중금속 흡수 세라믹 코어 기술: 산업용 가스 정화 혁명을 이끄는 ZTW Tech의 차별화 솔루션

중금속 흡수 세라믹 코어 기술의 과학적 원리와 산업적 중요성

현대 산업 공정에서 배출되는 가스에는 수은(Hg), 납(Pb), 카드뮴(Cd), 비소(As), 크롬(Cr)과 같은 중금속이 포함되어 있어 환경과 인간 건강에 심각한 위협을 가합니다. 기존의 활성탄 주입법이나 습식 세정 기술은 운영 비용이 높고, 이차 폐기물 문제를 야기하며, 특히 고온·고습·고산성 환경에서 효율이 급격히 저하되는 한계가 있었습니다. 이러한 기술적 격차를 해결하기 위해 등장한 것이 바로 중금속 흡수 세라믹 코어 기술입니다.

ZTW Tech에서 독자적으로 개발한 이 기술의 핵심은 다공성 세라믹 기질(주로 규산알루미늄계 또는 탄화규소계)의 미세 구조 제어에 있습니다. 코어는 나노미터(nm) 수준의 기공 크기와 균일한 기공 분포를 가지도록 설계되어, 표면적을 극대화합니다. 이 거대한 내부 표면에는 중금속 이온과 선택적으로 화학적 흡착(케미소션)을 일으키는 특수 기능기(예: 술폰기, 아민기, 인산기 등) 또는 미세 분말 형태의 금속 산화물(예: 알루미나, 티타니아 복합체)이 고정화되어 있습니다. 이는 단순한 물리적 걸러내기가 아닌, 표면 화학 반응을 통한 활성 포집 메커니즘으로, 특히 휘발성 중금속(예: 수은)을 고온에서도 안정적인 화합물 형태로 전환·고정화할 수 있습니다.

ZTW Tech 세라믹 일체형 시스템: 다중 오염물질 동시 제거의 핵심

단일 오염물질 처리 방식은 공간, 에너지, 비용 측면에서 비효율적입니다. ZTW Tech는 중금속 흡수 세라믹 코어를 단순한 필터가 아닌, ‘다기능 플랫폼’으로 재해석했습니다. 우리의 세라믹 촉매 필터 튜브는 이 코어 기술을 기반으로 하여, 벌집 모양의 모노리스(Monolith) 구조 또는 다수의 세라믹 필터 튜브를 다관속(Duct) 시스템으로 집적합니다. 각 튜브의 벽면은 크게 두 가지 기능층으로 구성됩니다.

• 외부 다공성 지지층: 먼지(PM2.5, PM10)를 99.9% 이상 걸러내는 정밀 여과 기능을 수행합니다. 기존 천 필터와 달리, 세라믹의 내화학성과 내마모성은 고온·고부식성 가스에서도 변형이나 손상 없이 장기간 사용을 가능하게 합니다.
• 내부 촉매 코팅층: V₂O₅-WO₃/TiO₂와 같은 SCR(선택적 촉매 환원) 촉매가 담지되어, 암모니아(NH₃)와 반응하여 질소산화물(NOx)을 무해한 질소(N₂)와 물(H₂O)로 분해합니다. 이 촉매층의 배면 또는 내부 깊숙이 중금속 흡수 세라믹 코어 성분이 통합되어, 통과하는 가스 중의 중금속을 실시간으로 포집합니다.

이러한 설계는 하나의 장치에서 ‘여과(Filter) → 탈질(DeNOx) → 중금속 제거’의 공정이 연속적으로 일어나는 ‘일체형(All-in-One)’ 시스템을 실현합니다. 추가로, 세라믹 표면에 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 성분을 로딩하면, 이산화황(SO₂), 염화수소(HCl), 불화수소(HF) 등 산성가스도 건식(Dry) 조건에서 제거할 수 있습니다. 이는 ZTW Tech 시스템이 폐기물 소각로에서 발생하는 지극성 유기오염물인 다이옥신의 촉매 분해(Deacon 반응 촉진)에도 효과적임을 의미합니다.

산업별 적용 사례와 ZTW Tech 솔루션의 경쟁력 분석

중금속 흡수 세라믹 코어 기술의 진가는 까다로운 운영 조건에서 빛을 발합니다. 다음은 주요 산업별 적용과 해결 과제입니다.

