본 연구에서는 초임계 이산화탄소 추출을 이용해 도라지(Platycodon grandiflorum A. DC) 종자로부터 유지를 제조하여 새로운 식용유지로서의 물리화학적 특성을 조사하였다. Soxhlet 용매 추출에 비해 6,000 psi 압력 및 40℃ 온도조건에서의 초임계 이산화탄소 추출로 더 많은 유지를 얻을 수 있었고 특히 볶은 종자로부터는 32.7%까지 얻을 수 있었다. 볶은 종자로부터 얻은 초임계 도라지 종자유는 시판 대두유나 들깨유와 마찬가지로 대부분 중성지질로 구성되어 있음을 TLC 분석으로 확인하였다. 또한 이 유지는 고도로 불포화된 지질로 대두유나 들깨유보다 linoleic acid(73.27%) 함량이 훨씬 높았으며 그 다음으로 oleic acid(13.16%) 함량이 높았다. 유지의 물리화학적 특성으로, 비중 0.92, 점도 45.37 cP, 굴절률 1.48, 색도 L=47.30, a=-3.69, b=25.72, 요오드가 141.57 g I2/100 g oil, 비누화가 191.21 mg KOH/g oil, 산가는 2.60 mg KOH/g oil 였다. 이런 특성들 중에서 지질의 불포화도와 관련이 있는 굴절률, 점도 및 요오드가는 두 시판 유지들의 중간값을 나타내었다. Rancimat 법으로 측정한 산화유도기간을 비교한 결과에서도 초임계 추출 도라지 종자유(2.03 hr)는 대두유(2.94 hr)보다는 낮으나 들깨유(1.79 hr)보다는 높은 중간값을 나타내었다. 종자 볶음 공정은 유지의 추출 수율을 증가시킬 뿐만 아니라 콜레스테롤에스터 함량과 산가 감소에 긍정적 효과도 있었다. 이상으로부터, 초임계 이산화탄소 추출을 통해 볶은 도라지종자로부터 높은 수율로 유지를 제조할 수 있었고 이 유지는 식용유지로서 적합한 특성을 가진다고 판단되었다.

급진적인 산업발전에 따른 무분별한 이산화탄소 배출로 인하여 지구온난화, 이상 기후 등의 문제가 불거지고 있으며 이는 한 나라에만 국한되지 않은 국제적인 문제가 되었다. 위와 같은 문제를 해결하고자 본 연구에서는 이산화탄소에 대해 높은 친화도를 가지고 있는 PEGBEM-g-POEM 가지형 공중합체를 합성하였으며 CaCO3염을 첨가하여 염의 중량에 따 른 혼합매질분리막의 이산화탄소/질소 투과 성능을 관찰하였다. CaCO3염이 고분자 중량 대비 50% 첨가되었을 때 최적의 이 산화탄소/질소 분리 투과성능을 보였으며, 선택도는 염을 추가하기 전 44.7에서 45.42로 크게 변하지 않은 반면 이산화탄소 투과도는 염을 첨가하기 전 22.5 GPU에서 28.16 GPU로 약 25% 향상되었다. 이는 첨가한 염과 이산화탄소간의 상호작용으 로 인하여 향상된 고분자 복합막의 이산화탄소에 대한 용해도에 기인하는 것으로 생각된다. 또한 염을 과량으로 첨가한 경우 에는 고분자가 복합막의 표면을 충분히 메우지 못하여 계면결함이 생성되었으며 이로 인해 이산화탄소 기체 분리성능이 감소하였다. 기체분리성능 향상을 위해서는 적정량의 염 첨가가 필수적인 것으로 분석되었다.

