‘탄소중립’에 대한 관심이 높아짐에 따라 CO2를 농업적으 로 이용하기 위한 시도가 증가하고 있다. 본 실험은 발전소에 서 부산물로 배출되는 CO2를 포집하여 액화·정제 후 시설 엽 채류의 생육 및 생산성 증대를 위한 시비용 CO2로의 활용 가 능성을 평가하기 위해 수행되었다. 경상남도 하동지역의 부추, 취나물, 미나리 농장에 드라이아이스가 공급되었고 각 농 장의 온실 중 하나의 온실은 대조군, 하나의 온실은 CO2 처리 구로 사용되었다. CO2의 시비는 자체 제작한 장치를 사용하 여 드라이아이스에서 승화된 가스를 온실에 공급했다. 부추 온실은 대조군과 CO2 처리에서 온실 내 CO2 농도의 차이가 없었고 두 온실 모두 높은 CO2 농도를 보였다. 반면에 취나물 과 미나리 온실에서는 CO2 시비 처리에서 높은 CO2 농도가 측정되었다. 취나물 및 미나리의 생육은 CO2 시비 처리구에 서 유의성 있게 증가하였으며 수확량도 각각 36%와 25%로 증가하였다. 경제성 분석 결과, 취나물 농가에서는 소득률이 증가하였지만, 부추와 미나리 농가는 감소하는 것으로 나타 났다. 따라서 화력발전소에서 부산물로 발생한 드라이아이스 의 이용은 시설 엽채류의 생산성을 높일 수 있었다

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.

아민 흡수제를 이용한 CO2 포집용 충전탑 기술의 문제점으로 제기되고 있는 범람, 거품, 과다한 재생 에너지 등을 해결하기 위하여 최근 접촉막 기술이 주목받고 있다. 연구자들 대부분은 고분자 분리막을 이용하여 접촉막 기술을 개발 하고 있으며, 장기 운전 시 팽윤 현상에 의한 성능저하 문제가 제기되고 있다. 세라믹은 고분자 소재에 비해 화학적, 열적안정성이 뛰어나기 때문에 아민 흡수 제에 대한 팽윤 현상을 방지할 수 있다. 본 연구에서는 세라믹 중공사 접촉막의 기공구조 제어 기술을 개발하고, CO2 포집 특성을 분석하였다.

CO2 분리막 기술은 화학 유해 물질 사용·배출이 없는 친환경 기술로, 규모나 위치, 적용처별 사업 다각화가 가능한 기술이다. 전력연구원에서는 저비용 분리막 대량 생산 기술을 확보하고, 적층 방식의 분리막 모듈 상용화를 추진 중에 있다. Lab-scale의 분리 모듈의 성능 평가 결과를 기반으로 96% 순도, 90% 포집률을 동시달성하는 분리막 공정의 설계를 완료하였다. 현재 ’17년 8월 준공을 목표로 세계 최대 규모인 1MW급 CO2 분리막 테스트 베드를 당진 화력에 건설진행 중이다.

이산화탄소를 분리하기 위한 한 방법으로 고분자 기체 분리막을 이용한 기술이 발전하고 있다. 다양한 폴리머 멤브레인 재료 중에서도 폴리이미드(PI) 는 우 수한 열 및 기계적 특성, 좋은 화학적 안정성과 높은 가스 수송 특성을 가지고 있다. 하지만 고분자 분리막은 아직 낮은 투과, 선택성을 가지고 있기 때문에 이를 높이기 위해 많은 연구가 이루어지고 있다. 한편 고무상 고분자인 폴리에 틸렌글리콜 (PEG)은 이산화탄소에 대한 높은 친화성으로 우수한 이산화탄소 분리성능을 가지고 있다. 이에 본 연구에서는 높은 자유 체적을 가지는 durene group을 포함한 PI와 PEG를 공중합 시켜 높은 소재의 기체 투과성능을 확인하고 이 소재를 이용하여 중공사 제조 변수를 조절에 따른 기체 투과도를 확인 하였다.

CO2 포집을 위한 아민 흡수 공정은 현재 가장 상용화에 근접한 기술로 알려져 있다. 하지만 흡수탑 장치의 규모가 크고, 흡수제 재생을 위한 에너지가 과다하게 필요로 한다는 문제점이 제기되고 있다. 이러한 문제를 해결하고, 기존 공정에 비해 고효율-저에너지 기술인 접촉 분리막 공정의 연구가 주목받고 있 다. 본 연구에서는 화학적, 열적 안정성이 높은 세라믹 소재를 이용하여 중공사 막을 제조하고, 이를 모듈화하여 기-액 접촉 분리막 공정에 적용한 실험을 수행 하였다.

