본 총설은 탄소중립 및 에너지순환을 실현하기 위한 재생에너지로부터 그린수소 생산 전략 중 하나인 바이오수소 생산 및 정제법에 관해 소개하고자 한다. 바이오수소는 생물질과 미생물과 같은 재생에너지원을 이용하며, 상온 및 상압 등의 마일드한 실험조건에서 작동하여 에너지소비 및 공정비용이 적게 드는 친환경 공정으로 알려져 있다. 하지만, 이러한 바이오 수소를 상업적으로 이용하기 위해서는 해결해야 할 중요한 도전적인 과제가 존재한다. 특히, 바이오수소는 생물반응기내의 복합한 화학반응으로 합성되어, 낮은 수소생산 속도 및 반응기내 다양한 혼합물이 존재하여, 바이오수소 고순도화를 위해서 연속공정 형태의 분리 및 정제 기술이 반드시 필요하다. 이를 위해, 저온 증류법, 압력 흡착법, 분리막법 등을 비롯한 다양한 분리 및 정제 기술이 고순도 바이오수소를 얻기 위해 제안되었다. 본 총설에서는 바이오수소 생산 및 정제 연계화를 위한 비 다공성 고분자 분리막의 가능성에 대해 소개하고자 한다.

This study was conducted to beneficiation of magnesite by dry grinding and air classification. The raw ore was ground in a ball mill and pin mill controlled with grinding time and linear velocity of grinding media and fractionated in an air classifier. Pin mill is more efficient than the ball mill for liberation. As a result, the MgO grade of concentrate was 47.1% with recovery of 51.51% for classified with 3,000rpm of air classifier for ground at 13,000rpm in pin mill.

산업혁명 이후로 계속해서 문제가 되어왔던 이산화탄소를 저감하기 위한 노력이 전세계적으로 이루어지고 있다. 다양한 이산화탄소 저감 기술 중 이산화탄소를 안정적이고 대량으로 고정 및 재이용할 수 있는 기술 중 하나로 무기탄산화 기술이 있는데 이는 금속이온과 이산화탄소를 반응시켜 무기탄산염을 생성하는 기술이다. 따라서 금속이온 공급원 선택이 핵심 요소 중 하나인데 일반적으로 Mg2+, Ca2+, K+, Na+ 등을 포함한 다량의 금속 이온을 포함하고 있는 해수를 기반으로 한 폐기물의 사용에 대하여 고려하였다. 정제소금 생산 공정에서는 위에 언급된 해수를 사용하여 소금을 생산한다. 이러한 과정에서 Na+가 제거되면서 Mg2+ 및 Ca2+가 농축된다. 따라서 기존의 해수보다 높은 농도의 금속 이온을 가지고 있기 때문에 사용하기에 적합하며 폐수처리라는 장점 또한 가지고 있다. 먼저 해수 내의 Ca이온을 OH-이온을 사용한 pH조절을 통하여 Ca(OH)2로 분리한 후 CO2 포화 아민계 흡수제(Methyldiethanolamine, MDEA)를 사용하여 이산화탄소를 전달한다. 생성물을 여과한 후 고온에서 24시간 건조시킨 후에 XRD, SEM, TGA를 사용하여 결정구조, 모양 및 순도분석을 실시하였다. 또한 포화 아민계 흡수제 제조 과정에서 재이용 가능성을 확인하기 위하여 탈거 및 재흡수실험을 진행하였다.

최근 환경오염을 방지하고 자원소비를 절감할 수 있는 ‘자원순환사회’로의 전환을 서둘러야 한다는 공감대가 빠르게 확산되고 있으며, ‘자원순환사회’란 폐기물의 소각, 매립을 최소화하고 재활용을 극대화함으로써 환경오염을 방지하고 자원과 에너지를 절약이 큰 이슈화 되고 있는 실정이다. 리튬 이차전지 생산과정 중 전구체 제조공침 기술에서 암모니아수를 사용하게 되며, 공정 중 발생하는 암모니수에 질소제거를 위한 스트리핑법을 이용하여 최종 황산암모늄 수용액이 부산물로 발생 하고 있다. 황산암모늄 폐수 처리시 T-N이 함유되어 고도처리를 해야 하므로 고가의 폐수처리 발생비용 발생 되고 있는 실정이다. 현재 구미산업공단 및 경북 산업단지 내의 매월 약 150톤의 폐황산암모늄이 발생되어 지고 있으며, 주로 고가의 폐수비용을 지불하며 고도처리 방식으로 처리되고 있다. 따라서. 황산암모늄 폐수 활용하여 폐수비용을 경감시키고 부가가치를 창출 할 수 있는 기술에 대하여 관심이 높아지고 있다. 구미산업공단 및 경북 산업단지내의 매월 약 150톤의 폐황산암모늄이 발생되어 지고 있으며, 주로 고가의 폐수비용을 지불하며 고도처리 방식으로 처리되고 있어 환경오염 및 비용이 문제가 점차 확대되고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 전지소재 공정에서 발생되는 폐수를 이용하여 황산암모늄 정제기술 및 최적 결정화방법을 개발하였다. 이를 활용하여 폐수 발생량을 줄일 수 있으며, 처리비용을 절감시키는 효과를 통하여 자원순환화 할 수 있을 것으로 사료된다.