본 논문에서는 주류공정의 고농도 CO2 제거를 위한 스크러버의 CO2 흡수 성능평가를 진행하였다. Lab-scale 실험을 통해서 설계인자인 액가스비(18 L/m3), 공탑속도(0.14 m/s)를 산정하였다. 설계인자를 기반으로 제작한 5 m3/min 급 CO2 흡수 반응기로 실험한 결과, 풍량이 1, 2, 3, 4, 5 m3/min 증가시 CO2 제거율은 98.47%, 96.46%, 92.95%, 89.71%, 85.49%로 감소하는 경향을 보였다. 또한 스크러버를 사용하기 전 후의 에너지 개선율(5.4%) 평가 및 에너지 절감량(11.5 TOE/year), 온실 가스 감축량(6.5 TC/year)를 산정하였다.

본 연구에서는 이산화탄소 흡수/재생 공정에 효율적으로 적용할 수 있는 아미노산염 흡수제의 연속재생을 통해 재생효율을 확인하였다. 재생효율은 공정적용에 있어 경제성에 큰 영향을 끼치는 인자로, 보다 경제성 있는 이산화탄소 흡수/재생 공정 확립을 위해 연속재생 실험을 진행하였다. 실험에 사용한 아미노산염은 Potassium L-lysinate와 Potassium L-alaninate이며, 각 아미노산과 Potassium hydroxide(KOH)를 1:2 몰비로 혼합하여 사용하였다. 흡수제의 재생 효율을 확인하기 위해 두 물질에 이산화탄소를 충분히 흡수시킨 후 가열을 통해 이산화탄소 탈리실험을 진행하였다. 반응초기에는 L-alanine의 반응속도가 빠르게 이루어졌으나, 시간이 지남에 따라 흡수량이 보다 큰 L-lysine이 높은 농도의 이산화탄소를 배출하였다. 두 물질의 재생효율을 비교하였을 때, L-alanine은 47.26%, L-lysine 은 62.11%로 L-lysine이 더 높은 재생효율을 나타내었다. 흡수량 및 재생효율이 좋은 L-lysine을 이용한 연속재생 실험결과, 재생횟수가 증가함에 따라 재생효율이 감소하는 것을 확인할 수 있었다.

최근, 실리카는 코팅제 및 복합체의 충전제로 많이 사용되고 있으며 상용성을 증가시키기 위하여, 실리카 표면의 실라놀기를 커플링제와 반응시켜 특정한 작용기를 도입하는 표면 처리가 사용되고 있다. 본 연구에서는 초임계이산화탄 소를 용매로 사용하여 실리카 나노 파티클을 실란커플링제로 표면 개질 하는 반응을 연구하였다. 실란커플링제로 3-(trimethoxysilyl)propylmethacrylate (MPS), (3-Glycidoxypropyl) trimethoxysilane (GPS), (3-aminopropyl)trimethoxysilane (APS) 세 가지 종류를 사용하였다. TGA 측정 시 감소된 양은 실리카의 표면 개질된 실란커플링제의 비율로 볼 수 있다. MPS로 개질된 실리카는 6시간 반응 시 6%, 12시간 반응 시 7%, 24시간 반응 시 9% 감소하였다. APS로 개질된 실리카는 6, 12 및 24시간 반응 시 15% 감소를 보였다. GPS로 개질된 실리카는 6시간 반응 시 6%, 12시간 반응 시 10%, 24시간 반응 시 30% 감소되었다. 가수 분해 된 GPS의 수산기가 실리카 표면의 에폭 사이드 그룹과 반응 할 수 있기 때문에 반응 시간이 길어질수록 GPS 비율이 증가합니다.

Carbon dioxide recovery by vacuum stripping at low temperatures (below 100°C) could be a promising technology to substitute the desorption process in conventional aqueous amine absorption process. We prepared composite membranes by coating hydrophobic silicalite-filled PDMS layers on porous PE supports and used as new membrane strippers for CO2 recovery to prevent typical pore wetting problem of hydrophobic PTFE porous membranes. CO2 fluxes were measured under various operation conditions, such as different vacuum pressures, stripping temperatures, CO2 loadings, types of amine solutions and operation time. The composite membranes showed excellent long-term stability in vacuum stripping process when compared with porous PTFE membranes.

