산업 현장의 온실가스 감축은 탄소중립 실현과 지속가능한 생산환경 조성을 위한 핵심 과제입니다. 반도체·디스플레이 제조부터 화학 산업, 가스엔진 및 발전설비에 이르기까지 공정과 연료에 따라 서로 다른 온실가스가 배출됩니다.

효과적인 감축을 위해서는 대상 가스의 성질과 설비의 실제 가동 조건을 고려한 맞춤형 기술 적용이 필수적입니다. 특히 촉매 기술은 과불화탄소(PFCs)와 아산화질소(N₂O) 분해, 미연소 메탄(CH₄) 산화 등 다방면에서 유용한 솔루션으로 주목받는 추세입니다.

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Q1. 산업 현장에서는 어떤 온실가스가 발생하나요?

산업 공정별 온실가스 배출원은 사용 원료와 연료, 제조 설비의 특성에 따라 다릅니다. 이산화탄소(CO₂) 외에도 과불화탄소(PFCs), 아산화질소(N₂O), 메탄(CH₄) 등이 주요 관리 대상입니다.

표 1. 온실가스별 주요 배출 산업 및 배출원

온실가스	주요 배출 산업 및 배출원
PFCs	반도체·디스플레이 제조 공정의 식각 및 세정 공정
N₂O	반도체·디스플레이 제조 공정, 질산 생산 등 일부 화학 공정
CH₄	천연가스 엔진 및 발전설비의 미연소 메탄 배출, 매립지 등
SF₆·NF₃	반도체·디스플레이 제조 공정(NF₃ 챔버 세정), 전력설비 절연가스(SF₆)

특히 PFCs, SF₆, NF₃를 비롯한 불소계 온실가스는 지구온난화지수(GWP)가 매우 높아 소량 유출만으로도 기후 변화에 치명적인 영향을 미칩니다. N₂O와 CH₄ 역시 산업 분야에서 엄격히 통제해야 할 물질이며, 각 가스의 화학적 성질과 배출 환경을 다각도로 고려해 최적의 감축 기술을 적용해야 합니다.

Q2. PFC·N₂O와 같은 반도체·디스플레이 공정의 온실가스는 어떻게 저감하나요?

반도체·디스플레이 제조라인에서는 식각(Etching), 증착(CVD), 세정 등을 진행하는 과정에서 PFCs와 N₂O를 포함한 유해 가스가 발생할 수 있습니다. 이를 처리하기 위해서는 스크러버(Scrubber)로 불리는 배출가스 처리 설비를 사용합니다. 이 장치는 처리 용량과 설치 위치에 따라 개별 공정 장비단에서 즉각 대응하는 POU(Point of Use) 스크러버, 복수의 라인에서 배출되는 가스를 일괄 수집해 처리하는 대용량 시스템 등으로 분류됩니다. 여기에 도입되는 기술은 대상 가스의 성질과 공정 환경에 따라 열적 처리, 플라즈마 방식, 촉매 분해 등으로 다양하며, 촉매는 PFCs와 N₂O의 화학 반응을 촉진해 배출량을 줄이는 역할을 합니다.

1. PFC 분해 촉매

PFCs는 화학 구조가 안정적이어서 쉽게 분해되지 않는 특성을 지닙니다. 통상적으로는 극도의 고온 환경에서 연소되는데, 촉매를 도입하면 열적 방식 대비 상대적으로 저온에서도 분해 반응을 유도할 수 있습니다. PFC 분해 촉매는 반도체·디스플레이 배기가스 정화 설비 전반에 활용되며, 시스템 설계 구조에 따라 POU 스크러버 내부와 중앙 스크러버 후단의 촉매 처리 공정 등에 배치됩니다.

불소계 가스를 매립·분해하는 과정에서는 불화수소(HF) 같은 2차 부산물이 수반되므로 촉매 고유의 내구력과 부산물 세정 프로세스를 동시에 검토해야 합니다. 특히 장기간 안정적인 효율을 지속하려면 불소 성분이나 공정 내 이물질로 인한 촉매 피독(성능 저하) 현상을 최소화하는 기술력이 뒷받침돼야 합니다.

2. N₂O 분해 촉매

아산화질소(N₂O)는 촉매 분해 반응을 거쳐 질소(N₂)와 산소(O₂)로 변환됩니다. 이 반응을 촉진하는 N₂O 분해 촉매는 반도체 제조 라인의 POU 스크러버 등 가스 정화 설비에 주로 탑재됩니다. N₂O는 작업 조건에 따라 배출 농도와 유량, 가스 조성 등이 상이하므로 실제 배기가스의 온도 변화와 성분을 면밀히 따져 촉매를 선정해야 합니다. 운전 변동성이 존재하더라도 안정적인 정화 능력을 유지하도록 설계하는 것이 핵심입니다.

희성촉매는 PFC 및 N₂O 분해 촉매를 공급하며, 공정별 배출 특성과 설비의 운전 조건을 반영해 촉매의 활성과 내구성을 높이는 데 주력하고 있습니다.

