막 분리 기술은 이산화탄소(CO2) 포집을 위한 가장 효과적인 기술 중 하나로, 운영이 간단하고 화학적 배출이 없 다는 장점이 있다. 수증기와 같은 불순물은 고분자 막의 성능에 큰 영향을 미친다. 다양한 산업 분야의 배가스 농도에 따라, PDMS/PSF 중공사막을 이용한 가스 분리 실험이 수행되었다. PDMS/PSF 막에서의 습도의 영향을 확인하기 위해, 상대습도 0%와 96% 조건에서 CO2 농도를 달리하며 실험을 진행하였으며, 공급 유량은 300 ccm, 온도는 50°C로 유지하였다. 실험 결 과, 수증기는 막의 CO2 투과도는 다소 감소시키는 반면, CO2/N2 선택도는 소폭 증가시키는 것으로 나타났다. 이러한 선택도 향상은 CO2의 흡착 증가에 기인한 것으로 해석된다. 50°C에서 20 d간의 연속 실험 후, 막의 CO2 투과도는 소폭 감소하였으나, CO2/N2 선택도는 증가하였다. 이 결과는 PDMS 코팅된 PSF 막이 가혹한 조건에서도 안정적인 성능을 유지함을 보여준다.

본 연구에서는 높은 이산화탄소 투과성과 선택성을 가지는 미세다공성 고분자 PIM-1을 합성하고, 나노미터 수준 에서 두께를 정밀하게 조절할 수 있는 water casting 기법을 적용하여 박막복합막을 제조하였다. 제조된 분리막의 성능을 평 가하기 위해 FTIR-ATR, BET, GPC, XRD, TEM-EDS 등의 분석을 수행하였으며, 기체 투과 시험을 통해 CO2/N2 선택성과 투과도를 측정하였다. 연구 결과, 본 연구에서 제조된 박막복합막은 2700 GPU 이상의 CO2 투과도와 약 25의 CO2/N2 선택도 를 나타내며, 기존의 PIM-1 기반 분리막보다 우수한 성능을 보였다. 이를 통해 water casting 기법을 이용한 PIM-1 기반 분리 막이 경제적이고 효율적인 이산화탄소 분리 기술로 활용될 가능성을 제시하였다.

분리막 기반 이산화탄소(CO2) 포집 기술은 에너지 효율이 높고, 공정이 단순하며 모듈화가 가능하다는 장점으로 인해 다양한 산업 공정에서 주목받고 있는 차세대 탄소 저감 기술이다. 본 논문에서는 발전소, 시멘트 생산, 철강 제조, 바이 오가스 업그레이딩 등 주요 산업 공정에서의 CO2 포집 기술을 중심으로, 관련 분리막 소재, 공정 구성 방식을 포함한 실제 산업 응용 사례를 체계적으로 정리하였다. 특히 산업별 배출가스 조성, 운전 조건, 적용된 분리막의 특성과 성능을 비교⋅분 석하고, 시뮬레이션 연구 및 파일럿 규모의 실증 데이터를 바탕으로 분리막 공정의 성능과 한계를 다각적으로 평가하였다. 또 한 각 산업에서의 공정 조건에 따른 분리 전략과 적용 가능성을 제시함으로써, 분리막 기반 CO2 포집 기술의 현재 기술 수준 과 더불어 향후 상용화를 위한 과제 및 공정 최적화 방향에 대한 실용적 시사점을 도출하였다.

전세계적으로 국제항공 부문의 탄소 감축에 대한 요구가 증가함에 따라 지속가능항공유 (Sustainable Aviation Fuel, SAF)의 사용 확대와 기술개발에 대한 투자가 촉진되고 있다. SAF는 기존 석유 계 항공유 연료와 유사하기 때문에 항공기의 엔진이나 연료 공급 시스템 및 공항의 연료공급 인프라의 구 조적 변경없이 그대로 사용 가능하며(drop-in fuel), 기존 항공유에 일정비율로 혼합하여 사용할 수 있는 장점이 있다. SAF는 전세계적으로 다양한 바이오매스 원료를 사용하여 제조된 바이오항공유(Bio-jet fuel) 와 포집 이산화탄소와 그린수를 사용하여 합성된 재생합성항공유(synthetic-SAF)로 구분할 수 있다. 또한 광합성을 하는 바이오매스를 기반으로 하는 바이오항공유는 전주기평가(life cycle assessment, LCA) 관점 에서 기존 석유계 항공유보다 이산화탄소를 약 80% 저감되며, 탄소중립연료로서 인정받고 있다. 본 논문 에서는 재생합성항공유의 생산을 위한 제조기술로 이산화탄소 포집기술, 역수성가스(Reverse Water-Gas Shift, RWGS) 전환기술, Fischer-Tropsch(F-T) 공정기술과 제조된 재생합성항공유의 연료특성과 제조규 격 및 제조기술 인증에 대한 연구사례를 분석하여 국내 기술개발 필요성과 방향을 제시하고자 한다.