이산화탄소를 분리하기 위한 한 방법으로 고분자 기체 분리막을 이용한 기술이 발전하고 있다. 다양한 폴리머 멤브레인 재료 중에서도 폴리이미드(PI) 는 우수한 열 및 기계적 특성, 좋은 화학적 안정성과 높은 가스 수송 특성 을 가지고 있으나 고분자 분리막은 아직 낮은 투과, 선택성을 가지고 있다. 때문에 이를 높이기 위해 많은 연구가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 이산화탄소에 대한 높은 친화성으로 우수한 이산화탄소 분리성능을 가지고 있는 고무상 고분자인 폴리에틸렌글리콜(PEG)을 이용하였고 높은 자유 체적을 가지는 durene group을 포함한 PI와 PEG를 공중합 시켜 높은 소재의 기체 투과성능을 확인하고 이 소재를 이용하여 중공사 제조 변수를 조절에 따른 기체 투과도를 확인 하였다.

Forward osmosis (FO) is an emerging technology to produce clean water with low energy consumption. The key elements in FO are a water-permeable membrane, and a draw solution inducing an osmotic pressure difference across the membrane. A desirable draw solution should result in a high osmotic pressure difference,together with an internal concentration polarization as low as possible.The draw solution should also have a very low toxicity,particularlywhen usedin drinking water purification. Furthermore, it is important to be easily recovered from a feed solution after FO operation for a certain period time. The multiple requirements make it difficult to develop an effective draw solution. In the present study, thermally and pH-sensitive oligomeric mixtures are used as potential draw solutions for FO system.

산업화로 인한 온실가스의 발생량이 증가 하면서 지속적인 온실가스 감축노력이 이루어 지고 있다. 그 중 CO2는 대표적인 온실가스로 세계 기후변화 협약 등에 의한 규제가 요구 되고 있으며 CO2를 분리 회수 및 저장(Carbon Capture and Storage : CCS)기술의 중요성이 커지고 있다. 연소 후 포집기술에는 흡착법, 흡수법, 분리막법 등이 있으며 그 중 분리막법은 CO2 포집 단가 및 플랜트 비용면에서 잠재성이 크다. 본 연구에서는 PES 중공사막을 이용하여 CO2 순도회수율 90%을 목표로 이산화탄소 분리기술을 연구 하였으며 전산모사를 통한 분리막 공정을 설계하였다.

Activated carbon fibers(ACFs) were prepared in this research from a polyacrylonitrile(PAN) precursor with the KOH(1~4 M) pretreatment and following activation at 800oC in a lab-scale. The sample ACFs were characterized according to their textural properties, and evaluated for CO2 adsorption capacity. The surface area and pore volume of ACFs increased according to the pretreatment with KOH; for example, 4M-KOH aqueous solution resulted in 1552.5 m2/g specific surface area and 0.605 cc/g pore volume. It also showed high CO2 adsorption amount(3.11 mmol/g) which showed a proportional increase with reaction pressure.

CO2 저장소의 허가가 사실상으로 전통적 유형의 계획확정인지 아니면 새로운 승인유형의 성립을 주목할 수 있는지, 또 다른 문제가 제기되고 있다. 이러한 경우 승인유형에서 카탈로그의 다양화가 요구되는 것으로 보인다. 그러나 여기에서는 아마도 이미 실현된 개발의 명백한 명명이 문제이다. 여기에서는 그런 현상을 인식하고, 표시하며 사실적인 문제상황에 상당한 체계화를 가져오는 행정법학의 급부능력이 나타난다. 향후 우리나라 CCS 관련 현행 개별법을 제정할 때에도 계획확정절차에 관한 규정을 두는 방안을 면밀히 검토할 필요가 있다. 먼저 CO2 수송관의 설치, 운영 및 본질적 변경을 하기 위해서는 개별 CCS 법에 따라 계획 확정이 필요할 것이다. 둘째로 CO2 저장소의 설치, 운영 및 중대한 변경도 마찬가지로 개별 CCS 법에 따라 계획확정을 받아야 할 것으로 본다. 물론 이와 같은 계획확정을 통해 개별 CCS 법에 따라 CO2 수송관과 저장소를 허용하는 것은 공익의 관점에서 확정되고(허가효), 다른 행정청의 허가는 필요없을 것으로 본다(집중효). 청문절차에서 무엇보다 계획에 대한 이의와 행정청의 의견을 사업시행자, 행정기관, 이해관계인과 함께 토의하는 절차는 계획의 설치와 관련하여 제기된 문제들을 이해관계인 전체가 함께 모여서 상세하게 문제들을 협의하는 절차로서, 토의과정에서 갈등을 조정되어 사후에 일어날 수 있는 분쟁을 사전에 예방할 수 있을 것으로 본다. 이것이 바로 CCS 기술의 사회적 수용성의 문제를 해결하는 실마리가 될 것이다.

