CO2 separation technology for carbon capture, which is one of the hot issues to reduce greenhouse gases from industrial flue gas, has been intensively investigated so far. Despite of several benefits, the membrane technology has some obstacles like large-scale module fabrication, membrane durability, need of pre-treatment or high pressure drive for its industrial application. Also, the power plant flue gas with normally 10~20% of CO2 content should be concentrated upto 99% for being compressed and liquefied to transportable CO2 by pipeline, indicating the need of high selective membrane process as well as high recovery. In this work, the possibility of membrane process for post-combustion treatment in terms of recent technology will be announced. The practically applicable process for CO2 capture also be suggested briefly.

일상생활에서 접할 수 있는 탄산음료는 전 세계적 상업 음료 시장의 매우 큰 부분을 차지한다. 기존에 이와 같은 탄산음료를 제조하는 방식은 보통 배치형의 기계적 공정 (McCann 탄산기, 제트 믹서 등)을 통해 이루어져 왔다. 하지만 이와 같은 기계적 교반을 동반한 탄산화 공정은 연속식 운전이 어려우며 물질전달 상의 한계점이 존재한다는 단점이 있다. 본 연구에서는 이런 단점을 탈피하여 기존의 배치형 탄산화 장치를 대체할 수 있는 초소형 연속식 탄산화 장치를 할로우 파이버 시스템을 통해 제안하고자 한다. 특히 이산화탄소 기체 버블이 발생하지 않으며 물로 이산화탄소를 직접 전달할 수 있는 이와 같은 시스템은 여러 산업 분야의 응용이 가능할 것으로 예상된다.

이 연구는 떡갈나무(Quercus dentata Thunb. ex Murray) 유식물을 대상으로 대기 중의 CO2농도와 기온이 상승하였을 때 광(L), 수분(M), 유기물(N) 그리고 토성(S)의 변화에 따라 생육이 어떻게 변하는지 알아본 것이다. 떡갈나무는 낙엽활엽교목으로 전국 표고 800m이하의 산기슭, 산중턱 뿐 아니라 해변가의 야산이나 섬에도 잘 생육하며, 건조한 석회암 지역에서 우점종으로 분포하고 있다. CO2농도와 기온을 상승시킨 온난화처리구와 대기 중의 상태를 그대로 둔 대조구에서 광, 수분, 유기물 그리고 토성을 각각 4구배(1, 2, 3, 4)로 처리하였다. 각 구배 당 24개체씩 파종하여 2017년 3월부터 10월까지 8개월간 생육시킨 후 잎 수, 지하 부/지상부 길이 및 무게, 잎자루/잎몸/잎폭 길이 및 무게 그리고 비엽면적 등 20가지 형질을 측정하였다. 측정한 20가지 형질은 온난화, 광, 수분, 유기물 그리고 토성 환경에 의한 생육반응에서 통계적인 차이가 있었다. 특히 지하부의 반응은 수분이나 토성 보다 광조건에서 차이가 컸고, 이에 따라 식물체 무게와 지하부/지상부 비에도 영향을 주었다. 또한 잎면적은 모든 구배에서 대조구보다 처리구에서 높아지는 경향을 보였으며 특히 유기물을 처리하였을 때 대조구와 처리구 간의 통계적인 차이가 있었다. 이는 유식물이 지구온난화가 진행됨에 따라 광합성을 증가시키기 위한 적응으로 해석된다. 이 성과는 2018년 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 연구임 (No. NRF-2018R1A2B5A01021358)

기후변화로 인해 대기 중 이산화탄소 농도 (CO2)증가가 톱다리개미 허리노린재(Riptortus calvatus)의 화학통신에 미치는 영향을 알아보기 위해 실내 이산화탄소 농도를 600, 1000, 2000 ppm 수준 처리하여 조사하였다. 두 집합페로몬 성분인 (E)-2-hexenyl (Z)-3-hexanoate와 (E)-2-hexenyl (E)-3-hexanoate의 생산량은 우화 후 10일 된 수컷의 경우 대기 중 CO2가 높아질수록 증가하는 경향을 보인 반면, 우화 후 20일 된 수컷에서는 감소하는 경향이 나타났다. 교미율은 CO2 농도에 따라 큰 차이가 없었으나, 총 산란수는 1,000 ppm 이상 CO2 농도에서 높게 나타났다.