바이오가스를 98% 이상의 고순도 메탄가스로 정제하여 자동차연료나 도시가스로 활용한다면 경제적으로 매우 큰 효과를 기대할 수 있다. 본 연구에서는 음 식물쓰레기 처리시설에서 발생하는 바이오가스를 정제하여 98% 이상의 고순도 메탄가스를 95% 이상 분리 회수하는 분리막 정제 시스템 개발을 하고자 하였다. 분리막 공정 설계에 필요한 데이터를 확보하기 위하여 분리막 모듈의 이산화탄소/메탄 혼합기체 분리시험을 수행하였으며, 다양한 운전조건에서 얻어진 실험결과를 바탕으로 공정설계를 수행하였다. 최종 생산되는 메탄 순도 98%, 이산화탄소 순도 95% 이상을 만족하는 운전 조건에서 메탄, 이산화탄소 회수율과 이에 필요한 각 단의 막면적과 비율을 확인하였다.

Recently, Graphene Oxide (GO) has extensively studied as a membrane material due to its 2D structure and high CO2 sorption property, however, GO membrane still has challenging issues; low gas permeability to apply to practical system and low stability under dry condition. In this study, we introduced GO as a nanofiller in CO2-philic polymer matrix because GO has molecular sieving property and 2D structure. First, we mixed two kinds of PEO-containing polymers by controlling the ratio of free volume in polymer networks to increase the permeability, and then, we added GO in the mixed polymer matrix for improving the CO2/N2 selectivity. Finally, we fabricated GO-incorporated mixed matrix membranes with high CO2/N2 separation performance beyond the upper bound. High long-term stability and high CO2/N2 selectivity were also achieved in mixed gas system.

기체분리용 기능소재에 대한 세계적인 시장의 요구가 증가함에 따라 광범위한 연구개발이 진행되고 잇다. 본 연구는 둘 이상의 기체혼합물에서 높은 이산화탄소 포집성능을 목적으로 하는 복합막의 제조이다. Isocyanate와 SI-PEG, 소 량의 촉매를 사용하여 코팅액을 제조한 뒤 PAN지지체 위에 코팅하여 복합막을 제조하였다. SEM기기를 활용하여 복합막의 코팅층을 확인하였고 Bubble flowmeter를 사용하여 기체투과특성평가를 실시하였다. 기체복합막의 두께는 3 um 이하로 고른 분포를 보이며, 50 GPU의 이산화탄소 투과값과 질소에 대한 이산화탄소 선택도는 15의 결과를 보였다.

An all-silica deca-dodecasil 3R (Si-DDR) zeolite with a pore size of 0.36*0.44 nm2 is highly desirable for membrane-based separation of CO2 from N2, which critical in the post-combustion carbon capture process, via molecular recognition of their slight size difference. For the first time, we acquired h0h-oriented, hydrophobic DDR zeolite films through epitaxial growth of a DDR seed layer with a structure directing agent of methyltropinium iodide. The degree of the out-of-plane orientation and inter-growth was increased with the secondary growth time, while reducing the defects that provide non-selective pathways. The resulting DDR membrane showed a CO2/N2 separation factor (SF) as high as 11.9 at 50°C under dry conditions. More desirably, it could achieve a much enhanced CO2/N2 SF of up to 15.9 at 50°C in the presence of H2O vapor.