Adsorption is one of the most efficient method for the separation of low level carbon dioxide. In order to enhance the adsorption capacity, a few additives such as alkali hydroxides were combined with the zeolitic sorbents. As a result of the experimental examination by applying the CO2 flow of 3000 ppm, the composite sorbent showed the improved quality to a certain degree and the added binder was also found to contribute to better adsorption.

Mineral carbonation is one of the safest permanent carbon dioxide sequestration methods. Carbon Capture & Utilization (CCU) is a process that utilizes available resources by removing carbon dioxide in a method of mineral carbonation. It can be applied to industries producing high carbon dioxide emissions. This study aims to investigate the absorption performance of carbon dioxide at high concentrations. Calcium hydroxide suspension was used as an absorbent. In addition, NaOH and Mg(OH)2 were used as additives. Carbon dioxide removal efficiency with NaOH increased from 30% to 90% when the additive amount was increased from 1wt% to 3wt%. In the case of Mg(OH)2, carbon dioxide absorption efficiency was minimal regardless of the additive amount. In addition, the solid byproducts werec onfirmed by X-ray diffraction spectra and SEM images.

최근 세계적으로 탄소포집 및저장(CCS, carbon capture and storage)기술에 대한 연구가 많이 수 행되고 있다. 이번 연구는 폐시멘트 미분을 이산화탄소를 포집하는 광물탄산화(mineral carbonation)의 효율적인 재료로 활용하기 위한 연구의 일환으로 수행하였다. 0.15 mm 미만으로 체가름된 시멘트 풀 (W:C = 6:4)과 200 ㎖ 용액을 포함하는 반응용기에 순도 99%의 CO2 가스를 주입하는 직접수성탄산화 실험을 수행하고, 두 종류 첨가제(NaCl, MgCl2)의 탄산화에의 영향을 분석하였다. 특히, 첨가제의 종류 와 pH변화에 따른 탄산화 과정, 생성되는 탄산염광물의 종류와 특성에 대하여 자세히 연구하였다. 직접수성탄산화 실험 결과 pH는 CO2의 주입으로 지속적으로 감소하였다. Ca2+ 이온 농도는 MgCl2가 첨가제로 활용한 경우에는 지속적으로 감소하였지만 MgCl2를 첨가하지 않은 경우에는 감소하다가 pH 가 낮아짐에 따라 생성된 탄산염광물의 용해로 다시 증가하는 경향을 보였다. 생성물질에 대한 X-선 회절분석 결과, MgCl2를 첨가하지 않은 경우에는 방해석이 우세하게 나타났고, MgCl2를 첨가제로 활용 한 경우에는 Mg2+ 이온의 영향으로 아라고나이트가 우세하게 나타났다. 또한 pH 단계별 직접수성탄산 화 실험결과, MgCl2를 첨가하지 않은 경우에는 pH가 높은 실험 초기에 나타난 바테라이트는 pH가 낮 아질수록 결정도가 좋은 방해석으로 전환되는 것을 확인하였고, MgCl2를 첨가제로 활용한 경우에는 pH가 낮아질수록 방해석의 함량은 감소하고 아라고나이트의 함량이 증가하는 것을 알 수 있었다.

폐콘크리트 처리 시 발생하는 시멘트 미분은 CO2 포집을 위한 광물탄산화 재료로 활용할 수 있다. 이번 연구에서는 폐콘크리트를 활용한 CO2 포집을 위한 기초연구로 수화시멘트의 수성탄산화 방안과 탄산염광물 형성 특성에 대한 자료를 확보하고자 하였다. 실험을 위해 물 : 시멘트 비를 6 : 4로 하여 28일간 수중 경화하여 시멘트 풀을 제작하고, 첨가제(NaCl과 MgCl2)를 활용한 용출실험과 두 종류의 수성탄산화(직접수성탄산화와 간접수성탄산화)실험을 수행하였다. 용출실험 결과, Ca2+ 이온의 용출은 시험된 최대 농도에서 보다 0.1 M NaCl과 0.5 M MgCl2에서 최대로 나타났으며, MgCl2는 NaCl에 비해 10배 이상의 Ca2+ 이온을 용출력을 보였다. 미분(< 0.15 mm)의 시멘트 풀은 직접수성탄산화에 의해 1시간 이내에 탄산화에 의해 포트랜다이트가 거의 모두 탄산염광물로 변화하고, CSH(calcium silicate hydrate)의 분해에 의한 탄산화도 진행되는 것으로 나타났다. 그러나 직접수성탄산화에는 NaCl과 MgCl2와 같은 첨가제가 크게 효율적이지 못하였다. NaCl과 MgCl2를 첨가제로 사용한 용출액에 대한 간접수성탄산화로 100% 순수한 방해석을 생성되었다. MgCl2에 의한 용출액의 경우 탄산화를 위해 알칼리용액 의한 pH의 조절이 필요하였으며, Mg2+ 이온의 영향으로 탄산화가 느리게 진행되었다. 수성탄산화 방법과 첨가제의 종류가 생성되는 탄산칼슘광물의 종류와 결정도 영향을 미치는 것으로 나타났다.