본 연구는 국내 주요 항만에 정박 중인 선박들의 이산화탄소 배출 특성을 항만별, 선박 유형별로 배출 현황을 파악하여 향후 배출 저감 정책 수립에 필요한 기초 자료를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 항만운영정보시스템 데이터를 활용하여 2019년부터 2023년까지 최근 5년간의 정박 선박 데이터를 수집, 분석하였다. 연구 결과, 탱커선과 화물선이 전체 탄소 배출량의 대부분을 차지하며, 부산항, 울산항, 광양항 등 주요 무역항에서 배출량이 높게 나타났다. 특히, 탱커선은 정박 중 화물 가열 및 증기 구동 펌프 사용 등으로 인해 타 선종에 비해 발전기 사용이 많아 높은 배출 특성을 보였다. 이러한 결과는 항만 내 육상전원공급장치(AMP)의 설치 확대가 필요 함을 시사하며, 특히 탱커선이 접안하는 선석을 우선적으로 AMP 설치 대상으로 선정하는 것이 효과적일 것으로 판단된다. 본 연구는 국 내 항만에서 정박 선박의 이산화탄소 배출 특성을 체계적으로 파악하여 효율적인 배출 저감 전략을 수립하는 데 기여할 것으로 기대된 다.

PIM-1 (polymer intrinsic microporosity-1)은 뒤틀린 구조에 기인한 높은 기체 투과 특성을 가지고 있기 때문에 기 체 분리막 소재 중 하나로 활발히 연구되어졌다. 높은 기체 투과 특성의 장점에도 불구하고 높지 않은 기체 선택성의 한계점 이 존재함에 따라 본 연구에서는 PIM-1 분리막에 PEG/PPG-CN을 첨가함으로써 CO2의 용해도 증가에 따른 기체 선택도를 높이고 열처리를 진행하여 PIM-1과 PEG/PPG-CN의 사이아노기가 트라이아진으로 전환되는 재배열을 유도하였다. 그 결과 2 wt%의 PEG/PPG-CN이 첨가되고 열처리된 PIM-1 분리막의 성능은 열처리만 된 PIM-1 분리막과 비교하였을 때 단일 및 혼 합 기체 조건에서 더 높은 이산화탄소의 투과도와 선택도를 가지는 것으로 측정되었다. 혼합 기체 조건에서는 단일 기체 조 건에서 보다 높은 이산화탄소 투과도와 선택도를 보이며 실제 기체 분리 공정의 적용 가능성이 높다는 것을 확인하였으며 트 라이아진의 가교에 의하여 기체 분리막이 가소화 저항성(anti-plasticization)을 가지는 것으로 확인되었다.

This study aims to prepare bamboo-based activated carbons with surface modifications, focusing on carbon dioxide (CO2) capture in public indoor spaces. The surface of the activated carbon adsorbents was chemically modified through three steps: carbonization, steam activation, and chemical treatment using potassium hydroxide (KOH) and potassium sulfamate (KSO3NH2). The specific surface area and pore volume of the obtained adsorbent (BSAC-KN) were 1,246 m2/g and 0.74 cm3/g, respectively. The surface modification resulted in an adsorption capacity of up to 3.79 mmol-CO2/ g-AC for carbon dioxide. In addition, the expansion of the specific surface area and the enhanced physico-chemical interaction between the weak acidic CO2 molecules and the basic AC surface improved adsorption capacity.

비록 산화 그래핀의 비표면적은 환원된 산화 그래핀에 비해 낮지만, 산화 그래핀의 이산화탄소 흡착량은 기존 그 래핀 또는 환원된 산화 그래핀에 비해 많다. Lerf-Klinowski 모델에 따르면, 산화 그래핀은 가장 자리와 면 내부에 수산화기, 에폭시드, 카보닐, 카복실기 등이 있으며, 이러한 작용기가 이산화탄소 분자와 강하게 결합하여 화학 흡착을 유도한다. 본 연 구에서는 산소 플라즈마/UV 오존 및 열처리를 통해 그래핀 산화물의 산소 함량과 이산화탄소 흡착 친화도 사이의 상관관계 를 탐구하였다. 산소 함량의 변화는 XPS와 FT-IR 분석을 통해 확인하였다. 흥미롭게도 산화 그래핀의 이산화탄소 흡착 경향 은 전체 산소 함량과 정비례하지 않았다. 반면, XPS 분석 결과 산화 그래핀의 카보닐 작용기가 이산화탄소 흡착에 중요한 기 여를 하는 것으로 나타났다. 이러한 연구 결과는 산화 그래핀의 특성 및 이를 활용한 탄소 포집 및 가스 저장 응용 가능성에 대한 통찰을 제공한다.

탄소중립을 달성하기 위해 이산화탄소를 포집, 활용, 저장하는 CCUS (carbon capture, utilization, and storage) 기 술이 주목받고 있다. 본 연구에서는 광물 탄산화 공정을 통해 이산화탄소를 탄산염으로 고정하고, 이를 전이금속 탄산염 기반 리튬이온배터리 (LIB) 음극재로 적용하였다. CO2를 탄산염으로 고정후, 이를 이용해 FeCO3를 제작하고, rGO와 PVP와 복합 화하여 음극활물질에 적용하였다. rGO는 전기전도도를 높이고 입자의 응집을 방지해 부피 팽창을 완화했으며, PVP는 계면 활성제로서 입자 표면을 안정화하여 구조적 안정성을 강화하였다. FeCO3-PVP-rGO 복합체 기반한 음극재에 대한 전기화학 테스트를 진행한 결과, FeCO3/rGO 복합체는 1,620 mA/g의 전류 밀도에서 50 사이클 이후에도 400 mAh/g의 용량을 유지하 였다. 본 연구는 CO2를 고부가가치 배터리 소재로 전환하여 차세대 에너지 저장 기술에 기여할 가능성을 시사한다.