도시생활폐기물소각재(MSWI ash)을 매립하게 되면 장기적으로 중금속이 침출된다. 급속탄산화를 통하여 MSWI ash 내의 중금속을 탄산염 형태로 고정하여, 중장기적으로 침출을 방지할 수 있다. 본 연구에서는 급속 탄산화 방법을 통하여 소각재인 fly ash의 중금속 저감 및 이산화탄소 저감에 대해 수행하였다. NH4OH, NH4SCN, 및Ca(OH)2를 이용하여 test 하였으며, 소각재의 중금속을 탄산화 전, 후를 비교하여 중금속이 침출량을 비교 하였다. 추가적으로 이산화탄소가 fly ash에 포집된 이산화탄소 저감량을 나타내면서 이산화탄소 흡수제의 재사용 가능성을 확인하였다. 흡수제를 재생하는 과정에서 나온 CO32-이온에 의해 탄산화 된 금속염들의 성분 분석을 위해, XRD (X-ray diffraction analyzer(Ultima Ⅳ))를 사용하였다. 그리고 FE-SEM(Field emission scanning electron microscope, JEOL-7800)으로 filtering후 건조시킨 샘플과 fly ash의 표면구조를 촬영하고 비교하였다.

산업혁명 이후 대기 중의 온실가스 중 하나인 이산화탄소가 증가하면서 전세계적으로 지구온난화가 화두되고 있다. 이산화탄소 저감기술인 CCS(Carbon Capture and Storage) 기술은 이산화탄소를 포집 후 저장하는 기술로 저장의 한계에 따라 CCU(Carbon Capture and Utilization) 기술이 각광받고 있다. CCU는 이산화탄소를 이온화 하여 무기 혹은 유기재료로 전환이 가능하다. 폐기물의 금속이온을 이용하여 화학적으로 무기탄산화가 가능하며, 폐기물과 이산화탄소를 동시에 처리할 수 있다는 이점이 있다. 본 연구에서는 최종산물을 탄산칼슘을 생성하는 것이며, 탄산칼슘의 수율을 증대시키기 위해서는 폐기물 내의 칼슘 이온의 추출효율을 올리는 것이 중요하다. 하지만 용매를 이용할 경우 칼슘이온 외에 다른 이온들도 같이 추출되면서 탄산칼슘의 순도를 떨어뜨린다. 이에 최종생성물의 순도를 높이기 위하여 칼슘이온만 선택적으로 추출하기 위해 실험을 진행하였다. 실험에 사용된 폐기물은 탈황석고와 폐시멘트를 이용하였으며, 칼슘이온을 선택적으로 추출한 샘플을 이용하여 탄산화반응을 통하여 탄산칼슘을 생성하였다. 생성된 탄산칼슘은 XRD (X-ray diffraction analyzer(Ultima Ⅳ))와 FE-SEM(Field emission scanning electron microscope, JEOL-7800)를 통하여 결정구조를 분석하였다.

To prevent climate change which is thought to be caused by the carbon dioxide emitted from industrial facilities by human activities, the efforts to reduce the concentrations of carbon dioxide in the atmosphere have been widely made. One of the method is to capture carbon dioxide by liquid absorbent. In this method, flue gas containing carbon dioxide is introduced to the absorber where the absorbent captures carbon dioxide selectively. After capturing, carbon dioxide is separated by heat at desorber and separated CO2 is transprted to storage site such as deep ocean or underground. However, stored CO2 is not permanently stable and these can be problematic that can cause ecosystem destruction due to low pH of the gas. By applying metal cation supplying unit after the capture process, carbon dioxide can be converted to metal carbonate salt in solid phase which can be stored stably or can be utilized or reused for industrial application. In this research, the mechanisms of carbon dioxide conversion were suggested and basic properties and conditions of the system were introduced.