The stereotype of flexible MOFs(Amino-MIL-53) and carbonized porous carbon prepared from renewable resources is successfully synthesized for CO2 reduction application. The textural properties of these microporous materials are investigated, and their CO2 storage capacity and separation performance are evaluated. Owing to the combined effects of CO2-Amino interaction and its flexibility, a CO2 uptake of 2.5 mmol g−1 is observed in Amino-MIL-53 at 20 bar 298 K. In contrast, CH4 uptake in Amino-MIL-53 is very low up to 20 bar, implying potential sorbent for CO2/CH4 separation. Carbonized samples contain a small quantity of metal residues(K, Ca, Mg, S), resulting in naturally doped porous carbon. Due to the trace metal, even higher CO2 uptake of 4.7 mmol g−1 is also observed at 20 bar 298 K. Furthermore, the CH4 storage capacity is 2.9 mmol g−1 at 298 K and 20 bar. To evaluate the CO2 separation performance, the selectivity based on ideal adsorption solution theory for CO2/CH4 binary mixtures on the presented porous materials is investigated.

Carnation (Dianthus caryophyllus L.) ‘Purple Beauty’ at micropropagation stage 3 was cultured under two levels each of medium sucrose concentration (0 and 30 g·L-1), photosynthetic photon flux density (50 and 200 μmol·m-2·s-1 PPFD), and CO2 concentration (350 and 1,000 μmol·mol-1), in a factorial experimental design, consisting of all eight possible treatment combinations. Shoot tip explants, obtained from in vitro-grown plantlets, were cultured on 50 mL agar-solidified Murashige and Skoog medium per container. Each culture container was sealed with a rigid lid vented by a high-efficiency particulate air filter attached to a 10 mm diameter hole made in the lid center, with an estimated number of 2.8 air exchanges per hour. All cultures were maintained for four weeks at 24°C/22°C (day/night) temperatures, 70%–80% relative humidity, and a 16 h/8 h (day/night) photoperiod was provided by white light-emitting diodes. The treatment combining high light intensity (200 μmol·m-2·s-1), high CO2 concentration (1,000 μmol·mol-1), and without supplementation of sucrose to the medium (i.e., photo-autotrophic conditions) resulted in better plantlet growth and development, with higher values being observed in terms of total fresh weight, tissue water content, leaf length, leaf width, and total chlorophyll content than in plantlets grown under the other treatments.

Sludge transporting pipes in wastewater treatment plant are easy to be clogged with struvite when the digested sludge and dehydrated filtrate are transported through the pipes, which lowers the efficiency of sludge treatment system in a WWTP. pH is one of the most important factors in struvite formation, and carbon dioxide separated from biogas can be used to control pH and struvite formation. By controlling pH, the amount of dehydrating agent can be reduced by about 10%, which saves the budget for facility maintenance. As CO2 is reused and dehydrating chemicals are saved, the approach can contribute to global warming gas reduction.

SIFSIX-3, containing a coordinative complex of hexafluorosilicate, transition metal ions, and the organic ligands, is a subclass of metal-organic frameworks (MOFs). SIFSIX-3 is considered a high capacity adsorbent for CO2 capture due to the enriched interaction sites of fluoride groups in SIFSIX. Also, SIFSIX-3-Zn is known to have an appropriate effective aperture size for efficient CO2/CH4 separation. In this work, we successfully incorporated different metal-based SIFSIX-3 crystallites into polyimide (PI) matrix and demonstrated that the associated mixed matrix membranes improved CO2/N2, CO2/CH4 and CO2/CO separation performance compared to pristine polyimide membranes due to the excellent molecular sieving behaviors of SIFSIX crystallites.

PEBAX 는 우수한 기계적 특성과 선택도를 제공하고 또한 높은 투과도를 제공한다. 특히 ether block 은 CO2 투과도를 촉진시킨다. PEGDA 를 첨가하면 Tg 가 증가하므로 CO2/N2 선택도를 증가시킨다. 본 연구에서는 PEBAX (2533)/PEGDA 혼합 막을 PEGDA 분자량 별로 제조하고 PEBAX (2533)/PEGDA - PES 복합 막을 PEGDA 함량별로 제조하여 비교한다. 제조된 막의 특성은 FT-IR, TGA, DSC, SEM 분석으로 확인하였으며 막의 CO2, N2 기체에 대한 투과도와 선택도를 확인하였다.

Polymer membrane-based gas separation has been attracting recent interest due to its ease of operation and low operational cost. Polyimides (PIs) are the most widely used polymers for this application due to their toughness and moderate gas separation properties. However, the gas separation performance of the current polymers, including PIs, do not meet the requirement for the industrial applications. We report herein multi-block PIM-co-PIs as novel polymer membranes for CO2 separation. Synthesis, characterization and their properties including gas separation performance of various compositions of PIM-PI block copolymer membranes will be discussed in details.

