In this study, carbon dioxide (CO2) was used as an inhibitor of scale production on the surface of RO membrane. In order to compare the effects of CO2 injection on scale production, four RO modules: 1) without CO2 injection and anti-scalant (RO module #1), 2) with only CO2 injection (RO module #2), 3) with only anti-scalant (RO module #3), 4) with both CO2 injection and anti-scalant (RO module #4), were operated for 60 days under constant flux mode. The trans-membrane pressure (TMP) was observed to decrease significantly in RO modules with CO2 injection as compared with the other RO modules. When the feed water pH was controlled at 5.0 by injecting CO2, the maximum TMP in RO modules #2 and #4 was founded to decrease by 42 aㅋnd 40%, respectively. Moreover, the Ca2+ concentration in the concentrate was 20mg/L lower in RO modules without CO2 injection which is attributed to the scale formation on the surface of the RO membranes. The SEM-EDS analysis further showed a serious fouled RO membrane surface in RO modules #1 and #3.

지구온난화 문제 해결을 위한 지속적인 노력과 더불어 온실가스의 국제적 배출 규제는 더욱 강화되고 있다. Non-CO2 사업단은 온실가스의 종류와 발생원에 따른 적합 기술을 선택적으로 개발함으로써 기술별 균형을 추구하고 발생원에 대한 대응방안을 모색하고 있다. 주로 화학, 전자, 자동차, 선박과 같은 수출주력산업에서 발생하므로 향후 무역규제와 연계될 경우 그 파급효과가 클 것으로 예상된다. 선택적, 집중 투자와 효율적인 관리를 통하여 우리나라 온실가스저감 목표 달성에 일조하고 수출주력산업에 도움이 될 것으로 기대한다. 본 연구는 Non-CO2 사업단개발기술, 특히 멤브레인 관련기술에 관한 토의이다. ※ 환경부 글로벌탑 환경기술개발사업 중 “Non-CO2 온실가스 저감기술개발 사업”의 지원으로 수행되었다.

화석 연료의 사용 증가로 인한 이산화탄소 배출의 증가로 급속한 지구의 온난화가 초래되었으며, 전 세 계적으로 기후변화에 따른 피해는 앞으로 더욱 심각해질 것으로 전망하고 있다. 국제에너지기구 (International Energy Ageny, IEA)는 전 세계가 신재생에너지를 주 에너지원으로 사용한다고 가정해도 2050년 이후 대기 중 이산화탄소 농도가 우려할 만한 수준으로 높아진다고 보고하고 있다. 이처럼 지구 온난화와 기후변화는 인류의 미래에 지대한 영향을 미칠 것이며 이에 대한 대비책으로 대기 중 이산화탄소 농도를 혁신적으로 저감할 수 있는 기술 개발이 시급히 요구되고 있다. 현재 지구상 평균 CO2 농도는 390ppm 로 매년 2ppm씩 증가하는 추세이며, 특히, 비점오염원에서 배출되는 CO2가 전체 50%에 육박하는 실정이다. 발전소와 같이 대규모의 점오염원에서 배출되는 고농도 CO2 포집기술은 많은 연구자들에 의해 연구가 진행되어 왔으나 비점오염원에서 배출되는 저농도의 CO2를 제거하는 기술은 미비한 실정으로 대기 중 CO2를 효율적으로 제거하는 기술(Direct Air Capture technology; DAC)이 미국, 캐나다에서 제안되었으며 이에 대한 경제성 및 타당성 평가를 미국 물리학회에서 2년간 수행하였다. 이에 본 연구에서는 알카놀아민 계열의 흡수제와 흡착제를 이용하여 도로변 대기 중 저농도 CO2 저감 을 위한 적용 가능성을 도출하고자 실험실 규모에서 저농도 CO2 저감 성능을 평가하였다. 그 결과, 단일흡수제의 경우 MEA 농도 1, 2, 3 wt%에서 CO2 흡수량은 0.34 mol-CO2/mol-absorbent, 0.32 mol-CO2/mol-absorbent 그리고 0.3 mol-CO2/mol-absorbent로 나타났고, AMP의 농도 1, 2, 3 wt% 에서는 0.32 mol-CO2/mol-absorbent, 0.30 mol-CO2/mol-absorbent, 0.28 mol-CO2/mol-absorbent로 나타나 MEA가 DEA, MDEA, AMP보다 흡수성능이 우수하였다. 혼합흡수제의 경우 MEA 0.5wt%에 AMP 0.5wt%를 혼합한 흡수제가 0.52mol-CO2/mol-absorbent로 흡수 성능이 가장 우수한 것으로 나타났다. 또한, 흡착제를 이용한 흡착과 열재생을 반복하는 실험을 수행한 결과 제올라이트 5A, 13X, 활성탄소섬유(ACF) 그리 고 활성탄의 CO2 흡착량은 21 mg-CO2/g-adsorbent, 12 mg-CO2/g-adsorbent, 18 mg-CO2/g-adsorbent 그리고 6 mg-CO2/g-adsorbent으로 나타났으며, 열재생 반복실험 결과에서 제올라이트 5A가 가장 우수한 흡착 성능을 보여주었다.