In order to cope with some drawbacks of conventional CCS (Carbon Capture and Storage) technologies, the new way to deal carbon dioxide have been studied a lot. One way to deal emitted carbon dioxide is to convert carbon dioxide into metal carbonate salt which can be used for various purposes such as raw materials for construction, additives for paper-making industries and so on. In this method, securing the source for metal cation is important and in this research, concentrated industrial wastewater was used to supply metal cation. In the wastewater, calcium and magnesium ions were dissolved and this could make cpatured carbon dioxide to be converted to metal carbonate salts. As a result of the chemical conversion, the amount of carbon dioxide converted to the precipitated salts and the crystal structures of them were suggested. To verify the crystal structures and the composition of salt mixtures, Scanning Electron Microscope and X-Ray Diffraction analysis were utilized.

범지구적으로 다양한 문제를 야기하는 지구온난화 현상은 해결해야하는 필수 과제 중 하나로 여겨져 왔다. 이 중에서 이산화탄소는 낮은 지구온난화 지수에도 불구하고 가장 많은 양으로 인해 지구온난화 현상에 대해 가장 큰 책임을 가지고 있다. 이산화탄소 저감을 위한 기술로 금속 이온과 이산화탄소의 결합을 통한 무기탄산화 기술이 최근 떠오르고 있다. 무기탄산화 기술의 가장 큰 가능성 중 하나는 다양한 금속이온을 가지고 있는 폐기물을 원료로 이용할 수 있다는 점이다. 본 연구에서는 이러한 폐기물 중 다량의 Ca를 가지고 있는 것으로 알려진 비산재를 이용하여 무기탄산화, 그 중에서도 수용액 내에 이산화탄소를 주입하여 반응시키는 직접수성 탄산화를 통한 탄산칼슘 생성에 대해 다루었다. 다량의 불순물을 포함하고 있는 비산재를 보다 순수한 형태로 이용하기 위하여 고온 (70℃)의 물로 세정하여 이용하였다. 총 500 g의 흡수제 중 세정한 비산재가 10 wt% (50g) 포함되었고, 5 wt% (25 g)의 NaOH 첨가 유무에 따른 CO2 저감량의 차이를 CO2 로딩 분석을 통해 비교하였다. 생성물에 대하여 XRD 그리고 TGA 분석을 통해 구성성분 및 순도 분석을 진행하였다.

2015년 체결된 파리협정을 포함하여 이산화탄소 저감을 위한 움직임이 더욱 활발해 지고 있는 실정이다. 6대 온실가스 중 하나인 이산화탄소는 지구온난화에 가장 큰 영향을 미치고 있는 것으로 알려져 있으며, 현재 대한 민국은 2030년 BAU 대비 37% 저감을 목표치로 설정하였기 때문에 효율적인 이산화탄소 기술의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 담수화산업으로부터 나온 폐해수의 재활용 가능성을 알아보기 위하여 산업적으로 생성된 해수 샘플을 이용한 무기탄산화를 진행하였다. 해수는 일반적으로 Ca2+, Mg2+, Na+ 등을 포함해 다양한 금속이온을 가지고 있다고 알려져 있으며 사실상 무한한 자원으로 간주되기 때문에 이를 이용할 수 있다면 일석이조의 효과를 얻을 수 있을 것으로 보이기 때문에 연구를 진행하였다. 생선된 탄산칼슘의 순도를 높이기 위해 탄산화를 진행하기 이전에 NaOH를 첨가하여 Mg 이온을 Mg(OH)2의 형태로 분리하였다. 남아있는 상등액은 탄산염 형태로 침전될 수 있는 이온 중 Ca 만을 가지고 있기 때문에 CO2가 포화된 MEA를 통하여 CO32- 이온을 공급하여 고순도 CaCO3를 얻고자 하였다. 실제로 전환되는 CO2의 양을 산정하기 위하여 MEA의 CO2 로딩 분석을 진행하였으며 x-ray diffraction (XRD)와 thermogravimetric analysis (TGA) 분석을 통해 생성물의 구성 성분 및 순도를 알아보았다.

