발전소, 산업용 보일러, 소각로, 선박 엔진처럼 연료를 태우는 산업 현장에서는 다양한 배기가스가 발생한다. 그중 질소산화물(NOx)은 대기오염을 유발하는 대표 물질 중 하나다. 질소산화물은 질소와 산소가 결합한 화합물로 주로 연소 과정에서 공기 중 질소가 고온에서 산소와 반응하면서 발생한다. 자동차, 항공기, 선박, 보일러, 발전소, 소각로 등이 주요 배출원으로 꼽힌다.
질소산화물이 문제인 이유는 대기 중에서 2차 오염물질을 만든다는 데 있다. 미국 환경보호청(EPA)에 따르면 이산화질소를 포함한 질소산화물은 호흡기에 영향을 줄 뿐 아니라, 대기 중 다른 물질과 반응해 오존과 입자상 물질 형성에 관여하고 산성비를 만드는 데도 영향을 준다. 또한 질소산화물은 초미세먼지를 유발해 호흡계·심혈관계 질환을 일으키고 동식물 등에도 영향을 끼칠 수 있다. 한국을 포함한 주요국들이 질소산화물을 미세먼지, 오존, 아황산가스, 일산화탄소 등과 함께 주요 대기오염물질로 관리하는 이유다.
산업 현장에서 질소산화물을 저감하는 데 활용되고 있는 공정 중 하나가 '선택적 촉매 환원(Selective Catalytic Reduction, 이하 SCR)'이다. SCR은 배기가스 속 질소산화물을 환원제와 반응시켜 질소와 물로 전환하는데, 이때 반응이 효율적으로 일어나도록 돕는 핵심 소재가 바로 '탈질촉매'다. 탈질촉매를 생산하는 환경소재 전문 기업 ‘나노’의 박포원 수석부사장에게 질소산화물을 줄이는 SCR 공정과 탈질촉매, 이와 관련한 최근 글로벌 시장의 흐름에 대한 이야기를 들었다.
Q. 이산화탄소나 메탄은 많이 들어 잘 알고 있는데요. 질소산화물은 조금 낯섭니다. 어떤 물질인가요?
질소산화물(NOx)은 주로 자동차, 항공기, 선박, 보일러, 발전소, 소각로 등에서 배출되는 대기오염물질입니다. 대기 중에서 화학반응을 일으켜 오존, 미세먼지 등 인체에 유해한 물질로 변화되며, 물과 반응해 질산(HNO3)을 만들어 산성비의 주요 원인이 되기도 합니다. 또한 전 세계적으로 문제가 되고 있는 초미세먼지를 유발하는 원인물질 중 하나로서 기관지염, 폐기종, 폐염, 폐암, 피부염이나 탈모 등을 유발할 수 있고 식물에도 세포를 파괴해 잎에 갈색이나 흑갈색의 반점을 만들기도 합니다. 한국을 포함한 선진국들은 질소산화물을 미세먼지, 오존, 아황산가스 및 일산화탄소와 함께 5대 대기오염물질로 지정해 엄격하게 관리하고 있습니다.
Q. SCR(선택적 촉매 환원) 탈질촉매가 어떻게 작동하는지 궁금합니다.
배기가스에 존재하는 산화질소와 환원제로 투입한 암모니아(NH3)가 촉매상에서 화학 반응을 일으켜서 산화질소가 무해한 질소와 물로 전환됩니다. 환경적인 측면에서는 환경 및 인체에 유해한 산화질소가 환경과 인체에 무해한 질소와 물로 바뀌기에 긍정적인 효과가 있고, 운영적인 측면에서는 다른 환경설비보다 탈질촉매가 장착된 환경설비가 저렴한 비용으로 최대한의 산화질소를 효과적으로 제거할 수 있는 장점이 있습니다. 엄격한 환경규제를 적용하는 국가들에서는 탈질촉매가 필수적으로 적용이 되고 있습니다. 현재 산업 현장에서 쓰이는 탈질 촉매는 세 가지의 형태(허니컴, 플레이트, 적층형)가 있고, 나노는 이 세 가지 형태의 탈질촉매를 모두 생산하고 있습니다.
나노가 바빠진 이유, '강화된 환경 규제와 늘어나는 AI 데이터센터'
1999년 대학교 실험실 벤처로 시작된 주식회사 나노는 미세먼지의 원인물질인 질소산화물을 제거하는 탈질촉매를 생산하는 환경소재 전문 기업입니다. 촉매 원료부터 탈질촉매와 탈질-산화 복합촉매 제조 및 촉매설계, 재생, 평가기술까지 자체 기술개발을 통해 국산화에 성공했으며 고객에게 사업 초기부터 사후 관리까지 탈질촉매에 관한한 토탈 솔루션을 제공합니다. 최근 빠르게 증가하는 환경 촉매 수요에 따라 2025년 11월 고밀도 촉매 생산을 위한 신공장을 완공했고 중동, 폴란드 시장 진출에 이어 환경촉매 최대 시장인 미국시장 진출에 성공했습니다.