본 연구에서는 PAN과 폴리설폰의 두 지지체와 PEBAX 1657, 2533 두 선택층을 형성하였고, 지지체의 투과저항으로 인한 복합 막의 기체 투과도와 선택도의 차이를 확인하였다. 투과선택도를 향상시키기 위하여 PEG를 첨가하여 20에서 50 wt% 범위에서 농도를 달리하여 막을 제조한 후 CO2, N2 기체 투과성능을 측정하였다. 투과 성능이 가장 우수한 복합막의 물성 평가로써, PEBAX 복합평막의 미세구조를 관찰하였고, PEG 함량의 증가로 인한 Polyether 유리전이온도의 변화를 확인하였다. PEG 첨가제에 의한 PEBAX 복합평막은 에틸렌옥사이드 그룹으로 이루어진 PEG가 이산화탄소에 친화성을 가지고 있어서, PEG가 증가함에 따라 이산화탄소의 투과도를 향상시킬 수 있었다.

본 연구에서는 이산화탄소 포집 및 물 재이용을 위한 통합 시스템으로서 정삼투 공정의 적용 가능성에 대한 평가를 수행하였다. 해당 통합 공정은 이산화탄소 배출 저감을 위해 화력발전소에 적용되고 있는 습식 이산화탄소 포집설비에 정삼투 기반 공정을 추가함으로써 이산화탄소 포집뿐만 아니라 물 재이용 및 냉각수 생산을 동시에 달성할 수 있다. CO2를 흡수한 5M의 모노에탄올아민(습식용매)을 유도용액으로 적용한 결과 40 LMH (FO mode) 및 85 LMH (PRO mode)라는 매우 높은 수투과도를 얻을 수 있었다.

분자체(molecular sieve)로 알려진 제올라이트 분리막 중에 8-membered ring(8 MR) 구조를 지닌 제올라이트를 다공성 지지층 위에 연속적인 분리막 형태로 제작하고자 한다. 8 MR 구조 중에서도 소수성을 띠는 제올라이트 기반으로 높은 이산화탄소 선택적인 분리 능력을 보이고자 한다. 특히, 이산화탄소를 분자 크기가 큰 질소나 메탄으로부터 분리하는 게 아니라, 도전적인 과제로서 수분이 존재하는 feed 조건에서 높은 이산화탄소 분리 능력을 지닐 수 있도록 분리막을 제작하고자 한다. 이번 발표에서는 최근에 얻은 제올라이트 분리막을 만드는 방법과 그 방법으로 제작한 제올라이트 분리막의 이산화탄소 분리능력에 대해 발표하고자 한다.

지구온난화 문제 해결을 위하여 효율적인 CO2 포집 기술 개발이 활발히 이루어지고 있으며, 최근 분리막, 흡수 공정의 하이브리드 기술인 접촉막 공정이 주목받고 있다. 본 연구진은 2014년부터 열적, 화학적 안정성이 뛰어난 세라믹 소재의 중공사막을 적용한 접촉막 공정을 개발해오고 있다. 대규모 공정 실증을 위하여 세라믹 중공사막 기공 구조 제어 기술부터 소수성 코팅, 모듈 디자인 및 배치, 공정 구성 최적화 등을 연구하였다.

이산화탄소 전환 기술은 이산화탄소를 원료로 유용한 화합물을 생산하는 기술로서 지속적인 탄소원의 활용 및 고부가 가치의 화합물 생산을 통한 이익 창출이 가능하다. 다양한 이산화탄소 전환 기술 중에서도 전기 에너지를 이용한 이산화탄소 전환 기술은 유용 화합물 생산 외에도 신재생에너지 저장 기술로 활용할 수 있어서 최근 그 중요성이 부각되고 있다. 그러나 열역학적으로 안정한 이산화탄소의 환원 반응은 많은 에너지를 필요로 하므로 기술의 경제성 확보 및 실질적인 탄소 중립을 구현하기 위해서는 생성물에 대한 높은 선택성을 가지는 촉매 개발 및 효율적인 반응 시스템 개발이 필수적이다. 본 연구에서는 고분자 전해질 막을 이용하여 전기화학적 이산화탄소 전환을 통해 개미산염을 제조하였다.

MOF는 높은 표면적, 균일한 공극, 크기를 가지는 새로운 클래스의 porous material 이다. MOF는 금속과 organic linker가 coordination 결합에 의해 연결되어 있고, 온도에 대한 강한 안정성을 나타내고, 높은 표면적 때문에 촉매, 분리, 개스저장 등 다양한 분야에 적용될 수 있는 잠재력이 풍부하다. MOF는 zeolite보다 높은 표면적을 가지고 작용기를 organic linker에 따라 쉽게 바꿀 수 있는 장점 때문에 최근에 많은 관심을 받게 되었다. 다양한 MOF가 합성되었고 CO2/N2 선택도, 흡착량, 수분과 산성가스에 대한 안정성이 분석되었다. 최종적으로 선택된 MOF는 폴리머와 결합하여 하이브리드 멤브레인을 만드는 데에 사용되었다.