심냉법을 이용한 산소 제조 기술은 지난 한 세기 동안 사용되어 왔으나 에너지 효율의 문제가 제기 되고 있으며, 최근에는 이온전도성 분리막을 이용한 산소 제조 기술이 효율적으로 산소를 제조할 수 있는 대안으로 대두되고 있다. 이 온전도성 분리막을 산소 연소 공정에 적용하기 위해서는 높은 산소투과능과 이산화탄소에 대한 내성이 필요하다. Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ와 같이 기존에 잘 알려진 조성의 분리막은 높은 산소 투과성능을 나타내지만 이산화탄소에 대한 내성이 낮다. 이를 개선하기 위해 본 연구에서는 이산화탄소 내성을 가지는 Sm0.3Sr0.7Cu0.2Fe0.8O3-δ과 Ce0.8Sm0.2O2-δ으로 이상 분리막(dual phase)을 제조하였다. 제조된 분리막의 특성을 분석하고, 헬륨 및 이산화탄소 조건에서 산소투과 실험을 진행하였다.

2015년 파리기후변화협약에 의한 신기후체제로 전세계 195개국이 온실가스 감축을 약속하게 되었다. 한국도 2013년 기준 온실가스 배출이 7억 톤을 기록 하였으며 BAU대비 37% (3.1억 톤)의 감축의무를 약속하고 있다. 국내외의 철강, 화학, 환경분야 및 천연가스전, 석탄전, 세일가스 등에서 대량 발생하는 산업부 생가스로부터 이산화탄소, 메탄, 일산화탄소, 수소 등을 분리하여 탄소자원화 (carbon resources utilization)의 원료로 사용하거나 수소, 메탄 등의 신재생 에 너지를 확보하는 분리기술에 대한 중요성이 높아지고 있다. 본 발표에서는 이러한 부생가스들의 발생현황과 이들로부터 고순도의 이산화탄소 및 메탄을 분리 회수할 수 있는 막분리기술의 연구동향과 화학연구원에서 수행중인 기체분리막 기술을 소개한다.

The gas separation through membrane is considered as a promising solution for the stabilization of greenhouse gas level of atmosphere attributed from CO2. The separation process of membrane allows low energy requirement, low cost, and ease of operation. However, conventional polymeric membranes generally suffer from the trade-off between permeability and selectivity, which remains as one of the most important challenges for commercialization. Mixed matrix membranes (MMMs), consisting of a polymer matrix and porous nano-filler, are considered to be a promising solution to overcome the trade-offs in polymeric membranes. Herein the porous nano-structures were fabricated to enhance the permselectity of CO2 separation membranes. The MMM which were fabricated with prepared porous nano-filler showed permeability improvement without significant selectivity loss.

분자체(molecular sieve)로 알려진 제올라이트 분리막 중에 8-membered ring (MR) 구조를 지닌 제올라이트를 연속적인 분리막 형태로 제작하고자 한다. 8 MR 구조 중에서도 DDR 유형의 제오라이트 기반으로 이산화탄소에 대해 분자체 역할을 할 수 있는 분리막으로 사용할 수 있음을 보이고자 한다. 단순히 이산화탄소를 다른 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 DDR 유형 제올라이트 분리막을 만드는 방법과 그 분리막의 이산화탄소 분리 능력에 대해 발표하고자 한다.

Evaluation of the durability and stability of materials used in power plants is of great importance because parts or components for turbines, heat exchangers and compressors are often exposed to extreme environments such as high temperature and pressure. In this work, high-temperature corrosion behavior of 316 L stainless steel in a carbon dioxide environment was studied to examine the applicability of a material for a supercritical carbon dioxide Brayton cycle as the next generation power plant system. The specimens were exposed in a high-purity carbon dioxide environment at temperatures ranging from 500 to 800 oC during 1000 hours. The features of the corroded products were examined by optical microscope and scanning electron microscope, and the chemical compound was determined by x-ray photoelectron spectroscopy. The results show that while the 316 L stainless steel had good corrosion resistance in the range of 500-700 oC in the carbon dioxide environment, the corrosion resistance at 800 oC was very poor due to chipping the corroded products off, which resulted in a considerable loss in weight.