Q. 국내외 환경 규제들을 사업 확대의 기회로 보고 계신 것으로 알고 있는데요. 구체적으로 현재 질소산화물과 관련해 어떠한 규제들이 있는지 궁금합니다.
우리나라는 '미세먼지 관리 종합대책'을 통해 2022년까지 미세먼지 국내 배출량의 30%를 감축하는 정책을 추진했습니다. 이의 일환으로 2019년 1월 1일부터 석탄화력․제철업․석유정제업․시멘트제조업 등 4개 업종 31개 사업장을 대상으로 대기오염물질 배출허용기준을 기존보다 2배 이상 강화해 적용하고 있습니다.
또한 질소산화물 배출을 직접 규제하기 위해 질소산화물 배출부과금을 2022년까지 단계적으로 강화하여 부과했으며, 2020년에는 '대기관리권역의 대기환경개선에 관한 특별법'에 따라 사업장 대기오염물질 총량관리제가 시행되고 있습니다. 아울러 대기환경 개선을 위해 10년마다 수립․시행되는 '제3차 대기환경개선 종합계획(2023~2032)'에 따라 대기환경기준 달성률이 저조한 물질을 중심으로 농도 목표를 설정하고, 초미세먼지(PM2.5) 및 오존의 주요 원인물질인 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx), 휘발성유기화합물(VOCs), 암모니아(NH3) 등을 집중 관리하고 있습니다.
Q. 해외의 경우는 어떤가요?
미국은 기존의 클린 에어 액트(Clean Air Act)라는 환경법을 1970년대부터 시행을 해왔고 질소산화물 배출에 대한 규제는 지속적으로 강화시켜 오고 있었는데 2023년 '굿 네이버 플랜(Good Neighbor Plan)'을 도입해 질소산화물 배출 규제를 더욱 강화했습니다. 한국과 미국처럼 일본, 캐나다, 유럽연합 각국도 엄격한 환경규제를 갖고 있으며 이를 계속 강화해 나가고 있습니다. 또한 그간 경제개발을 우선시 하던 개발도상국가들도 점차적으로 환경에 관심을 갖기 시작해 환경 규제를 도입하고 있습니다.
국제 선박분야에서는 국제해사기구(IMO)가 선박에서 배출되는 질소산화물에 대해 티어 3 기준을 적용해 신규 건조되는 선박을 중심으로 강화된 배출 규제를 시행하고 있으며, IMO는 2050년 국제 해운부문의 온실가스 순배출 넷제로(Net-Zero) 달성을 목표로 중장기 감축 전략을 채택했고, 이에 따라 2027년부터 선박 연료의 온실가스 집약도 기준을 강화하고 기준 미달시 비용 부담을 부과하는 중장기 온실가스 감축 조치를 도입할 예정입니다.
이에 따라 탈질촉매의 수요는 해마다 증가하고 있습니다. 시장조사 기관에 따르면 2034년까지 탈질촉매 시장 평균 성장률은 한국이 9.5%, 세계 평균은 4.3% 씩 고성장할 것으로 예측되고 있습니다.
Q. 환경 규제와 함께 또 다른 성장 동력의 축으로 AI 데이터센터의 확대를 꼽고 계시는데요. 어떤 관계가 있나요?
최근 AI 기술의 보편화로 선진국을 중심으로 데이터센터 구축이 폭발적으로 증가하고 있습니다. 이에 따라 데이터센터 운영에 필요한 막대한 전력을 공급하기 위해 천연가스 발전소 및 비상용 발전기 수요가 동반 급증하는 추세입니다. 이들 발전 설비 가동 시 발생하는 질소산화물로 인해 탈질촉매 수요가 늘어날 뿐만 아니라, 천연가스 연소 과정에서 발생하는 불완전 연소물인 일산화탄소(CO)를 제거하기 위한 산화촉매 수요 역시 필연적으로 증가하고 있습니다.
나노는 이러한 시장 변화를 선제적으로 예측해, 2023년 탈질과 산화 기능을 동시 수행하는 '탈질-산화 복합촉매' 개발 및 사업화에 성공했습니다. 복합촉매는 기존 탈질촉매 대비 부가가치가 높아 향후 매출 증대의 핵심 동력이 될 것으로 기대됩니다. 당사는 고품질·고성능 복합촉매의 안정적인 생산 능력을 확보하기 위해 신공장 건설을 완료했으며, 현재 촉매 공급 부족을 겪고 있는 북미 시장을 중심으로 데이터센터용 촉매 수주에 역량을 집중하고 있습니다.
Q. 국내 환경촉매 시장은 어떤가요?
국내 석유화학산업은 초기 설립 시부터 석유화학산업에 필요한 다양한 화학 촉매를 해외로부터 수급받아 운영을 하고 있습니다. 따라서 탈질설비 역시 초기 설비 가동부터 외국산 탈질촉매만을 사용했으며, 석유화학산업의 특성상 기존 해외 탈질촉매를 국산 탈질촉매로 교체하는데 매우 보수적이었습니다.
