화학촉매제품은 석유화학공정, 대기오염방지시설, 자동차 배기가스 정화 장치 등 다양한 분야에 적용되고 있다. 국내외 화학촉매 시장은 매년 증가하고 있는 추세이며, 그에 따라 발생되는 폐촉매량도 증가하고 있다. 탈황 폐촉매, 자동차 폐촉매 등 대부분의 사용 후 화학촉매제품은 유가금속을 함유하고 있어 경제적 가치와 자원 확보 측면에서 매우 중요한 순환자원이다. 이에 일부 도시광산업체를 통해 유가금속을 회수하는 재자원화 공정이 상용화 되어 있고, 사용 후 SCR 탈질 촉매제품은 일부 재제조를 통해 자원순환되고 있다. 이에 본 논문에서는 사용 후 화학촉매제품의 재자원화 산업 지원 정책 수립의 기초자료로 활용이 가능하도록 주요촉매제품별 국내 발생량 및 재자원화 현황을 조사 분석하였으며, 사용 후 화학촉매제품의 자원순환 활성화를 위한 발전과제를 제시하였다.
화학촉매제품은 석유화학공정, 대기오염방지시설, 자동차 배기가스 정화 장치 등 다양한 분야에 적용되고 있다. 국내외 화학촉매 시장은 매년 증가하고 있는 추세이며, 그에 따라 발생되는 폐촉매량도 증가하고 있다. 탈황 폐촉매, 자동차 폐촉매 등 대부분의 사용 후 화학촉매제품은 유가금속을 함유하고 있어 경제적 가치와 자원 확보 측면에서 매우 중요한 순환자원이다. 이에 일부 도시광산업체를 통해 유가금속을 회수하는 재자원화 공정이 상용화 되어 있고, 사용 후 SCR 탈질 촉매제품은 일부 재제조를 통해 자원순환되고 있다. 이에 본 논문에서는 사용 후 화학촉매제품의 재자원화 산업 지원 정책 수립의 기초자료로 활용이 가능하도록 주요촉매제품별 국내 발생량 및 재자원화 현황을 조사 분석하였으며, 사용 후 화학촉매제품의 자원순환 활성화를 위한 발전과제를 제시하였다.
Chemical catalyst products are applied to various fields such as petrochemical process, air pollution prevention facility and automobile exhaust gas purifier. The domestic and overseas chemical catalyst market is increasing every year, and the amount of waste catalyst generated thereby is also incre...
Chemical catalyst products are applied to various fields such as petrochemical process, air pollution prevention facility and automobile exhaust gas purifier. The domestic and overseas chemical catalyst market is increasing every year, and the amount of waste catalyst generated thereby is also increasing. Most of the used chemical catalyst products, such as desulfurized waste catalysts and automobile waste catalysts containing valuable metals are important recyclable resources from a substitute resource point of view. The recycling processes for recovering valuable metals have been commercialized through some urban mining companies, and SCR denitration catalysts have been recycled through some remanufacturing companies. In this paper, the amount of domestic production and recycling of major catalyst products have thus been investigated and analyzed so as to be used as basic data for establishing industrial support policy for recycling of used chemical catalyst products. Also tasks for promoting the recycling of used chemical catalyst products are suggested.
Chemical catalyst products are applied to various fields such as petrochemical process, air pollution prevention facility and automobile exhaust gas purifier. The domestic and overseas chemical catalyst market is increasing every year, and the amount of waste catalyst generated thereby is also increasing. Most of the used chemical catalyst products, such as desulfurized waste catalysts and automobile waste catalysts containing valuable metals are important recyclable resources from a substitute resource point of view. The recycling processes for recovering valuable metals have been commercialized through some urban mining companies, and SCR denitration catalysts have been recycled through some remanufacturing companies. In this paper, the amount of domestic production and recycling of major catalyst products have thus been investigated and analyzed so as to be used as basic data for establishing industrial support policy for recycling of used chemical catalyst products. Also tasks for promoting the recycling of used chemical catalyst products are suggested.
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문제 정의
여러 개의 허니컴이 하나의 모듈을 구성하고 있으며, 재제조시 여러개의 모듈로 이뤄진 SCR 탈질 폐촉매를 수거하여 각각의 모듈별로 재제조공정을 거쳐 재제조 SCR 탈질 촉매제품을 생산하고 있다. 본 장에서는 국내에서 가장 많이 설치되어 있는 석탄화력발전소에 사용되는 SCR 탈질 촉매제품 모듈 1개를 온실가스 저감 효과 분석을 위한 기준으로 설정하였다.
