수소 공급부터 배출가스 저감까지, 발전 시스템의 환경성을 높이는 촉매 솔루션

2026년 수소 발전 입찰시장이 청정수소 발전과 일반수소 발전으로 구분 운영되면서, 발전 산업은 수소와 암모니아를 활용한 청정연료 기반 발전 기술의 실증과 상용화를 본격 추진하고 있습니다.

청정수소 발전은 이산화탄소(CO₂) 배출을 줄일 수 있다는 장점이 있지만, 실제 발전 시스템에서는 수소 공급 안정성, 연소 조건, 발전 효율뿐 아니라 배출가스 관리까지 함께 고려해야 합니다. 암모니아는 상압에서 약 -33℃에 액화가 가능해 저장과 운송이 용이한 수소 운반체로 주목받고 있지만, 발전 시스템과 연계될 경우 미반응 암모니아(Ammonia Slip)를 관리해야 하는 과제가 있습니다. 또한 수소의 고온 연소 과정에서는 질소산화물(NOx)이 발생할 수 있어, 두 요소 모두 발전 설비의 환경성을 확보하기 위한 중요한 관리 대상입니다.

이러한 이유로 최근에는 수소 발전 과정에서 발생하는 배출가스 관리용 후처리 촉매 기술의 중요성이 더욱 커지고 있습니다.

청정수소 발전 시스템의 핵심 기술

청정수소 발전은 청정수소 또는 암모니아와 같은 수소 운반체를 활용해 전기를 생산하는 방식입니다. 실제 발전 시스템에서는 수소 생산부터 공급, 발전, 배출가스 관리까지 여러 기술이 유기적으로 연결되어야 안정적인 운영이 가능합니다.

수소 발전에서도 NOx 저감이 중요한 이유

NOx는 발전소와 산업 설비에서 관리가 필요한 대표적인 대기오염물질입니다. 수소는 탄소를 포함하지 않아 연소 시 CO₂ 배출을 줄일 수 있지만, 공기와 함께 고온에서 연소하는 과정에서는 운전 조건에 따라 NOx가 발생하기도 합니다.

특히 수소 연소는 높은 화염 온도를 형성하기 때문에, 공기 중 질소 산화에 의한 NOx(thermal NOx) 발생 가능성을 고려해야 합니다. 또한 암모니아를 수소 운반체로 활용하는 경우에는 연료에 포함된 질소 성분으로 인해 NOx 생성 경로가 더욱 복잡해질 수 있습니다.

따라서 청정수소 발전에서는 탄소저감 기술 외에도 NOx를 효과적으로 관리하는 기술이 필요합니다.

SCR 촉매, 청정수소 발전의 주요 NOx 저감 기술

SCR(Selective Catalytic Reduction)은 배출가스 속 NOx를 질소와 물로 전환하는 대표적인 후처리 기술입니다. 발전소, 산업용 보일러, 선박 등 다양한 연소 설비에서 활용되며, 수소·암모니아 기반 발전 시스템에서도 중요한 배출가스 저감 기술로 검토되고 있습니다.

발전 설비는 운전 온도와 배출가스 조성이 다양하기 때문에 적용되는 SCR 촉매 역시 운전 조건에 맞춰 선택해야 합니다. Vanadia계 SCR 촉매는 250~500℃ 범위에서 우수한 내황성을 갖추고 있으며, Cu-Zeolite계 촉매는 저온 활성 특성이 필요한 조건에 활용될 수 있습니다. Hybrid Type 촉매는 300~600℃의 고온 환경에서 높은 내구성을 확보할 수 있다는 것이 특징입니다. 이러한 이유 때문에 SCR 촉매를 적용할 때는 운전 온도, 부하 변동, 배출가스 조성, 장기 운전 안정성 등을 종합적으로 고려하는 것이 중요합니다.

Hybrid 촉매, 암모니아 슬립 저감을 위한 기술

암모니아 슬립(Ammonia Slip)은 반응에 사용되지 못한 미반응 암모니아가 배출가스와 함께 배출되는 현상입니다. 이는 악취뿐 아니라 NOx나 N₂O와 같은 2차 오염물질 생성으로 이어질 수 있어 발전 설비에서는 적절한 관리가 필요합니다.

희성촉매의 발전용 Hybrid 촉매는 SCR 후단의 잔류 암모니아를 선택적으로 산화해 배출가스의 품질을 높입니다. NH₃ Slip 10ppm 이하, NH₃ 제거율 99% 이상, N₂ 선택도 90% 이상을 목표로 설계되어 미반응 암모니아와 2차 오염물질 발생을 동시에 줄일 수 있습니다.

암모니아 크래킹, 수소 공급을 위한 핵심 연결 기술

암모니아는 수소를 저장하고 운송하기 위한 대표적인 수소 운반체로 활용되고 있으며, 발전 현장에서는 이를 다시 수소로 전환하는 암모니아 크래킹 기술이 중요한 역할을 합니다.

암모니아 크래킹 촉매는 운전 조건에 따라 다양한 제품 포트폴리오로 구성됩니다. 저온용 Ru 촉매는 400~600℃, 고온용 Ni 촉매는 600~800℃ 범위에서 적용할 수 있으며, 펠릿(Pellet), 스피어(Sphere), 홀(Hole) 등 공정에 맞는 다양한 형태로 설계 가능합니다.

