차세대 나노소재 질화붕소 나노튜브, 미세먼지 해결사 되나?

매일 아침 미세먼지 예보에 촉각을 세우는 요즘, 미세먼지의 주요 원인 중 하나인 자동차 배기가스 저감에 대한 관심도가 높아지고 있다. 이런 가운데 정부 출연연구기관 창업 기업이 독자기술로 자동차 배기가스 정화용 촉매를 개발하는데 성공해 관심을 모으고 있다.

한국원자력연구원은 원자력연 창업기업인 내일테크놀로지가 질화붕소 나노튜브(BNNT·Boron Nitride Nanotube)를 활용한 고효율 자동차 배기가스 정화용 촉매소재를 개발했다고 14일 밝혔다. 이번 기술개발 결과는 화학공학 분야에서 가장 많은 인용수를 자랑하는 학술지인 I&ECR(Industrial & Engineering Chemistry Research)의 표지논문으로 최근 선정됐다.

내일테크놀로지는 김재우 박사를 중심으로 2015년 원자력연구원에서 독자적으로 개발한 질화붕소 나노튜브 제조기술과 장치를 기반으로 창립한 연구원 창업기업이다.

질화붕소 나노튜브는 열전도율, 탄성, 강도, 열·화학안정성 등이 뛰어나 현재 반도체, 자동차 산업 등에서 널리 사용되는 탄소 나노튜브보다 4차 산업분야에서 활용성이 더욱 높은 핵심 나노소재로 손꼽힌다.

인체에도 무해하기 때문에 IT·IoT, 에너지뿐 아니라 바이오메디컬 분야에서도 각광받고 있다. 전 세계적으로 질화붕소 나노튜브 제조기술을 보유한 기업은 미국, 캐나다 등의 소수 기업만이 손꼽히는 가운데 원자력연구원 창업기업인 내일테크놀로지가 그 대열에 합류했다.

질화붕소 나노튜브는 현재 IT·IoT 분야에서 고휘도 LED, 5G 휴대전화와 관련모듈 및 전기자동차 등의 전기절연 방열소재, 플렉시블 센서나 에너지하베스팅 압전소재로 쓰이고 있다. 또한 경량, 내열, 중성자 차폐와 고강도 특성 등을 동시에 갖고 있어 항공우주 분야 소재로도 활용가치가 매우 높다.

내일테크놀로지가 이번에 세계 최초로 질화붕소 나노튜브를 활용한 자동차 배기가스 정화용 촉매를 개발하는데 성공했다.

현재 자동차 배기가스의 오염물질을 줄이기 위해 널리 사용되는 기술은 배기 파이프에 설치된 정화기(Catalytic Converter) 내부에 팔라듐, 백금, 로듐과 같은 귀금속 촉매가 함유된 세라믹 분말을 코팅해 배기가스를 정화한다.



그러나 kg당 수천만 원에 달하는 천연 귀금속을 1~5wt% 함유한 촉매를 사용해야 하고 배기가스 온도가 올라가면 정화 성능이 떨어지는 한편, 장기간 사용할 경우 내구성이 떨어지는 단점도 있다.

이번에 내일테크놀로지가 미국 스토니브룩대학(Stony Brook University) 연구팀과 함께 개발한 기술은 질화붕소 나노튜브 표면에 나노미터 크기의 팔라듐 또는 백금 나노입자 극소량(0.1wt% 이하)을 결합해 촉매를 제조하는 기술로 질화붕소 나노튜브의 촉매 특성에 더해 표면에 결합한 나노입자의 촉매 성능을 동시에 발현시킬 수 있다.

기존 기술과 유사한 정화능력을 가지면서 600℃ 이상의 고온에서도 오랜 시간 정화 성능을 유지할 수 있다. 또한 귀금속 촉매 사용을 최소 100배에서 최대 1,000배 이상 획기적으로 절약하면서 제조공정 역시 매우 간단해 대량 생산에도 적합하다.

현재 질화붕소 나노튜브는 시장 진입 초기 단계라 수요가 많지 않아 고가로 소량씩 공급되고 있으나 추후 수요 증가로 시장이 확대되면 대량 생산에 따른 원가 절감으로 경제성 또한 확보할 수 있을 것으로 예상된다.

내일테크놀로지는 한국과 미국에 이 기술에 대한 특허를 출원했고 북미지역의 세계적인 자동차부품사와 공동으로 자동차용 촉매제품 개발을 추진하기로 합의하고 NDA(비밀유지각서)를 체결했다.

내일테크놀로지 대표이사 김재우 박사는 “내일테크놀로지는 정부출연연에서 독자 개발한 기술을 기반으로 현재 시장을 주도하고 있는 미국, 캐나다 기업보다 우수한 특성의 질화붕소 나노튜브를 획기적으로 낮은 가격에 공급해 시장을 주도할 수 있다고 확신한다”며 “개발한 고유 기술을 기반으로 2025년 40조원에 이를 것으로 예측되는 촉매시장에 무난히 진입할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

/대전=박희윤기자 hypark@sedaily.com