These days, the development of various pre- and post-combustion techniques has been pursued in order to reduce the emission of CO2 in the fleet of coal-fired power plants, since it is of great importance to each country’s energy production while also being the single largest emitter of CO2. As part of this kind of research efforts, in this study, a novel burning method is tried by the co-burning of the pulverized coal with the stoichiometric mixture of the hydrogen and oxygen (H2+1/2O2) called as HHO. For the investigation of this idea, the commercial computational code (STAR-CCM+) was used to perform a series of calculation for the IFRF (International Flame Research Foundation) coal-fired boiler (Michel and Payne, 1980). In order to verify the code performance, first of all, the experimental data of IFRF has been successfully compared with the calculation data. Further, the calculated data employed with pure coal are compared with the co-burning case for the evaluation of the substituted HHO performance. The reduced amount of coal feeding was fixed to be 30% and the added amount of HHO to produce a similar flame temperature with pure coal combustion was considered as 100% case of HHO addition. This value varies from 100 to 90, 80, 60, 50, 0% in order to see the effect of HHO amount on the performance of pulverized coal-fired combustion with the 30% reduced coal feeding. One of the most important thing found in this study is that the 100% addition of HHO amount shows approximately the same flame shape and temperature with the case of 100% coal combustion, even if the magnitude of the flow velocity differs significantly due to the reduced amount of air oxidizer. This suggests the high possibility of the replacement of the coal fuel with HHO in order to reduce the CO2 emission in pulverized coal-fired power plant. However, an extensive parametric study will be needed in near future, in terms of the reduction amount of coal and HHO addition in order to evaluate the possibility of the HHO replacement for coal in pulverized coal-fired combustion.

미분탄을 연료로 사용하고 있는 발전소는 지구온난화 문제에 따른 이산화탄소를 비롯한 여러 가지 오염물질 배출저감에 대한 압박과 석탄연료 가격 상승 등의 여러 가지 문제에 직면하고 있다. 그래서 석탄청정 기술에 대한 전 세계적인 관심과 더불어 석탄 연소 및 가스화에 대한 활발한 연구가 진행되고 있다. 석탄연소과정의 연구가 지속적으로 이루어져 왔지만 아직 모든 종류의 석탄에 대한 특정 석탄연소과정의 메카니즘을 일반적으로 적용할 수 있는 모델이 없기 때문에 오늘날도 많은 연구자들이 연구를 하고 있다. 본 연구에서는 미분탄 연소에 대한 이전 일련의 연구결과를 토대로 하여 일차적으로 수치 해석적 방법을 활용하여 실험결과와의 비교 및 모델 검증을 수행하고, 더불어 본 연구실에서 다양한 연소시설에 접목을 시도하고 있는 물 전기분해 가스와의 혼소에 따른 오염물질, 특히 CO2의 배출농도 변화 및 연소로 내부의 열유동 분포 등을 검토하고자 한다. 본 연구에서는 상용 해석 프로그램 STAR-CCM+와 In-house 코드를 이용하여 IFRF(International Flame Research Foundation) 다양한 형상의 보일러에 대하여 일련의 실험데이터와 비교검증을 수행하였다. 실험결과와의 비교를 통한 전산해석 결과의 타당성을 검증한 후 연료중의 석탄 양을 감소시키고 대신 물 전기분해 가스를 일부 사용하여 연료 변화에 따른 연소특성을 평가하고 배출가스 중 CO2의 농도 변화를 관찰하였다. 수치해석 결과를 살펴보면 In house 코드를 활용한 계산 결과는 실험결과와 매우 유사한 온도 분포를 나타내어 수치해석에서 사용한 모델에 대하여 비교적 성공적으로 검증할 수 있었으며, 이를 바탕으로 연료의 성상을 변화시켜 수치해석을 수행하여 의미 있는 결과를 도출할 수 있었다.