암모니아 크래킹 촉매가 안정적인 수소 공급을 담당한다면, SCR 촉매와 Hybrid 촉매는 발전 과정에서 발생하는 NOx와 미반응 암모니아를 관리해 발전 시스템의 환경성을 높이는 역할을 수행합니다.

청정수소 발전 실증이 중요한 이유

청정수소 발전이 실제 산업 현장에 안정적으로 적용되기 위해서는 실증을 통한 검증이 필수적입니다. 암모니아 크래킹을 통한 수소 생산부터 발전 설비 연계, 연소 안정성, NOx 저감, 암모니아 슬립 관리까지 실제 운전 환경에서 시스템 전반의 성능을 확인해야 하기 때문입니다.

희성촉매는 부산대학교 청정화력발전에너지연구소, 파나시아, 효성중공업, 알앤피엔터프라이즈와 함께 청정수소 발전용 암모니아 크래킹 시스템 개발 및 실증 협력을 추진하고 있습니다. 본 협력은 청정수소 생산 기술과 발전 기술을 연결하고, 암모니아 기반 수소 공급 시스템의 발전 분야 적용 가능성을 높이기 위한 실증 기반을 마련한다는 점에서 의미가 있습니다.

✅ 희성촉매, 부산대학교·파나시아·효성중공업과 청정수소 발전용 암모니아 크래킹 시스템 개발 MOU 체결

촉매 기술로 완성하는 청정수소 발전

청정수소 발전은 수소를 생산하는 기술만으로 완성되지 않습니다. 안정적인 수소 공급과 발전 효율, 연소 안정성은 물론 NOx 저감과 암모니아 슬립 관리까지 함께 갖춰져야 실제 발전 시스템의 환경성과 신뢰성을 확보할 수 있습니다.

희성촉매는 암모니아 크래킹 촉매를 통한 수소 공급부터 SCR 촉매와 Hybrid 촉매를 활용한 배출가스 저감까지 다양한 촉매 솔루션을 개발하면서 수소·암모니아 기반 발전 기술의 경쟁력을 높이고 있습니다. 앞으로도 청정수소 발전의 상용화를 뒷받침하는 촉매 기술 개발을 통해 지속가능한 에너지 전환을 지원하겠습니다.

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FAQ

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Q1. 수소 발전은 탄소 배출이 적은데, 왜 배출가스 관리가 필요한가요?

수소는 탄소를 포함하지 않아 연소 시 이산화탄소(CO₂) 배출을 줄일 수 있습니다. 하지만 공기와 함께 고온에서 연소하는 과정에서는 질소산화물(NOx)이 발생할 수 있으며, 암모니아를 수소 운반체로 활용하는 경우에는 미반응 암모니아(Ammonia Slip)도 관리해야 합니다. 따라서 청정수소 발전의 환경성을 확보하려면 CO₂뿐 아니라 NOx와 암모니아 슬립까지 함께 관리하는 것이 중요합니다.

Q2. 수소 가스터빈에서 발생하는 질소산화물(NOx)을 낮추는 기술은 무엇인가요?

수소 가스터빈의 NOx는 연소 기술과 배출가스 후처리 기술을 함께 적용해 저감할 수 있습니다. 저녹스 연소기(Low NOx Burner), 희박 연소, 마이크로믹스 연소기 등은 연소 단계에서 NOx 생성을 줄이고, SCR 촉매는 배출가스에 포함된 NOx를 질소와 물로 전환해 추가로 저감하는 역할을 합니다.

Q3. 청정수소 발전에서 촉매는 어떤 역할을 하나요?

촉매는 청정수소 발전 시스템 전반에서 핵심적인 역할을 수행합니다. 암모니아 크래킹 촉매는 암모니아를 수소로 전환해 안정적인 연료 공급을 지원하고, SCR 촉매와 Hybrid 촉매는 발전 과정에서 발생하는 질소산화물(NOx)과 미반응 암모니아를 저감해 발전 시스템의 환경성을 높이는 데 기여합니다.

Q4. 암모니아 슬립이란 무엇이며, 왜 관리해야 하나요?

암모니아 슬립은 반응에 사용되지 못한 암모니아가 배출가스와 함께 배출되는 현상을 말합니다. 암모니아 슬립은 악취를 유발할 뿐 아니라 NOx나 N₂O와 같은 2차 오염물질 생성으로 이어질 수 있어 발전소와 산업 설비에서 중요한 관리 대상입니다.

Q5. 기존 SCR 설비(탈질 설비)를 수소·암모니아 기반 발전에도 그대로 사용할 수 있나요?

기존 SCR 설비의 적용 가능성은 발전 설비의 운전 조건에 따라 달라집니다. 수소·암모니아 기반 발전은 기존 화석연료 발전과 배출가스 온도, 조성, NOx 농도 등이 다를 수 있으므로, 실제 적용 전에는 운전 조건에 맞는 촉매 성능과 시스템 적합성을 충분히 검토해야 합니다.