이에 본 논문에서는 국내에서 발생하는 주요 폐촉매(제품) 발생량 및 재자원화 현황 조사·분석을 위해 관련 국가 통계, 업계 조사, 전문가 면담 등을 실시하여, 국내 화학촉매제품 재제조산업의 활성화를 위한 발전과제를 제시하고자 한다.
주요 폐촉매인 탈황촉매, 자동차 배기가스 정화 촉매 등은 몇몇 도시광산기업을 통해 거의 대부분 유가금속 회수를 위해 재자원화되고 있지만 SCR 탈질 폐촉매의 경우 재자원화(재제조) 비율이 전체 발생량의 10% 내외로 재자원화 비율을 높일 필요가 있다. 전술한 바와 같이 현재 국내에서는 SCR 탈질 폐촉매의 재자원화는 재제조를 통해서만 이루어지고 있어 본 장에서는 SCR 탈질 촉매제품의 재제조를 통한 온실가스 저감 효과를 분석하여 그 필요성을 강조하고자 한다.
제안 방법
SCR 탈질 폐촉매의 재제조를 통한 온실가스 저감량 산정을 위해 수집된 데이터인 모듈의 구성 및 재질 정보는 Table 15과 같으며, 실제 석탄화력발전소에 설치된 SCR 탈질촉매제품의 설계 및 시공업체 조사를 통해 산정하였다.
이에 본 연구에서는 한국환경공단에서 제공하는 폐촉매 발생 총량, 환경부를 통해 제공받은 폐촉매 처리현황, 그밖에 문헌조사, 업계조사 등을 종합하여 주요 폐촉매제품인 SCR 탈질촉매제품, 정유 탈황촉매제품, 자동차 배기촉매의 발생량과 재자원화 현황을 분석하였다.
조사 결과 하나의 모듈은 16개의 허니컴 촉매제품으로 구성되어 있으며, 모듈당 540 kg~750 kg까지 다양하게 존재하나 가장 최근에 시공되어 적용되고 있는 모듈의 중량은 680 kg이며, 이에 대한 탄소배출계수는 Table 18에 나타낸 것과 같이 탄소성적표지 배출계수를 적용하였다.
성능/효과
SCR 탈질 촉매를 구성하는 재질별 중량 및 탄소배출 계수를 이용하여 SCR 탈질 폐촉매 모듈 하나를 재제조할 경우 1,601.71 kgCO2/ea(Module)의 온실가스 저감효과가 나타나는 것으로 분석되었다(Table 17). 신품 및 재제조 공정상에서 배출되는 온실가스 양을 고려하면 실제 온실가스 저감량은 다를 수 있다.
앞서 설명하였듯이 폐촉매 종류별 발생량 통계가 존재하지 않아 실제 발생량 및 처리현황이 본 연구에서 추산한 결과와 약간 상이할 수 있다. 다만, 폐촉매 재활용 업체별 실적, 업계 조사, 전문가 의견 등을 종합해보면 폐촉매는 대부분 정유공정에서 발생하는 탈황촉매, 발전소에서 발생하는 SCR 탈질촉매, 폐자동차에서 발생하는 자동차 촉매가 80% 이상 차지하는 것으로 분석되었다.
후속연구
이는 다양한 판로 확보가 가능해 현재 겪고 있는 재제조 업체의 경제적 어려움을 해소하는데 도움이 될 것이다. 다만, SCR 폐탈질 촉매의 경우, 재제조 가능 횟수가 제한적이기 때문에 현재 개발된 SCR 폐탈질 촉매로부터 유가금속 회수 기술 상용화가 시급하고 이를 통해 재제조와 물질재활용이 SCR 폐탈질 촉매의 자원순환시스템에서 상호보완적 역할을 수행하는 순환구조를 구축할 필요가 있다.
국가에서 운영중인 재제조 제품 품질인증제도를 통해 재제조 기업들이 재제조 SCR 탈질촉매제품의 품질 경쟁력을 확보할 수 있도록 유도하는 것도 대안이 될 수 있다. 이는 다양한 판로 확보가 가능해 현재 겪고 있는 재제조 업체의 경제적 어려움을 해소하는데 도움이 될 것이다. 다만, SCR 폐탈질 촉매의 경우, 재제조 가능 횟수가 제한적이기 때문에 현재 개발된 SCR 폐탈질 촉매로부터 유가금속 회수 기술 상용화가 시급하고 이를 통해 재제조와 물질재활용이 SCR 폐탈질 촉매의 자원순환시스템에서 상호보완적 역할을 수행하는 순환구조를 구축할 필요가 있다.
