촉매 Q&A 시리즈 – 5편. 주요 산업에서의 촉매 적용 사례 (2)
2025.11.26
4편에서 자동차·반도체 산업의 촉매 활용 사례를 살펴본 데 이어, 5편에서는 정유·화학 산업과 발전·에너지 산업에서 촉매가 어떻게 사용되고 있는지를 소개합니다. 정유·화학 공정의 핵심 반응을 수행하는 탈수소·수소화·PTA 촉매부터, 발전설비·엔진·수소 밸류체인에 적용되는 환경·에너지 촉매까지 주요 기술을 정리했습니다. 각 산업의 공정 특성과 환경 규제에 따른 촉매 요구사항, 희성촉매가 제공하는 기술적 차별성을 중심으로 살펴보겠습니다.
1. 정유·화학 산업에서는 어떤 촉매가 쓰이나요?
정유·화학 산업에서 촉매는 석유, 천연가스, 화학 원료 등 다양한 탄화수소 자원을 가공해 고부가가치 제품으로 전환하는 데 필수적인 기술입니다. 촉매는 공정 효율과 수율, 환경 성과에 직접적인 영향을 미치며 원료 종류, 반응 조건, 생산 목표물 선택도에 따라 적용되는 촉매가 달라집니다.
주요 촉매 기술은 다음과 같으며 석유화학·정밀화학·고분자·가스 정제 등 각 하위 산업에서 핵심 반응을 담당합니다.
- 파라핀 탈수소 촉매 : 프로필렌, 부타디엔 등 석유화학 기초 원료를 생산하는 핵심 기술로, 파라핀계 탄화수소에서 수소를 제거해 올레핀으로 전환합니다. 고온에서도 안정적으로 작동하는 것이 중요합니다.
- 아닐린 촉매 : 질소화합물 기반 중간체 합성에 사용되며 의약품·염료·폴리우레탄 원료 생산에 필수적입니다. 반응 선택성과 부산물 억제가 요구되며 금속 담지체와 산점 제어 기술이 성능을 좌우합니다.
- PTA 촉매 : PET, 합성섬유, 필름 소재의 기반이 되는 고순도 테레프탈산(PTA) 생산에 적용됩니다. 높은 산화 활성을 유지하면서 부산물 생성을 최소화하는 것이 관건이며 공정 효율과 촉매 수명이 경쟁력입니다.
- 선택적 수소화 촉매 : 원유 정제 후 분리된 납사(Naphtha), 천연가스를 크래킹해 얻은 파이롤리시스 가솔린(Pyrolysis Gasoline, PYGAS), 부타디엔 등의 공정 스트림에서 사용됩니다. 이 촉매는 제품 내에 남은 아세틸렌, 다이엔 등 불포화 탄화수소 불순물을 선택적으로 제거해 품질을 개선하고 후속 중합 공정의 안정성을 높입니다.
- 가스 정제 촉매 : 수소, 합성가스, 천연가스에서 일산화탄소·황화수소(H₂S) 등 불순물 제거에 사용되며, 연료전지, 메탄올 합성, 암모니아 공정의 안정적 운영을 지원합니다.
2. 희성촉매는 정유·화학 산업에 어떤 차별화 기술을 제공하나요?
희성촉매는 반응 메커니즘 기반 설계(Reaction Mechanism Design)와 나노 단위 금속 제어 기술(Nano Metal Control)을 결합해 공정별 맞춤형 촉매를 제공합니다. 반응기 구조, 원료 조성, 운전 조건을 반영한 공정 최적화 솔루션으로 생산 효율을 높이고 촉매 수명을 연장하며, 공정 전반의 탄소배출 저감까지 실현합니다.
3. ‘촉매 파운드리(Catalyst Foundry)’란 무엇인가요?
정유·화학 산업은 공정 조건과 제품 요구가 다양해 표준형 촉매만으로는 최적의 성능을 확보하기 어렵습니다. 이러한 한계를 보완하기 위해 최근 주목받는 개념이 ‘촉매 파운드리(Catalyst Foundry)’입니다. 촉매 파운드리는 고객의 공정 조건과 목표 제품 특성에 맞춰 촉매를 공동으로 설계·제조·평가할 뿐 아니라 고객사에서 개발한 촉매의 양산 스케일업까지 포함하는 통합 개발 플랫폼입니다. 이를 통해 금속 조성, 담지체 구조, 활성화 공정까지 맞춤 최적화할 수 있습니다.
희성촉매는 축적된 귀금속 설계 기술과 양산 인프라를 바탕으로 정유·화학뿐 아니라 반도체·에너지·수소 산업까지 아우르는 종합 촉매 파운드리 서비스를 제공합니다. 시제품 제작부터 양산 전환까지 전 단계를 지원하며, 고객의 효율·내구성·환경 기준을 충족하는 맞춤형 솔루션을 통해 산업 전반의 지속가능한 혁신을 이끌고 있습니다.