초임계 미분탄(SPC; Supercritical Pulverized Coal) 보일러 발전공정을 대체하는 미래 신발전 공정의 하나로 가스화 복합발전공정(IGCC;Integrated Gasification and Combined Cycle)이 주목 받고 있다. IGCC 공정은 SPC 보일러 발전공정과 비교하여 높은 초기 투자비가 문제가 되지만 발전분야에서 문제로 지목되고 있는 지구온난화 가스인 이산화탄소 포집을 하는 경우 유리한 발전 방식으로 알려져 있다. MIT에서 발표된 자료에 따르면 SPC 발전방식과 IGCC 발전 방식에서 이산화탄소를 포집하는 경우의 발전효율 저감은 각각 9.2% P와 7.2% P로 이산화탄소 포집공정을 연계하는 경우 IGCC 공정이 미래 발전시장에서 우위를 점할 수 있을 것으로 예상하고 있다. IGCC 공정에서 이산화탄소의 포집은 가스화 기에서 만들어진 합성가스 중 일산화탄소(CO)를 수성가스전환(WGS;Water Gas Shift) 반응을 거쳐 이산화탄소(CO₂)로 전환하고 이를 연소기에 공급하기 전에 발전공정에서 제거하게 되며, 이런 이유로 이 공정을 연소 전 CO₂ 포집공정이라고도 부른다. 연소 전 이산화탄소 포집공정은 처리대상가스 중 이산화탄소의 분압이 높고 전체 공정이 고압에서 운전되기 때문에 화학흡수제보다 Henry의 법칙이 적용되는 물리흡수제를 이용하는 공정이 권장되고 있다. 현재까지 화학공정에서 이산화탄소를 분리하기 위한 몇 가지 이산화탄소 분리공정이 개발되어 적용되고 있으나 IGCC 공정에 최적화된 상용 규모의 공정은 제안되어 있지 않다. 본 한국전력공사 전력연구원에서는 2012년부터 위와 같은 기술적 요구와 필요에 대응하기 위해 IGCC 공정에 적용 가능 한 연소 전 습식 이산화탄소 포집기술 확보를 위한 연구개발에 착수하였으며 현재 IGCC에 적용가능한 흡수제의 개발과 이산화탄소 포집 최적공정에 대한 검토를 진행 중이다. 본 논문에서는 최적공정에 대한 검토를 위해 100 MWe 규모의 전력을 생산하는 IGCC 공정에 적용 가능한 이산화탄소 흡수 공정 5개를 AspenPlus를 이용하여 모델링하여 공정의 최적화를 수행하고 이를 통해 얻어진 결과로부터 각 공정의 주요 공정인자들과 주요설비인 흡수탑의 크기와 공정별 에너지 사용량을 비교 하였다. 검토된 공정은 물리흡수공정으로 Selexol, Rectisol, 및 Purisol 공정이 선정되었으며 화학흡수공정과의 비교를 위하여 연소 후 공정에서 널리 쓰이는 대표적 amine 공정인 aMDEA 공정과 물리 및 화학흡수제가 혼합사용되는 Sulfinol 공정이 함께 검토되었다. 각 공정의 주요 공정인자로는 Rectisol 공정의 흡수제 순환량이 Selexol 공정 등 다른 공정에 비해 1.2 이하로 작게 나타났으나 흡수제 손실량은 약 10배 이상 큰 것으로 평가되었다. 또한 흡수탑의 크기 면에서는 aMDEA 공정이 가장 유리한 것으로 평가되었으나 에너지 사용량의 측면에서 화학 흡수공정이 2 ~ 5 배정도 큰 것으로 나타나 운영비가 상대적으로 높게 될 것으로 평가 되었다. 본 연구를 통해 연소 전 CO₂ 포집공정 들의 설계 및 운영 기초자료를 확보하였으며 계속해서 공정의 경제성 및 신뢰성 등의 평가를 통해 최적공정을 선정해 갈 예정이다.