현재 국내 폐유는 90% 이상이 이온정제법으로 정제되고 있으나, 회분 등을 효과적으로 제거하기가 어려워 적용할 수 있는 폐유의 한계가 있다. 따라서 상당량 재활용이 되지 않고 소각 처리되는 등의 문제점이 있으며 기존 이온정제법의 경우 수산화염이나 인사염과 같은 약품사용으로 인한 폐슬러지가 다량 발생하여 2차 환경오염을 유발시킨다. 국내의 경우 대부분의 폐유회수처리업체들이 폐유정제에 시설투자비가 적고 운전비가 적게드는 이온처리공정을 사용하고 있어 보다 효율적이고 고품질의 재생연료유 생산기술의 개발이 시급하다. 이에 본 연구에서 분리막을 이용한 처리로 기존공정을 단순화하고 처리시간을 단축시킬 수 있으며, 처리에너지 절약, 정제유 품질수준 향상, 처리안정성 확보 등 친환경적이며 경제적인 기술을 제안하고자 한다. 막분리 주처리 공정은 막분리법의 주처리 단계인 분리막조로 유입되기 전 비교적 큰 입자상 물질을 필터프레스로 고속여과 후 분리막에 여과효율을 증대하기 위한 가열조를 설치하여 폐유의 높은 점도에 의한 여과속도 및 저항을 최적화될 필요성이 있다. 화학 물질의 투입이 불필요하고 상변화 없이 가동되는 특성으로 에너지 소비량이 적은 막분리 공정으로, 친환경 공정의 설계 및 제품생산이 가능하다. 침전물 및 수분을 제거하는 전처리 공정과 처리유의 회분, 잔류탄소 등의 농도를 연료유 기준 이하로 제거하는 주처리 공정에서는 3 ~ 5 ㎛ 공극크기의 정밀여과막(MF)를 사용할 수 있다. 폐유는 일반적으로 상온에서 점도가 100 cst이상으로 분리막에 바로 적용될 경우 높은 점도에 의해 여과를 위하여 높은 압력을 필요로하며, 이는 곧 생산단가 향상과 연결되는 인자이다. 따라서 폐유의 온도를 80℃까지 승온할 시 폐유의 점도는 상온에서 보다 30%이하로 낮아져 일반적인 수용액과 유사한 정도의 점도를 가지게 되며 이를 분리막에 적용할 경우 보다 효율적인 여과공정이 가능할 것이다. 이상의 결론으로 부터 막분리공법을 이용하여 정제공정을 개선할 경우 이온정제법으로 정제가 불가능한 고농도 오염물질을 함유한 폐유를 효과적으로 분리 및 정제가 가능하여 폐유를 고품질의 정제연료유로써 생산이 가능할 것으로 판단된다.

유기성폐기물을 처리하는 소화조에서 발생하는 바이오가스는 다양한 에너지원으로 사용되고 있다, 최근에는 바이오가스를 보다 더 효율적인 에너지원으로 사용하기 위하여 정제를 통해서 도시가스화하고 있다. 바이오가스를 도시가스로 사용하기 위해서는 다양한 바이오가스 정제기술이 적용되고 있는데, 본 연구에서는 바이오가스 정제기술 중 메탄회수율과 정제된 바이오가스인 바이오메탄의 메탄농도가 높고, 에너지 원단위가 낮은 아민흡수기술을 적용하여 바이오가스를 정제해 도시가스로 사용하기 위한 연구를 수행하였다. 본 연구결과 아민흡수기술을 통해 도시가스 품질 기준에 적합하게 바이오가스를 정제하여 도시가스 배관망에 주입하였고, 이때의 바이오가스 정제기술인 아민흡수기술의 메탄회수율은 97% 이상, 바이오메탄의 메탄농도는 97% 이상이었고, 에너지 원단위는 2.0kW/Nm³ 이하로서 다른 바이오가스 정제기술에 비하여 낮은 에너지원단위를 나타내었다.