Membrane-based gas separation process is one of the next generations’ gas separation processes for carbon capture and storage (CCS). Membrane process has the advantages of i) low energy consumption without a phase change during the separation, ii) small footprint and easy scale-up of membrane modules, and iii) clean process without any emission of harmful byproducts. The hollow fiber membranes used in this study shows CO2 permeance over 900 GPU (1 GPU = 10-6 cm³/cm²⋅sec⋅cmHg). Using the hollow fiber membranes and modules, we established a moveable CO2 separation system including pretreatment of flue gas and 3-stages of membrane cascade. The system was installed at the several on-site flue gas sources, and the performance of pilot plant operation will be presented in the presentation.

이산화탄소(CO2)는 천연 가스, 바이오 가스, 매립 가스의 성분으로 존재할 뿐만 아니라 화석연료의 주요 연소 생성물로써 온실 가스의 주범이다. 특히 내연기관의 연료 고효율을 얻고, 가스 수송시스템의 부식을 방지하며, 기후변화에 선제적으로 대응하기 위해서는 이산화탄소(CO2)의 저감 또는 제거 기술이 필수적이다. 지난 수십 년간, 멤브레인 기반 기술의 구성 및 설계 단순성에 의하여 관련 연구가 많이 이루어져 왔으며 많은 발전을 이루었다. 최근 들어, 기존 멤브레인 기반 분리 뿐만 아니라, 새로운 흡착제 기반 분리 기술 등에 대한 관심도 높아지고 있다. 특히, 최근 각광받고 있는 유기-금속 골격체 (Metal Organic Frameworks, MOFs)의 경우, 일반 다공질 흡착제와는 다른 독특한 성질(Flexibility, Gating effect 또는 Open Metal Sites 등)로 인하여, 이를 활용한 다양한 기체 분리 연구가 늘어나고 있는 추세이다. 따라서 본 연구에서는 대표적 플렉 서블한 물질인 MIL-53(Al)과 강한 결합에너지 site를 다수 보유한 대표적 MOF 물질인 MOF-74(Ni)를 활용하여 온도 및 압력에 따른 이산화탄소 메탄 분리 성능 비교 분석하였으며, 각 물질의 특성별 압력 및 온도에 따라 변화하는 적정 분리 구간을 제시하였다.

작물의 생산량은 광합성과 밀접한 관계가 있으며, 광합성 속도는 다양한 환경 요인에 의해 변화한다. 광합성 속도는 작물의 생육 상태나 생육 속도를 판단하는 지표로 사용되며, 작물 재배 시설을 구축하는 데 고 려해야 하는 중요한 요인이다. 이 연구의 목적은 광도, CO2 농도 및 생육 단계에 의해 변화하는 로메인 상추 의 군락 광합성 속도 모델을 개발하는 것이다. 군락 광합성 속도는 정식 후 5, 10, 15, 20 일차에서 5단계의 CO2 농도(600-2,200μmol·mol-1)와 5단계의 광조건(60-340μmol·m-2·s-1)이 처리된 3개의 밀폐 아크릴 챔버(1.0 × 0.8 × 0.5m) 내에서 측정하였다. 먼저 세 가지 환경 요인을 사용하는 식들을 곱하여 만든 단순곱모델을 구성 하였다. 이와 동시에 생육 시기에 따라 변화하는 광화학 이용효율과 카르복실화 컨덕턴스, 호흡에 의한 이산화탄소 발생 속도를 포함하는 수정 직각쌍곡선 모델을 구성하여 단순곱 모델과 비교하였다. 검증 결과, 단순곱 모델의 R2는 0.923이었으며, 수정 직각쌍곡선 모델의 R2는 0.941을 나타내었다. 따라서 수정 직각쌍곡선 모델 이 광도, CO2 농도, 생육 단계의 3 변수에 따른 군락 광합성 속도를 표현하는 데 더욱 적합한 것으로 판단하 였다. 본 연구에서 개발된 군락 광합성 모델은 식물공장에서 상추 재배를 위해 생육 단계별로 설정해야 할 최 적의 광도와 CO2 농도를 결정하는데 도움이 될 것으로 생각된다.

ZIFs (Zeolitic imdazolate frameworks)은 높은 화학적⋅열적 안정성, 높은 비표면적과 조절 가능한 기공구조로 최근 분리막 소재로 큰 관심을 받고 있다. 본 연구에서는 두 가지 종류의 다공성 지지체(α-alumina 및 YSZ)를 사용하여 in situ 성장법으로 ZIF-8 분리막을 합성하고, H2/CO2 기체 투과 특성을 조사하였다. 결함 없는 ZIF-8층을 합성하는데 있어, 기공이 작은 YSZ 지지체는 α-alumina 지지체 보다 더 적은 시간이 요구되었다. 합성시간이 3 h인 경우, α-alumina 및 YSZ 지지체 위에 형성된 ZIF-8 분리막은 약 10 정도의 H2/CO2 선택도를 보였다.