4. 발전·에너지 산업에서는 어떤 촉매가 쓰이나요?
발전·에너지 산업에서는 연료 연소, 전환, 배출가스 처리 등 각 단계에서 다양한 촉매 기술이 활용됩니다. 특히 발전소, 보일러, 엔진, 터빈과 같은 에너지 설비에서는 온실가스 감축과 효율 향상을 동시에 달성해야 하기 때문에 연소 효율을 높이고 배출을 최소화하는 촉매의 역할이 더 중요해졌습니다.
또한 에너지 전환이 가속화되면서 탄소 저감의 단계를 넘어 무탄소 에너지 체제로의 전환이 본격적으로 이루어지고 있습니다. 이 과정에서 수소는 대표적인 무탄소 에너지로 부상하고 있으며, 수소의 생산·저장·활용 전 과정에서 촉매는 필수 요소로 작용합니다. 즉, 촉매는 기존 화석연료 기반 발전의 효율을 높이는 동시에 수소 중심의 탈탄소 에너지 체제로 나아가기 위한 동력이 됩니다.
발전소에서 가장 널리 사용되는 촉매는 선택적 촉매 환원(SCR) 촉매입니다. SCR 촉매는 질소산화물(NOx)을 암모니아(NH₃) 또는 요소(urea)와 반응시켜 무해한 질소(N₂)와 물(H₂O)로 전환하는 기술로, 석탄·가스 발전소, 제철소, 소각시설 등 다양한 설비에서 NOx 저감의 핵심으로 적용됩니다. 운전 온도, 황(S) 농도, 배기 조성에 따라 촉매 조성이나 구조가 달라지는 것이 특징입니다.
5. 발전용 터빈과 엔진에는 어떤 촉매가 쓰이나요?
발전용 터빈과 대형 엔진에서는 산화 촉매(Oxidation Catalyst)가 반드시 필요합니다. 일산화탄소와 탄화수소 등 유해물질을 이산화탄소와 물로 전환해 배출가스를 정화하고 엔진 효율을 안정화하는 역할을 합니다. 이 촉매는 저온에서 빠르게 활성화되고 고온에서도 열화를 최소화하는 내구성이 중요하며, 다양한 연소 조건과 배출가스 조성에 대응할 수 있는 성능이 요구됩니다.
6. 메탄 산화 촉매와 N₂O 분해 촉매는 왜 중요한가요?
메탄(CH₄)과 아산화질소(N₂O)는 이산화탄소보다 각각 25배, 300배 높은 지구온난화지수(GWP)를 지닌 대표 온실가스입니다. 바이오가스 플랜트, LNG·CNG 발전 설비, 매립지 등에서는 이러한 가스가 배출될 수 있기 때문에 이를 효과적으로 처리하기 위해 메탄 산화 촉매와 N₂O 분해 촉매가 사용됩니다. 이 촉매들은 고온에서도 장기간 활성도를 유지해야 하며, 반응 중 생성되는 수분이나 황(S)에 대한 내피독성이 우수해야 합니다.
7. 수소 밸류체인과 연료전지 공정에는 어떤 촉매가 사용되나요?
수소경제의 기반인 수소 생산–저장–활용 전 과정에는 촉매가 폭넓게 활용됩니다. 수소 개질(Reforming) 단계에서는 촉매를 사용해 메탄·메탄올·암모니아를 분해해 수소를 얻으며, 수전해(Electrolysis) 과정에서는 전극촉매가 수소 발생 반응의 효율을 결정합니다. 연료전지(Fuel Cell)에서도 전극촉매가 수소와 산소의 전기화학 반응을 촉진해 효율적인 전력 생산을 가능하게 합니다.
희성촉매는 메탄·메탄올·암모니아 개질 촉매를 포함한 수소 생산용 촉매, 수전해 및 연료전지용 전극촉매, 수소 연소 엔진 및 암모니아 크래킹 촉매까지 포괄하는 포트폴리오를 구축하고 있습니다.
8. 희성촉매의 발전·에너지 분야에서 어떤 기술로 영역을 확장하고 있나요?
희성촉매는 기존의 배출가스 정화 촉매를 넘어 탈탄소 연료 전환 촉매, 합성가스 전환 촉매, 전극촉매 등으로 기술 영역을 확장하고 있습니다. 이러한 통합적 접근은 발전 효율을 높이는 것은 물론, 기업의 RE100 이행과 Scope 1 배출 저감 목표 달성에도 기여합니다.