혐기성소화조에서 발생하는 바이오가스를 도시가스로 사용하기 위해서는 바이오가스 중에 이산화탄소의 제거를 통해 메탄농도를 97% 이상으로 정제해야 한다. 바이오가스 정제기술로는 흡수법, 흡착법, 막분리법이 적용되고 있다. 본 연구에서는 바이오가스 정제기술 중 바이오메탄의 메탄농도와 메탄회수율이 높고 에너지소비율이 낮은 아민을 이용한 흡수법을 적용한 바이오가스 정제기술의 성능을 평가하였다. 아민을 이용한 흡수법의 바이오가스 정제성능을 평가하기 위해 공정모사를 통해 설계인자를 도출하고, 도출된 설계인자를 반영하여 1 Nm³/hr 바이오가스를 처리할 수 있는 Bench scale 아민흡수장치를 혐기성소화조에 설치하여 성능을 평가하였다. 1 Nm³/hr의 바이오가스를 처리한 결과 메탄농도가 98% 이상인 바이오메탄을 생산하였으며, 이때의 메탄회수율을 99% 이상이었다.

일반적으로 섬유의 제조공정 중 다양한 기능성을 부여하는 섬유코팅공정에는 다량의 유기용제를 사용하고 있으며, 이러한 유기용제는 대기중에 휘발하여 환경을 심각하게 오염시킬 위험이 있다. 일반적으로 유기용제를 사용하는 사업장에는 흡착시설과 같은 방지시설을 가동하여 폐유기용제를 처리하고 있으며, 대부분이 자원으로서 활용되지 못하고 폐기되고 있는 실정이다. 섬유코팅공정에서 사용되는 유기용제는 톨루엔과 MEK(메틸에틸케톤)으로 크게 두 가지로 나누어 볼 수 있으며, 그 중에서 톨루엔이 약 95%이상을 차지하고 있다. 따라서 본 연구에서 회수/정제하고자 하는 대상물질은 섬유코팅공정에서 발생된 폐톨루엔을 대상으로 하고 있으며, 본 연구의 목적은 폐톨루엔을 회수/정제하여 실제 생산공정에 재사용할 수 있는 톨루엔으로 정제하고자 하는 것이 그 목적이다. 실제 생산공정에서 재사용하기 위해서는 톨루엔의 순도를 95% 이상 높여야 하며, 색도등 오염물질의 배제가 반드시 이루어져야 한다. 섬유에 대한 코팅의 넓은 의미는 어떠한 목적을 갖고 섬유의 표면을 다른 재료 또는 같은 재료로 습윤, 침적, 전사, 도포 등의 방법으로 피막을 입히는 것을 의미하며, 과거 아마인유(Linseed Oil) 등의 건성유와 금속비누 파라핀 등으로 처리한 면직물의 Oil Cloth 등도 포함된다. 그러나 최근 섬유업계에서 통용되는 코팅가공의 개념은 일반적으로 각종 섬유로 만들어진 직･편물의 표면에 아크릴 수지나 우레탄 수지 등의 고분자 폴리머를 이용하여 균일한 피막을 견고하게 형성시켜 직･편물 단독으로는 얻기 힘든 외관과 물성, 성능 등을 부여하는 가공 방법을 말하며 대부분의 코팅공정에서는 변성실리콘오일을 사용하고 있다. 이러한 변성실리콘 오일은 비휘발성물질이나 학계에 따르면 약 3% 정도가 휘발하여 톨루엔과 같이 배출되는 것으로 알려져 있다. 이렇게 휘발된 변성실리콘 오일은 톨루엔에 포함되어 강한취기를 나타내고 톨루엔을 재사용하는데 큰 문제점으로 작용되고 있다.

선택분쇄 및 분급 기술에 의한 영동지역에 산출하는 일라이트에 대한 정제연구를 수행하였다. 원광의 주 구성광물은 석영과 일라이트이며, 황철석과 섬아연석, 황동석 등과 같은 황화광물들이 소량 수반된다. 습식 해쇄 후 체가름 결과, 미립자로 갈수록 Al₂O₃, K₂O 함량 및 강열감량은 높아지며, SiO₂ 함량은 낮아졌으며, Fe₂O₃의 함량은 굵은 입자가 다소 낮았으나 입도에 관계없이 비교적 균일하게 나타났다. 단체분리를 위한 충격식 분쇄기의 분쇄매체의 선속도가 증가함에 따라 미립자 생성율은 증가되었으며, 분급과정에서의 미립자 회수율 역시 증가되었다. 분쇄매체의 선속도를 57.6 m/sec로 조절하여 선택분쇄 후 최적의 조건으로 분급하면 정제산물을 76.16 wt% 정도 생산할 수 있었다. 정제산물의 화학조성은 SiO₂70.13%, Al₂O₃ 19.40%, Fe₂O₃ 1.62%, K₂O 5.20%, Ig.loss 2.77%이었다. 본 연구에서 사용한 정제공정은 비금속 광물의 정제와 입도조절 공정을 동시에 행할 수 있는 유용한 기술임을 알 수 있었다.