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.

현대 사회에 이르러서는 지구 온난화는 사회적, 과학적 문제만이 아닌, 학제적인(interdisciplinary) 관심을 필요로 하는 분야가 되었다. 여러 온실가스 감축안에서 탄소 포집 및 저장(Carbon Capture and Storage, CCS)은 미래 지구온난화 억지 방안으로 제시되었으며, 그 제안은 현재 좀 더 논의가 진전되어 탄소 포집 자원화(Carbon Capture and Utilization) 기술이 제시되기에 이르렀다. 현재 세계 각지에서 연구되고 있는 CCU 기술 중 주목받고 있는 이산화탄소 습식흡수 및 탄산화 공정은, 공정 내 탈거 에너지를 대폭으로 줄인다는 점에서 가장 연구가치가 있는 분야 중 하나일 것이다. 본 연구에서는 이 CCU, 탄산화 공정에서의 산물인 탄산염의 생산을 좀 더 고부가가치화 시키는 의도에서 진행되었다. 탄산화 공정의 주된 산물은 탄산칼슘인데, 이 탄산칼슘은 세 가지의 Polymorph(aragonite, vaterite, calcite)형태로 결정화된다. 이 Polymorph들 중 calcite를 제외한 두 결정형은 시장에서의 가치가 높은 형태로, 본 연구는 탄소 포집 자원화의 탄산화 공정, 더 세부적으로 탄산칼슘의 결정화 과정에서 Aragonite와 Vaterite의 선택성을 높이기 위해 진행되었다. 주요 실험의 변인은 다음과 같다. 마그네슘 이온의 농도, 엄밀히는 마그네슘 이온과 탄산화에 사용되는 칼슘 이온의 비를 조절하여 탄산화 결정화 구조를 관찰한다. 이때, 사용되는 음이온은 습식 흡수제(MonoEthanolAmine, DiEthanolAmine, MethylDiEthanolAmine)에 흡수된 이산화탄소의 음이온 형태(Carbamate, Carbonate, Bicarbonate)로 하고, 마그네슘 농도는 무게비로 1퍼센트 포인트(1 wt%p) 간격으로 충분한 농도의 칼슘이온 비(20 wt%)까지(0 wt%Mg2+ ~ 20 wt%Mg2+) 조절하였고, 이후 결정화 구조는 X-ray diffraction과 Scanning Electron Microscopy로 관찰하였다.

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.

The amount of municipal solid waste (MSW) is steadily increasing leading to an urgent need for the effective treatment of these wastes. Incineration is one of the methods for the treatment of these solid wastes. The bottom ashes produced from the incineration process are very unstable at standard atmospheric conditions, so there is need for process to alleviate the ash problems. In this study, the bottom ashes were first converted into the slurry form and then the slurry was made to react with CO2 to produce the carbonates. This carbonate process by using bottom ashes and carbon dioxide will be source recovery technology from waste material and, moreover, will also help to reduce the amount of CO2 emissions. The aim of this study was to determine the optimum conditions for the precipitation of CaCO3 using Aspen plus modeling program. The temperature and pressure for the precipitation of CaCO3 process were varied 25 to 500oC and 1.05 bar to 90bar, respectively. For producing the slurry, the optimum ratio of H2O to calcium oxide was determined to be 10 : 1. And the optimum precipitating conditions for calcium carbonate process system were found to be at 35 bar - 210oC.