오존 산화를 이용한 산업 현장의 NOx 과제 해결

전 세계적으로 환경 규제가 강화되면서 각종 산업계는 생산 공정에서 발생하는 질소산화물(NOx)의 배출을 감축하여야 하는 압력을 점점 더 크게 받고 있습니다. NOx는 지표 오존과 초미세먼지(PM)의 생성에 기여하며, 이는 인체 건강과 환경에 모두 유해합니다. 특히 고온 연소나 화학 반응을 통해 NOx가 발생하는 반도체 제조, 화학 공정, 첨단 산업 분야에서는 더욱 효율적이고 콤팩트하며 비용 효율적인 처리 기술의 필요성이 그 어느 때보다 커지고 있습니다.

한국에서는 예를 들어, 정부가 대기오염물질 총량관리제를 통해 지정 지역 내 산업 시설에 대해 연간 NOx 배출 허용 한도를 엄격히 규제하고 있습니다. 이 규제는 반도체와 화학 제조 산업 등에 영향을 미치며, 배출 저감 목표를 달성하고 과태료를 피하기 위해 더욱 청정하고 공간 효율적인 기술의 도입을 요구하고 있습니다.

전통적인 NOx 저감 기술의 한계

전통적으로 산업계는 선택적 촉매 환원(SCR) 또는 선택적 비촉매 환원(SNCR) 시스템을 사용하여 NOx 배출을 줄여 왔습니다. SCR과 SNCR은 환원제(일반적으로 암모니아 또는 요소수)를 사용해 질소산화물을 질소와 수증기로 전환하며, SCR은 추가적으로 촉매가 필요합니다. 이러한 기술은 특정 조건에서는 효과적이지만 다음과 같은 여러 한계가 있습니다.

• 높은 운전 온도 및 에너지 소비: SCR(250–427°C)¹과 SNCR(870–1,150°C)²은 매우 높은 운전 온도를 필요로 하며, 경우에 따라 추가 가열 장치가 필요합니다. 이로 인해 기존 설비에 시스템을 추가하기 어려워집니다.
• 큰 설치 공간 및 높은 설치 비용: SCR은 설치 비용이 높고 시간이 많이 들며, 큰 설치 면적을 요구합니다. 장비의 부피가 크기 때문에 기존 시설과 통합하기 어렵습니다.
• 높은 유지관리 비용: SCR에서 사용되는 촉매는 시간이 지남에 따라 침전물이 쌓이기 때문에 정기적인 세척 또는 교체가 필요합니다.

일반적으로 SCR은 더 높은 수준의 NOx 저감이 필요한 대형 시설에 적용되며, SNCR은 중간 수준의 저감이 허용되거나 비교적 소규모 설비에 위한 보다 경제적인 솔루션으로 사용됩니다.

오존 산화: 고효율 NOx 저감 접근 방식

오존 산화 기술은 SCR 및 SNCR의 대안으로, 또는 SNCR(요소수) 시스템을 보완하는 단계로 산업 분야에서 점점 주목받고 있습니다. 이 방식은 고온이나 화학 환원제에 의존하지 않고, 배기가스에 오존(O₃)을 주입해 NO 및 NO₂와 반응시켜 흡수성이 높은 N₂O₅로 전환한 뒤 습식 세정 등의 방식으로 안전하게 제거합니다.

이 방식은 SCR과 SNCR 대비 낮은 온도와 더 작은 설치 공간으로 운전할 수 있어 저온 배기가스나 기존 시설 보완에 특히 적합합니다.

오존 기반 시스템은 SCR 및 SNCR 기술 대비 여러 실용적 장점을 제공합니다:

• 저온에서도 높은 효율: 오존 시스템은 SCR 및 SNCR보다 NOx 제거 효율이 높으며, 최대 약 150°C의 온도 범위에서 95% 이상의 NOx 저감이 가능합니다. 온도 제어가 어려운 설비나 기존시설 보완에 특히 적합합니다.
• 설치 용이성 및 높은 유연성: 컴팩트한 모듈형 설비는 옥상이나 협소한 공간에도 설치가 가능하여, 특히 도시 사업장이나 공간 제약이 있는 개보수 에 유리합니다.
• 쉬운 유지관리: 촉매가 필요 없기 때문에 SCR 대비 유지관리 요구가 적으며 비용과 복잡성을 줄일 수 있습니다.
• 우수한 확장성: 다양한 처리 용량 요구에 맞춰 쉽게 확장할 수 있으며 기존 설비에 기존시설의 보완 방식으로 통합할 수 있습니다. 다만 배출량이 매우 큰 대형 시설에는 최적 선택이 아닐 수 있습니다.

규제 준수, 운영 용이성, 공간 효율성을 결합한 오존 산화 기술은 제조업체에 지속 가능한 NOx 저감 방안을 제공합니다.

배출 규제 준수를 위한 검증된 성능: WEDECO 오존 시스템

WEDECO 오존 시스템은 까다로운 산업 환경에서도 안정적인 NOx 저감을 제공하는 고성능 솔루션입니다. 공정 요구에 맞춘 효율적인 오존 발생과 유연한 제어 기능을 제공합니다. 주요 특징은 다음과 같습니다:

• EFFIZON^®3 전극 기술: 오존 생성 효율을 높이고, 운전 조건이 변동되는 상황에서도 안정적인 고농도 오존 생산을 가능하게 합니다.
• 견고한 설계: 내식성 구조로 설계되어 고농도 탄화수소가 포함된 산소 공급 가스(한국에서 흔히 사용되는 액체산소 시스템)에 대해서도 안정적인 운영이 가능합니다.
• 유연한 제어: 필요에 따라 오존 출력이 5%에서 100%까지 수 초 내 자동 조절됩니다.
• 완전 통합 계측 시스템: 내장 센서 및 제어 장치는 자동화된 안전 운영을 지원합니다.
• 컴팩트한 설치 면적: 단순화된 구조로 옥상 설치가 가능하여 생산 현장의 제한된 공간을 효율적으로 활용할 수 있습니다.
• 낮은 유지관리 비용: 장기간 사용 가능한 부품으로 안정적 운영이 가능하며, 방전관은  10년 보증이 제공되어 총 소유 비용을 낮춥니다.

오존 기술로 산업용 NOx 저감의 미래를 앞당기다

각국 정부가 NOx 배출 기준을 지속적으로 강화함에 따라 오존 산화 기술은 기존 NOx 저감 시스템을 대체하거나 보완하는 실용적이고 효율적인 기술로 부상하고 있습니다. 환경 영향을 줄이려는 산업체에게 이 기술은 충분히 고려할 만한 실행 가능한 옵션입니다.

고도 산화 및 현장 통합 분야에서 수십 년간의 경험을 보유한 자일럼(Xylem)의 WEDECO 오존 시스템은 규제 준수를 위한 검증된 솔루션을 제공합니다.

1. EPA AIR POLLUTION CONTROL COST MANUAL, Section 4.2, Chapter 2, 2.2.2 (P2-9)
2. Air Pollution Control Technology Fact Sheet
3. EFFIZON is a registered trademark of Xylem or its affiliates in some countries.