K, Hitachi Zosen, Johnson Matthey 등이 주요 생산업체이며 시장규모는 4조 8000억원(’15년 기준)에 달한다7). 최근 대기오염의 주범인 질소산화물에 대한 배출 규제가 더욱 강화될 것으로 예상되며, 현재 설치용량의 50% 추가 증설이 필요하여 향후 SCR 탈질촉매 제품의 사용량 및 시장규모는 더욱 증가할 것으로 예상된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
촉매제품의 대표적인 자원순환 방법은 무엇이 있는가?
자원순환이란 관점에서 폐기보다는 재자원화하는 것이 천연자원 사용 절감, 유지관리비용 절감 등에 효과적이다. 촉매제품의 대표적인 자원순환 방법으로는 자원이용 효율성을 극대화하고, 온실가스 감축에 기여할 수 있는 재제조(Remanufacturing)와 물질재활용(Recycling)이 있다1)(Fig. 1).
화학촉매제품을 구성하는 촉매물질이 기능을 상실할 경우 어떻게 되는가?
화학촉매제품은 그 종류와 적용분야가 매우 다양해지고 산업이 고도화되면서 시장규모도 증가하고 있는 추세다. 화학촉매제품을 구성하는 촉매물질은 대부분 소모성 물질로서 그 수명에 한계가 있어 촉매로서 기능을 상실할 경우 촉매물질 뿐만 아니라 촉매제품을 구성하는 담지체, 지지체 등도 함께 대부분 폐기된다. 자원순환이란 관점에서 폐기보다는 재자원화하는 것이 천연자원 사용 절감, 유지관리비용 절감 등에 효과적이다.
화학촉매제품 중 환경분야 적용 촉매제품은 무엇이 있는가?
화학촉매제품은 크게 환경분야 적용 촉매제품과 화학 공정분야 적용 촉매제품으로 구분할 수 있다. 환경분야는 대표적으로 발전소, 소각로 등에 적용되는 SCR(Selective Catalytic Reduction, 선택적 촉매환원) 탈질촉매, 가솔린 자동차의 삼원촉매 및 디젤 자동차에 적용되는 DOC-DPF, 일반 사업장에서 발생되는 휘발성유기화학물 제거를 위한 VOCs 제거 촉매 등이 있다. 화학공정분야의 경우 석유화학공정에서 사용되고 있는 원유에 포함되어 있는 황화합물을 제거하기 위한 탈황 촉매, 옥탄가가 낮은 나프타를 고옥탄가 휘발유로 개질하기 위한 접촉개질촉매, 감압경유를 분해하여 휘발유를 제조하기 위한 접촉분해촉매 등이 있다2).
참고문헌 (13)
Hong-Yoon Kang, Young-Chun Kim, and Il-Seuk Lee, 2012 : Current Status and Promotional Measures of Domestic and Overseas Remanufacturing Industry, J. Korean Institute of Resources Recycling, 21(4), pp. 3-15.
Junghee Hong, 2015 : Status on remanufacturing technology and market of used Chemical catalyst production, Sustainable Industrial Development, 18(5), pp. 6-17.
Ministry of Environment, 2016 : The Comprehensive guide of recycling management system to promote industrial resource efficiency
Resource Circulation Information System (https://www.recycling-info.or.kr) : Status of waste generation and disposal in Korea
Resource Circulation Information System (https://www.recycling-info.or.kr) : Status of designated waste generation and disposal in Korea
Resource Circulation Information System (https://www.recycling-info.or.kr): The amount of wastes generated by the workplace by region (city, county, ward) and treatment status by treatment method
Nano Corporation, 2016 : Investment Prospectus.
http://www.sedaily.com/NewsView/1L01B023A8
Yongsoo Kim and Yonggeol Lee, 2015 : Introduction of Deep Desulfurization Catalyst Technology, News & Information for Chemical Engineers, 33(4), pp. 469-478.
Ministry of Environment, 2006 : Report on the results of investigation on the generation and treatment of waste catalyst.
Young-Shik Kwon, Jae-chun Lee, Do yun Shin, Seung-Hoon Yi, Hyung-Jin Kim, and Yoon-Geun Choi, 2014 : "A Review on Recycling of Spent Autocatalyst in Korea", J. Korean Institute of Resources Recycling, 23(1), pp. 3-16.
The Korean Institute of Resources Recycling, 2014 : Recycling white paper 2014.
Hae-Kyung Park, 2016 : "Status of remanufacturing and commercialization of chemical catalyst products", International Remanufacturing Conference 2016.
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