전 세계 각지에서 효율적인 이산화탄소 저감 기술 개발을 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만 가장 상용화 가능성이 높다고 알려진 carbon capture and storage (CCS) 기술은 대한민국과 같이 적절한 저장소를 찾기가 어려운 국가에서는 상용화되기 어렵다는 단점을 가지고 있다. 따라서 최근 이러한 조건을 가진 국가에서는 CCS 기술을 대체하기 위하여 carbon capture and utilization (CCU) 기술의 개발에 대한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 흔히 알려진 폐기물인 레미콘회수수를 이용하여 CCU 기술 중 하나인 무기탄산화에 대해 다루었다. 무기탄산화란 금속 이온과 CO2를 반응시켜 금속 탄산염을 얻는 기술이다. 레미콘회수수는 다량의 Ca2+를 포함한 것으로 알려져 있어 이를 금속 이온 공급원으로 사용하여 고순도 탄산칼슘을 얻고자 하였다. 또한 이러한 탄산화 과정에서 암모늄염 첨가제의 영향을 알아보기 위하여 NH4SCN, NH4NO3, NH4Cl 세 가지 암모늄염을 선정하여 실험을 진행하였다. 탄산화 실험에서 여과한 레미콘회수수 상등액을 용매로 사용하여 30 wt% MEA, 3 wt% 암모늄염을 첨가한 용액 400 g과, 레미콘회수수 고체 100 g을 더하여 총 500 g의 흡수제를 만들어 사용하였다. 실험과정에서 CO2 흡수량을 알아보기 위하여 CO2 로딩 분석 및 그래프 도시를 진행하였고, 실험 결과 생성된 결과물을 x-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) 그리고 thermogravimetric analysis (TGA) 분석을 통해 생성물의 구성 성분 및 순도를 알아보고자 하였다.

온실가스인 이산화탄소는 다른 온실가스에 비해 Global Warming Potential(GWP)가 가장 낮지만 배출량이 전체 온실가스 중 88 %의 비중을 차지하고 있다. 많은 국가에서 기후변화에 관심을 가지고 이산화탄소 저감에 대한 연구개발이 활발히 일어나고 있다. 본 연구에서는 암모늄 화합물을 이용하여 이산화탄소를 포집하고 산업폐기물의 금속이온을 이용하여 무기재료인 탄산칼슘을 생성하는 다양한 방법을 소개한다. 탄산칼슘 생성을 위해 칼슘이온이 포함된 탈황석고, 폐시멘트를 이용하였다. 결과에서 이산화탄소 포집 성능 및 최종생성물의 결정구조를 확인하였으며, 이산화탄소 loading 값  는 약 2.0의 값을 가진다. X-Ray Diffraction, Scanning Electron Microscope의 분석을 통하여 탄산칼슘이 생성되었음을 확인하였으며, 결정구조는 Vaterite가 생성됨을 확인할 수 있다. 효과적인 공정을 위하여, 생성물을 생성한 후 용액을 회수하여 재이용할 수 있어 연속적인 공정이 가능하다. 회수된 용액의 재이용의 가능성을 보기위하여 이산화탄소를 재흡수 시키면서 같은 공정을 2cycle씩 진행하여, 연속적인 공정의 잠재성을 확인하였다.

Many researchers around the worlds are getting their attention on developing carbon dioxide reduction technologies. In this research, the method to utilize captured carbon dioxide was suggested using industrial wastewater which was produced from refined salt production process. High concentrations of metal carbonates such as calcium, magnesium and so on were contained in them and it could lead to carbon fixation which can lead to utilization of precipitated salts for various purposes. In this research, 30 wt% of monoethanolamine, diethanolamine and methyl-diethanolamine solutions were used as absorbents and precipitated salts were produced as final product. Using X-ray diffraction and Scanning Electron Microscope, crystal structures of the products were verified.