✅ 온실가스 저감용 촉매 – N₂O 분해 촉매

Q3. 가스엔진에서 발생하는 메탄은 어떻게 저감하나요?

메탄은 이산화탄소보다 지구온난화지수가 높은 온실가스로, 천연가스를 연료로 사용하는 가스엔진 및 발전설비 등에서 배출됩니다. 가스엔진에서 연료가 완전히 연소되지 않고 메탄이 배기가스와 함께 배출되는 현상을 메탄 슬립(Methane Slip)이라고 하는데, 이는 연소 효율 저하와 함께 온실가스 배출량을 늘릴 수 있어 관리가 필요합니다.

메탄 배출을 줄이는 방법은 크게 두 가지입니다. 연소 조건과 엔진 운전 효율을 개선해 미연소 메탄의 발생을 최소화하거나 또 다른 방법은 배기가스 후처리 기술을 적용해 이미 배출된 메탄을 처리하는 것입니다. 대표적인 후처리 기술인 메탄 산화 촉매(MOC, Methane Oxidation Catalyst)는 미연소 메탄의 산화 반응을 촉진해 이산화탄소와 물로 전환합니다. 이 과정에서 이산화탄소가 발생하지만, 메탄보다 지구온난화에 미치는 영향이 작아 전체적인 온실가스 영향을 줄일 수 있습니다.

다만 메탄은 화학적으로 안정적이어서 배기가스 온도가 낮으면 산화 반응이 원활하게 일어나기 어렵습니다. 배기가스에 포함된 수분과 황 성분도 촉매 활성을 떨어뜨릴 수 있으므로 저온 활성과 내피독성, 장기 내구성을 확보해야 합니다.

희성촉매는 LNG·천연가스 엔진과 발전설비 등에서 발생하는 메탄 슬립을 줄이기 위해 메탄 산화 촉매를 제공하며, 다양한 운전 조건에서도 안정적인 산화 성능을 확보하고 촉매의 내구성을 높이기 위한 연구를 이어가고 있습니다.

✅ 온실가스 저감용 촉매 – 메탄 산화 촉매(MOC)

Q4. 온실가스 저감 설비에서 촉매의 내구성이 중요한 이유는 무엇인가요?

온실가스 저감 촉매는 높은 분해·산화 성능을 확보하는 동시에 장기간 안정적으로 작동해야 합니다. 산업 현장의 배출가스에는 수분과 불순물 등이 포함될 수 있으며, 온도와 유량도 운전 상태에 따라 달라지기 때문입니다.

이러한 조건은 촉매 활성을 떨어뜨리거나 촉매층의 차압을 높여 저감 효율과 설비 운영에 영향을 줄 수 있습니다. 특히 POU 스크러버를 비롯한 배출가스 처리 설비에서는 촉매의 교체 주기와 유지관리 부담도 고려해야 합니다. 촉매 선정 시 살펴볼 항목은 다음과 같습니다.

• 저감 성능: 실제 운전 조건에서 필요한 분해·산화 효율을 확보하는지
• 장기 내구성: 온도 변화와 불순물에 노출되더라도 촉매 활성을 안정적으로 유지하는지
• 설비 적합성: 촉매 구조와 압력손실이 기존 설비의 운전 조건에 적합한지
• 성능 검증: 실험실 평가뿐 아니라 실제 공정 조건을 반영한 성능 평가가 이루어졌는지

희성촉매 PFC 분해 촉매, 고객사 실증으로 확인한 저감 성능

희성촉매는 고객사와 PFC 분해 촉매를 공동 개발하며 실제 반도체 공정에서 촉매 성능이 저하되는 원인을 분석하고, 공정 조건에 적합한 촉매 구조와 조성을 개발했습니다.

그 결과, 고객사 실증 평가에서 97% 이상의 PFC 분해 성능을 확인했으며, 2022년 12월부터 양산 공급을 시작했습니다.

희성촉매는 이러한 개발 경험을 바탕으로 장기 운전 중 발생할 수 있는 차압 증가와 성능 저하를 줄이기 위한 기술도 고도화하고 있습니다.

Q5. 희성촉매는 산업별 온실가스 저감을 위해 어떤 촉매 솔루션을 제공하나요?

희성촉매는 반도체·디스플레이 제조공정부터 LNG·천연가스 엔진 및 발전설비까지 다양한 산업에 적용되는 온실가스 저감 촉매를 보유하고 있습니다. 반도체·디스플레이 공정에서는 PFC 분해 촉매와 N₂O 분해 촉매로 온실가스 배출을 줄이고, 가스엔진과 발전설비에서는 메탄 산화 촉매를 통해 미연소 메탄을 처리합니다.

희성촉매는 대상 가스의 종류와 농도, 배기가스 온도와 유량, 불순물 등 실제 운전 조건을 반영해 촉매의 저감 성능과 내구성을 높이고 있습니다. 축적된 연구개발 역량과 현장 적용 경험을 바탕으로 산업계의 온실가스 감축을 뒷받침하고, 지속가능한 생산환경을 만드는 데 기여하겠습니다.

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