1. 폐기물 소각 및 생물학적 연료(Biomass) 보일러

연료의 이질성으로 인해 배기가스 성분이 극히 불안정하고, 중금속(특히 휘발성 수은), 다이옥신, 부식성 산성가스, 끈적이는 플라이애시(비산재)가 혼재합니다. 기존 SCR 촉매는 플라이애시에 의한 물리적 막힘(Blinding)과 중금속/알칼리 금속에 의한 화학적 중독(Poisoning)으로 수명이 크게 단축됩니다. ZTW Tech의 세라믹 필터 튜브는 표면 여과 방식(Cake Filtration)으로 끈적이는 먼지도 효과적으로 제거하며, 중금속 흡수 세라믹 코어가 촉매층을 보호하기 전에 유해 중금속을 선제적으로 포집합니다. 이를 통해 촉매 교체 주기를 획기적으로 연장하고, 유지보수 비용을 절감합니다.

2. 철강 소결 공정

소결 배기가스는 고온(120-180°C), 고습, 고진공 먼지 농도, 그리고 아연(Zn), 납(Pb) 같은 중금속을 포함합니다. 전기 집진기(ESP)는 미세먼지(PM2.5) 제거 효율이 낮고, 중금속을 제거하지 못합니다. ZTW Tech 시스템은 고온에서 직접 가스를 처리할 수 있어, 재가열 에너지 비용을 절감합니다. 세라믹 필터의 고강도는 고진공 조건에서도 파손되지 않음을 보장하며, 통합된 중금속 흡수 세라믹 코어는 순환 부하에 포함된 중금속을 지속적으로 제거하여 공정의 안정성을 높입니다.

3. 유리 용광로 및 세라믹 가마

배기가스에는 불소(F), 붕소(B) 화합물과 함께 납, 셀레늄 등이 포함될 수 있습니다. 이들은 전통적인 천 필터를 빠르게 부식시킵니다. ZTW Tech의 세라믹 코어는 불소 이온에 대한 높은 화학적 안정성을 가지며, 특수 설계를 통해 붕소 제거 효율도 극대화합니다. 이는 고품질 유리 및 세라믹 생산을 위한 필수 조건을 충족시킵니다.

4. 비철 금속 제련 (구리, 아연)

극고농도의 SO₂와 다양한 중금속(비소, 안티몬 등)이 문제입니다. ZTW Tech는 전처리 건식 탈황 단계와 후속 일체형 정밀 정화 단계를 결합한 맞춤형 설계를 제공합니다. 여기서 중금속 흡수 세라믹 코어는 귀중한 금속의 회수(예: 비소의 안정화 및 포집) 가능성도 열어줍니다.

설계, 운영 및 경제성: 총소유비용(TCO) 관점의 우위

ZTW Tech의 솔루션 선택은 단순한 장비 구매가 아닌, 장기적인 운영 효율성 투자입니다.

• 공간 절약: 별도의 집진기, SCR 반응기, 활성탄 주입 탑이 필요 없어 설치 면적을 40% 이상 줄입니다. 이는 기존 공장 개조(Retrofit) 프로젝트에 매우 유리합니다.
• 에너지 효율: 고온 운전 가능으로 가스 재가열에 소요되는 막대한 에너지 비용을 절감합니다. 또한, 세라믹 필터의 저항력은 천 필터보다 낮아 송풍기 동력 소비를 최소화합니다.
• 장수명과 낮은 유지보수: 중금속 흡수 세라믹 코어를 포함한 세라믹 필터 튜브의 설계 수명은 5년 이상입니다. 이는 1-2년마다 교체가 필요한 천 필터나 중독되기 쉬운 전통 SCR 촉매와 대비됩니다. 역청세정(Pulse-jet Cleaning) 시스템이 최적화되어 필터 수명 동안 안정적인 압력 강하를 유지합니다.
• 이차 폐기물 최소화: 포집된 중금속은 세라믹 매트릭스 내에 안정적으로 고정되어 침출 위험이 적습니다. 이는 폐기물 처리 비용과 환경 책임을 줄입니다.
• 운영 유연성: 가스 유량과 오염물질 농도 변동에 강인한 성능을 보입니다. ZTW Tech의 디지털 제어 시스템은 실시간 데이터를 모니터링하며, 청사이클과 암모니아 주입량을 자동 최적화합니다.

결론적으로, ZTW Tech의 중금속 흡수 세라믹 코어 기술은 단순한 환경 규제 준수를 넘어, 산업 공정의 지속 가능성과 경제성을 동시에 제고하는 차세대 가스 정화 패러다임을 제시합니다. 이는 더욱 엄격해지는 글로벌 배출 규제와 자원 순환 경제 요구에 선제적으로 대응할 수 있는 확실한 기술적 토대를 제공합니다. 당사의 엔지니어링 팀은 각 고객의 특정 공정 조건(가스 조성, 온도, 유량, 공간 제약 등)을 분석하여 최적의 시스템 설계와 경제성 분석 리포트를 제공합니다.