This research deals with carbon dioxide utilization using amino acid salt solution. Energy-efficient CCU (carbon capture and utilization) technology in which no thermal desorption step is required was suggested. Waste concrete was considerd as Ca2+ source. (1.5 M potassium glycinate + 0.15 M piperazine) was used. After solution is saturated with carbon dioxide, 25wt% 100 ml of calcium chloride solution to replace Ca2+ from waste concrete in experiment was added. And then, precipitated calcium carbonate (PCC) was formed. As a result of absorption experiments of (1.5 M potassium glycinate + 0.15 M piperazine), CO2 loading value for the first absorption and reabsorption step was 0.7354 and 0.2848 mol CO2/ mol absorbent, respectively. Also, the yield of PCC formation of (1.5 M potassium glycinate + 0.15 M piperazine) was 43.63%. Based on these data, the amount of CO2 reduction was calculated. Calcium carbonate can be classified into calcite, vaterite, and aragonite according to their crystal structures and morphology. XRD and SEM analysis were performed and the result showed that the morphology of produced PCC salt was vaterite.

The concentration of carbon dioxide in atmosphere is gradually increasing as industrial activity is being facilitated. Since most of the industries are getting their energy from fossil fuels such as coal, petroleum and gas, carbon dioxide production is inevitable. However, by applying suitable carbon capture process at the end of the carbon dioxide emission facilities, the amount of carbon dioxide emitted to atmosphere can be significantly reduced. Thus, Carbon Capture and Storage (CCS) technologies have been developed by many nations. In that technology, captured carbon dioxide is stored in deep ocean or the underground holes. However, considering environmental effects and geological distinct characteristics, CCS technologies are thought to be developed finding new way to handle captured carbon dioxide. One of the method is to turn captured carbon dioxide into precipitated calcium carbonate salt by adding calcium ions. Conventionally, calcium carbonate salt formation is achieved by reaction under high pressure and temperature. However, this method requires large amount of energy to maintain reaction condition. Hence, carbon dioxide reduction and utilization technology through carbon fixation or carbonation in aqueous phase is proposed in this research. Using aqueous absorbent, carbon dioxide is captured and precipitated calcium carbonate salt was formed by adding calcium ions. All of the reaction occurred under ambient temperature and pressure (1 atm, 298.15 K). The amount of carbon dioxide reduction as well as yield of precipitated calcium carbonate salt were considered. Also, through instrumental analysis including Scanning Electron Microscope (SEM), X‐Ray Diffraction (XRD) and Thermogravimetric Analysis (TGA), possibility of final product utilization was investigated.

제강 슬래그는 제철 공정 중 쇳물에 녹아있는 불순물을 제거하는 공정에서 발생하는 슬래그로, 불순물과 생석회(CaO), 석회석(CaCO3) 등과의 반응으로 생성된다. 슬래그의 발생량은 원료 및 공정에 따라 그 차이가 있으나 1톤 조강 시 약 470kg이 발생하며, 국내 제강 슬래그의 발생량은 한 해 약 830만톤 정도이다. 제강슬래그에는 칼슘의 성분이 다량으로 함유되어 있어 콘크리트 등 건설원료로 사용이 가능하지만, 이를 사용하기 위해서는 장시간의 숙성 과정이 필요하기 때문에 처리 및 재활용할 수 있는 방안이 필요하다. 광물탄산화는 산업폐기물을 이용하여 이산화탄소 고정 및 탄산염을 생성하는 기술로, 이를 제강 슬래그에 적용하는 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 광물탄산화 방법중의 하나인 간접 탄산화 방법을 통해 제강 슬래그로부터 탄산칼슘을 제조하고 그 특성을 평가하였다. HCl을 이용하여 제강 슬래그 내 칼슘을 추출하였으며, NaOH 및 CO2 가스를 이용하여 탄산칼슘을 제조하였다. 추출의 경우 반응 온도에 의한 효과는 크지 않은 반면, HCl 농도 및 고액비의 영향을 받았으며, HCl의 농도가 높을수록 낮은 순도의 탄산칼슘이 생성되었다. 최적 조건에서 칼슘 추출 효율은 89%로 나타났으며, 98% 이상의 순도를 가진 탄산칼슘을 생성하는 것이 가능하였다.

