Recently, increasing fine dust reduces our quality of life and worsens our health. In this situation, government and many people try to remove the nitrogen oxide($NO_x$) which accounts for 20% of fine dust. Also transportation accounts for 50% of exhausting nitrogen oxide($NO_x$), 60% of this nitric oxide is exhausted by the car. Government is constantly striving to reduce the release of nitrogen oxide, so that they have shut down coal-fired power plants. However, this could be another cause of energy shortage. Furthermore, the regulation of $NO_x$ emission of diesel car is becoming more stricter, the situation of the ship is not much different. The army vehicle, especially tank, require an output of 1200HP so that electricity or hydrogen based engines are not available at this time. So the $NO_x$ emission should be minimized while the internal combustion engine continue to use.
The reliable technology is Selective Catalytic Reduction(SCR) currently applied in market for reduction of $NO_x$ emission. This technology is applied to power plants and vehicles to satisfy some of the strict regulation. However, the efficiency of SCR is reduced due to failure to reach the catalytic activity range during initial start-up or the city driving. The more serious problem is that this technology cannot satisfy more stricter regulations so that first the low-temperature and highly-activity catalysts is fabricated, second the use of catalysts should be drastically reduced and third innovative catalyst device that is minimized catalysts contamination and exceeds the performance of the current catalyst device(Honeycomb support) should be developed.
Therefore, The first chapter reports on developing catalyst that was based on Fe-Mn and low-temperature SCR catalyst on stainless mesh. In the second chapter, SCR catalyst combined with the Impeller that was developed in our laboratory so that significantly increased the contact between gas and solid, also solve the problem of pressure drop.
최근 미세먼지의 증가는 우리 삶의 질을 현저히 저하시킬 뿐만 아니라 건강까지 악화시키고 있다. 그 중 미세먼지의 20%를 차지하고 있는 질소산화물을 제거하기 위하여 수 많은 노력이 이뤄지고 있다. 또한 질소산화물의 58%이상이 운송수단의 배기관에서 배출되고 있으며, 운송수단에 의해 배출되는 질소산화물의 60%가 차량에 의해 배출되고 있다. 현 정부는 이를 저감하기 위한 노력을 공격적으로 진행하고 있으며, 노후 된 석탄발전소의 가동중단을 단행한 것이 한 예이다. 하지만 이는 에너지 부족 사태라는 또 다른 중대한 문제를 야기 할 수 있다. 이러한 상황에서 디젤차의 경우 $NO_x$ 배출에 대한 규제까지 강화되고 있고, 디젤엔진으로 구동되는 선박도 상황은 크게 다르지 않다. 군 차량 특히 전차의 경우 1200마력의 출력이 필요하기 때문에 전기 혹은 수소를 연료로 구동하기는 현 시점에서 매우 어렵다. 이러한 이유로 군에서는 내연기관을 지속사용하면서 NOx 배출을 최소화하는 것을 선택할 수밖에 없다.
현장에서 $NO_x$ 저감을 위해 사용되고 있는 가장 믿을만한 기술이 선택적환원촉매법(selective catalytic reduction 혹은 SCR)이다. 이 기술은 발전소 및 차량에 모두 적용되어 현 규제를 어느 정도 충족시키고 있다. 단, 차량의 경우 시동 초기 혹은 시내 주행 시 배기가스 온도가 SCR 촉매 활성 범위에 이르지 못해 그 효율성이 떨어진다는 치명적인 단점을 가지고 있으며, 사실 이것이 최근 발생하고 있는 ‘$NO_x$ 스캔들’의 근본적인 이유가 되고 있다. SCR이 갖고 있는 더 큰 문제는 현 촉매 혹은 촉매 장치로는 엄격해지는 규제를 충족할 수 없다는 것이다. 따라서, 우선 저온에서도 높은 활성을 띄는 촉매가 개발되어야 하고, 높은 촉매 가격을 고려하여 촉매 사용량을 획기적으로 줄여야 하며, 촉매 오염을 최소화할 수 있는 현 honeycomb 담체의 성능을 크게 뛰어 넘는 혁신적인 촉매 장치가 개발되어야 한다.
이런 이유로, 본 연구에서는 첫 번째로 시동 초기 및 시내 주행에도 그 성능을 발휘하는 철-망간 기반 저온용 SCR 촉매 물질의 stainless mesh 담지법을 확립하고, 두 번째 장에서는 본 연구실에서 기 개발한 특수 임펠러 장치와 결합하여 기체와 고체 접촉을 획기적으로 높이면서 압력강하 문제를 해결한 SCR 시스템을 개발하는 것이 목적이다.