이산화염소 훈증 처리는 저곡해충에 대한 방제 가능성을 가지고 있다. 특히 체내로 독성 가스의 침투력을 높이기 위해 기문의 개방화를 유 도하면 이 훈증 가스 처리 효과를 증가시킬 수 있다. 이 가설을 증명하기 위해 본 연구는 이산화염소 훈증 처리에 감수성을 보이는 화랑곡나방 (Plodia interpunctella)을 대상으로 기문 개방 활동을 분석하였다. 화랑곡나방 유충의 기문은 모두 9쌍으로 앞가슴에 1쌍 그리고 복부에 8쌍을 각 각 지니고 있다. 이들은 몸 내부에 가로 및 세로기관지와 연결된 구조를 지녔다. 기문 개방 유무는 염색액 침투 방법으로 판정하였으며 이를 토대 로 분석한 결과 주변 온도 증가에 따라 기문 개방화는 약 60% 까지 증가하였다. 특히 이산화탄소에 노출되면 기문개방화는 약 95%까지 증가하였 다. 반면에 이산화염소에 노출되면 화랑곡나방 유충의 기문은 대부분 닫혀 기문개방율이 약 25%로 줄었다. 이산화염소 처리에 이산화탄소를 추 가한 결과 기문개방율은 이산화탄소 단독 처리만큼 크게 증가하였다. 이를 토대로 두 혼합 가스를 처리하여 살충효과를 분석한 결과 이산화염소 단독 처리에 비해 혼합처리가 현격하게 높은 살충력을 나타냈다.

This study presents a sustainable design method to optimize the embodied energy and CO2 emission complying with the design code for reinforced concrete column. The sustainable design method effectively achieves the minimization of the environmental load and energy consumption whereas the conventional design method has been mostly focused on the cost saving. Failure of reinforced concrete column exhibits compressive or tensile failure mode against an external force such as flexure and compression; thus, optimization analyses are conducted for both failure modes. For the given sections and reinforcement ratios, the optimized sections are determined by optimizing cost, embodied energy, and CO2 emission and various aspects of the sections are thoroughly investigated. The optimization analysis results show that 25% embodied energy and 55% CO2 emission can be approximately reduced by 10% increase in cost. In particular, the embodied energy and CO2 emission were more effectively reduced in the tensile failure mode rather than in the compressive failure mode. Consequently, it was proved that the sustainable design method effectively implements the concept of sustainable development in the design of reinforced concrete structure by optimizing embodied energy consumption and CO2 emission.

이산화탄소 분리를 위해 이온성 액체/금속 산화물 복합막이 제조되었으며, 이온성 액체로서 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (BMIM+BF4 -)와 금속산화물로서 Al2O3가 사용되었다. 13 nm의 Al2O3가 이온성 액체 BMIM+BF4 - 에 도입되었을 때, 복합체 분리막의 성능은 CO2/N2 선택도 30.5과 CO2 투과도 45.7 GPU로 관찰되었다. neat BMIM+BF4 - 분 리막의 성능(CO2/N2 선택도 5와 CO2 투과도 17 GPU)에 비해서 성능이 증가한 이유는 Al2O3의 옥사이드 층과 이온성 액체 내 자유로운 이온농도의 상승으로 인해 CO2 용해도가 상승한 것으로 확인되었다. 특히 Al2O3 나노입자는 질소 기체에 대해 서 장애물로서 작용함으로써 질소기체의 투과도가 감소하여 결과적으로 이산화탄소 분리 성능은 급격히 증가하였다.

Membrane-based gas separation is one of the next generations’ gas separation technology 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. However, the requirement of CO2 separation membrane for CCS has limited the application of gas separation membranes in the industrial field. Here, we demonstrate the strategies to approach to the current limitation by developing a high flux of polymeric hollow fiber membrane. The membrane performance in this work is 900 GPU (1 GPU = 10-6 cm3/cm2‧sec‧cmHg) of CO2 permeance. The CO2 capture pilot plant using multi-stage membrane processes at KDHC has been on-site tested.