현재 화석연료의 매장한정량에 따른 고갈가능성과 환경적 문제에 대한 위기감이 높아짐에 따라 대체에너지원의 필요성이 더욱 높아지고 있다. 대체 에너지원 중 하나인 바이오매스는 에너지원과 화학물질 원료로서 이용 가능하며 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 바이오매스는 지속가능한 자원이며 탄소중립적인 특징을 가진다. 또한, 유기성화합물로 이루어져 있어 화석연료를 대체할 수 있는 에너지원으로 각광받고 있다. 바이오매스 이용을 위한 열화학적 변환 공정으로는 연소, 가스화, 열분해 방법이 있다. 열분해방법은 무산소 조건, 400~600℃ 하에서 열적분해가 일어나는 공정으로 고형분인 바이오촤, 바이오오일, 바이오가스를 얻을 수 있다. 액상인 바이오 오일은 다양한 유기화합물이 혼합되어 있는 상태로 이를 분리하여 화학물질의 원료, 수지합성, 의약품, 유기용매로의 이용 가능성이 매우 높다. 바이오오일의 분리방법으로 용매추출법, 분자증류법, column chromatography 외에도 다양한 연구가 진행되고 있다. 이번 연구에서는 바이오오일 유용물질 회수를 위한 기초실험으로 용매추출법을 이용한 상분리 실험을 진행하였다. 본 연구에서는 폐톱밥을 원료로 느린 열분해를 통해 생성된 바이오오일의 상분리 실험을 진행하였다. 선행 실험을 통해 셀룰로오스로부터 유도되는 유용 물질중 하나인 Furfural 생성 최적 조건을 찾은 후 극성이 다른 용매를 선택하였다. 용매와 바이오오일의 부피비는 1:1로 설정하였으며 상분리 결과는 GC/MS로 분석하였다. 각 용매와 분리 조건에 따른 soluble, insoluble 상의 결과를 GC/MS를 통해 비교하였다. Furfural 및 기타 유용물질 분리에 적합한 용매를 선정하였으며 주요 유기물질 회수방안에 대한 연구를 진행하였다.

신재생에너지의 종류에는 수소에너지, IGCC, 연료전지, 바이오에너지 등 여러 종류가 있지만, 기존의 화석연료를 대체할 수 있는 에너지는 바이오매스가 유일하다. 바이오매스는 광합성 과정을 통해 체내 이산화탄소를 축적하므로 대기 중의 이산화탄소 농도를 변화시키지 않아 기후변화 완화에 기여를 하고 있다. 바이오오일은 수송용 연료로 사용이 가능하고 그 외에 다양한 화학물질들이 존재하여 화학시장의 새로운 플랫폼이 될 수 있는 자원으로 인식되고 있다. 바이오오일을 만드는 방법은 여러 가지가 있지만 열분해는 가장 간단하면서도 다양한 물질이 생성되어 그 활용가치가 매우 높다. 열분해 후에는 바이오촤, 바이오 오일, 바이오가스가 생성되는데 이번 연구에서는 바이오 촤와 바이오 오일의 분석에 집중하였다. 생성된 바이오오일은 탄화수소 계열 화학물질 외에 다양한 유기화합물이 존재하는데 화학산업의 기초가 되는 유기물질들이 다량 존재한다. 바이오촤는 활성탄으로 사용이 가능하고 석탄을 대체할 연료로 고려되고 있는 단계로 가치가 높게 받아들여지고 있다. 본 연구에서는 목재 펠릿 제조 후 남는 폐 톱밥을 이용하였고 화학 처리는 되지 않았다. ZSM-5 촉매를 사용하여 열분해를 진행하였고, Si/Al ratio가 다른 촉매를 이용하여 최적의 촉매와 조건을 찾아내었다. 촉매와 폐톱밥을 균질하게 섞어 촉매 반응이 원활하게 진행되도록 유도하였고 생성되는 바이오촤와 바이오 오일에 촉매의 영향이 있는지 확인하였다. 대조군으로 무촉매 조건을 두었는데 이 때 온도는 350, 400, 450, 500, 550℃로 변화를 주며 실험을 진행하였다. 촉매 조건에서는 400, 500℃로 실험을 진행하였다. 열분해하여 나오는 생성물을 성상별로 분류하여 고체와 액체 물질이 어느 촉매 조건에서 많이 나오는지 비교하였다. 바이오 촤는 질량비교와 원소분석을 이용하여 분석하였고 바이오 오일은 질량 비교와 GC-MS를 이용하여 분석하였다.