저희는 이런 높은 진입장벽을 극복하기 위해 중견 석유화학기업에서 운영하고 있는 석유화학 설비에 탈질촉매의 국산화를 시도해 성공했고, 확보한 품질과 서비스 우수성 등 나노 촉매의 신뢰성을 바탕으로 국내 여러 글로벌 석유화학기업에서 운영하고 있는 탈질촉매 국산화까지 최근 성공했습니다.
Q. 환경촉매 산업 내 경쟁 지형이 궁금합니다.
국내외 다수의 경쟁사가 있지만, 일정 수준의 기술력과 글로벌 경쟁력을 확보한 회사는 미국, 일본, 유럽에 있는 4 ~ 5개의 선도 기업들이 있습니다. 그중에서 나노는 촉매 원료 기술을 바탕으로 설립됐으며, 촉매 원료부터 최종 촉매 제품, 그리고 촉매 유지관리 기술까지 보유한 회사입니다. 국내 SCR 촉매 시장에서 약 70% 수준의 점유율과 글로벌 선박 엔진 분야의 높은 공급 실적을 가지고 있으며, 미국, 유럽, 중동, 아시아 등 글로벌 18개국에 촉매를 공급한 실적을 확보하고 있습니다.
Q. 최근 중동 시장 진출에 적극 나서고 있다는 소식을 들었는데요. 해외 시장 개척도 계속 진행 중인가요?
전 세계적으로 강화되고 있는 대기환경규제와 더불어 탄소중립, 온실가스 저감 요구에 따라 규모 확장 중인 발전, 석유화학 등 각종 산업 분야에서 요구하는 다양한 촉매 공급을 추진 중에 있습니다. 특히 미국 시장의 경우 데이터센터로 인한 전력수요 급증으로 다양한 전력 공급원(화석연료, 배열회수보일러(HRSG), 엔진발전 등)에 필요한 대기 환경 촉매 시장을 적극 개척하고 있으며, 중동의 다양한 수요에 대해서도 국내외 경쟁력을 갖춘 글로벌 설비회사와 협력을 통한 시장 확대를 추진하고 있습니다.
Q. 기술개발 트렌드가 궁금합니다. 최근 환경촉매 산업 내에선 어떤 방향으로 연구개발이 이뤄지고 있나요?
최근 글로벌 친환경 촉매 시장은 기존의 질소산화물 저감을 넘어, 무탄소·저탄소 연료 전환에 대응하는 ‘차세대 에너지 맞춤형 촉매’와 ‘온실가스 직접 감축 촉매’ 방향으로 급격히 발전하고 있습니다. 나노 역시 이러한 글로벌 패러다임 변화에 선제적으로 대응 및 연구개발 통한 상용화에 역량을 집중하고 있습니다.
Q. 구체적으로 설명해주세요.
첫째, 조선·해운 업계의 무탄소 규제 강화에 발맞춰 ‘암모니아 추진선’ 시장을 겨냥한 차세대 선박용 탈질 촉매를 개발 중에 있습니다. 가혹한 선박 운항 환경에서도 암모니아 연소 가스를 효율적으로 처리할 수 있는 고내구성 촉매를 개발하여 다가올 무탄소 선박 촉매 시장의 주도권을 확보할 계획입니다.
둘째, 에너지 전환의 징검다리 역할을 하는 천연가스(LNG) 발전 및 산업 시장 진입을 위해 ‘복합촉매’와 ‘산화촉매’ 라인업을 완성해 나가고 있습니다. 하나의 촉매로 복합적인 유해 물질을 동시 제거하는 ‘복합촉매’ 기술과 가스 플랜트에 최적화된 ‘산화촉매’ 제품 개발을 통해 급성장하는 천연가스 시장에서 고부가가치 포트폴리오를 빠르게 확장하고 있습니다.
셋째, 전 세계적인 규제 강화에 대응하는 종합 온실가스 감축 촉매의 상용화입니다. 현재 발전, 산업, 선박, 반도체 등 다양한 분야에서 발생하는 주요 온실가스인 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 아산화질소(N2O), 수소불화탄소(HFCs), 과불화탄소(PFCs), 육불화황(SF6) 등을 직접 분해하고 저감하는 촉매 기술 개발을 추진 중입니다. 이를 통해 연료 연소 촉매와 온실가스 분해 촉매를 모두 아우르는 글로벌 종합 친환경 솔루션 기업으로 자리매김하려 합니다.
Q. 나노의 중장기 목표가 궁금합니다.
2030년까지 한국을 대표하는 환경소재 글로벌 중견기업으로 도약하려는 목표를 가지고 있습니다. 이를 위해 5개년 계획을 세우고 추진 중에 있습니다. 기술혁신, 생산 및 품질혁신, 시장확대, 인프라강화 등 5가지 항목에 대해 복합촉매 및 산화촉매 개발 및 사업화, AI 기반 업무자동화, 제조 공정 자동화, 데이터센터 시장 및 북미 시장 개척 등 구체적인 실행 계획을 가지고 있습니다.
헬로티 이동재 기자 |
