반으로 공정 최적화를 지원하며 휘발성유기화합물(VOCs)과 일산화탄소를 동시에 제거하는 기술도 제공합니다. 이러한 기술을 통해 장비 효율을 높이면서 온실가스와 오염물질을 함께 저감할 수 있습니다.
9. 온실가스 저감 촉매는 다른 산업에도 적용될 수 있나요?
각 산업 공정에서 배출되는 온실가스의 특성에 따라 서로 다른 촉매가 필요합니다. 반도체 공정에서 배출되는 PFC, N₂O, SF₆ 등을 저감하기 위해 설계된 촉매는 반도체 제조 및 유사 공정에만 적용할 수 있습니다.
CNG·LNG 엔진 후처리 시스템이나 메탄 혼소 발전 설비, 매립지 가스 처리 등 다른 산업에서는 해당 산업에서 배출되는 온실가스 특성에 맞춰 설계된 촉매를 사용하게 됩니다.
다음 5편에서는 정유, 화학, 발전, 에너지 산업의 운전 조건과 배출 특성에 따른 촉매 적용 사례를 자세히 소개하겠습니다.