이산화탄소의 증가에 따른 온실가스 저감방법에 대한 연구들이 활발히 진행이 되고 있다. 이산화탄소는 지구온난화를 야기하는 대표적인 온실가스이다. 이를 저감하기 위한 방안으로는 CCS(Carbon Capture and Storage)를 예로 들 수 있다. 하지만 CCS기술은 에너지의 소비가 비교적 높은 기술이며, 분리된 이산화탄소를 안정적으로 저장하기 위한 방법과 공간의 부재가 문제가 되고 있다. 이를 보완하기 위한 방안으로 CCU (Carbon Capture and Utilization)을 예로 들수 있다. CCU기술은 금속이온이나 생물학적인 방법으로 이산화탄소를 재이용하는 기술을 의미한다. 하지만 이러한 기술의 경우도 고온(500℃ 이상), 고압(20bar 이상)의 에너지 다소비 공정이라는 것과, 고정화를 하기위한 물질들의 안정적인 공급이 뒷받침이 되어야한다는 단점을 가지고 있다. 따라서 본 연구는 종래의 CCS/CCU기술의 문제점인 이산화탄소의 저장과 고정화물 feeder의 안정적인 공급을 위하여 이산화탄소 전환 및 고정화에 대한 연구를 수행을 하였다. 또한 연구는 기존의 고온, 고압을 탈피한 상온(30℃), 상압(1bar)의 조건으로 유지를 하여 에너지의 소비가 적은 조건에서의 가능성을 실험하였다. 고정화물을 형성하기 위한 feeder는 정유･석유화학에서 발생되는 petro ash를 사용하였다. petro ash내 포함되어있는 금속양이온은 약 48%를 넘기 때문에 안정적인 탄산염의 생성이 가능할 것으로 예측을 하였다. 실험결과 이산화탄소의 전환량을 5% MEA를 기준으로 0.241 mol-CO₂/mol-MEA였으며, 생성된 탄산염은 대부분 CaCO₃의 형태를 띄는 것으로 확인하였다. 전환용액에 포함되어있는 이산화탄소는 2차 탈거과정을 통하여 대부분이 탄산염의 형태로 전환이 되었다는 것을 확인하였다. 위와같은 실험을 통하여 이산화탄소의 안정적인 저장과 산업부산물로 발생되는 ash등의 재활용이 가능할 것이라 예측할 수 있었다. 더 나아가 생성된 탄산염의 정제과정을 추가 연구하게 된다면 부가적인 이익을 창출할 수 있는 방안이라 생각한다.

This study examines whether the reinforcement theory would be effectively applied to teaching assistant robots between a robot and a student in the same way as it is applied to teaching methods between a teacher and a student. Participants interact with a teaching assistant robot in a 3 (types of robots: positive reinforcement vs. negative reinforcement vs. both reinforcements) by 2 (types of participants: honor students vs. backward students), within-subject experiment. Three different types of robots, such as ‘Ching-chan-ee’ which gives ‘positive reinforcement’, ‘Um-bul-ee’ which gives ‘negative reinforcement’, and ‘Sang-bul-ee’ which gives both ‘positive and negative reinforcement’ are designed based on the reinforcement theory and the token reinforcement system. Participants’ task performance and reaction rate are measured according to the types of robots and the types of participants. In task performance, the negative reinforcement robot is more effective than the other two types, but regarding the number of stimulus, the less the stimulus is, the more effective the task performance is. Also, participants showed the highest reaction rate on the negative reinforcement robot which implies that the negative reinforcement robot is most effective to motivate students. The findings demonstrate that the participants perceive the teaching assistant robot not as a toy but as a teaching assistant and the reinforcement interaction is important and effective for teaching assistant robots to motivate students. The results of this study can be implicated as an effective guideline to interaction design of teaching assistant robots.