2010년 기준 온실가스 발생을 10% 저감하기 위해서는 11조원 이상의 비용이 발생할 것으로 추정하고 있다. 이러한 기후변화협약의 후속조치로 이산화탄소 배출저감을 위해 노력하고 있으며 장기적으로 에너지절약기술 추진, 청정에너지 이용확대, 첨단 환경기술개발, 이산화탄소 흡수원 확대 및 차세대 에너지 기술개발을 통하여 이산화탄소 배출을 줄이기 위한 혁신적인 계획을 제시하고 있다. 또한 저효율 에너지기기의 보급 확대, 대체연료 개발의 가속화, 풍력 및 태양광 발전의 개발, 메탄가스의 연료화 기술 및 장치개발 등이 거론되고 있으나, 이러한 기술접목에 따른 구체적인 이산화탄소 저감대책에 대한 환경적인 평가 등이 제대로 수립되지 못한 실정이다. 최근 정부에서도 저탄소 녹생성장을 국가의 추진동력으로 생각하고 있으며 이를 구체화하기 위한 일환으로 녹색마을 600개 시범사업 등을 통해서 저탄소 녹색도시를 그 대책의 일환으로 추진하고 있다. 이에 따라 국내 신재생에너지 기술개발도 기후변화협약에 대한 장기적인 대책으로 연구개발을 추진할 필요성이 있으며, 대체에너지 기술개발 등 기후변화협약에 능동적으로 대처할 수 있는 대응책이 필요하다. 이러한 상황에 대비하고 저탄소 녹색마을을 제도적으로 보급하기 위해서는 주민들에게 유효 에너지단위당 방출되는 온실효과 유발가스를 양으로 환산하여 에너지기술과 시스템을 비교하고 우열을 가릴 수 있도록 하는 새로운 저탄소녹색마을 기본설계방안을 연구 방안으로 강구되어야 할 것이다. 이러한 바이오매스를 적절히 에너지로 전환하는 경우 산업 및 농업시설에서의 냉난방용 에너지원으로, 더 나아가서는 녹색 마을단위의 에너지원으로 활용하여 농업생산력의 제고 및 국가차원의 대체에너지개발 및 온실가스 감축의 효과를 기대할 수 있을 것이다. 그러므로 저탄소 녹색도시의 성패는 신재생에너지 기술과 그 기술을 녹색마을에 어떻게 접목하는 가가 중요한 이슈가 될 것이다. 그 중에서도 바이오에너지의 경우는 녹색마을에서 쉽게 접목이 가능하고 이를 통해서 탄소중립소재를 활용하여 현재 사용하고 에너지원에서 발생하는 CO2배출량을 저감할 수 있는 방안으로 바이오에너지별 적용하고 져 한다. 따라서 본 논문에서는 경기도내에서 발생하는 바이오매스인 임산폐기물 및 축분 등의 바이오에너지원과 태양열 및 지열을 이용하여 전과정적으로 CO2발생량을 계산하고 이를 저탄소 녹색마을에 적용하는 데 있다. 이를 위하여 경기도내 P 도시의 년 CO2발생량을 산정하고 이를 토대로 바이오매스를 재활용한 대체에너지 등의 기술적용을 통하여 실제 CO2배출량을 저감할 수 있는 방안의 일환으로 연구를 시도하는 것이다.

Carbon dioxide generated from construction materials and construction material industry among the fields ofconstruction is approximately 67 million tons. It is about 30% of the carbon dioxide generated in the fields of construction.In order to reduce carbon dioxide in the fields of construction, it is necessary to control the use of fossil fuel consumedand decrease carbon emission by reducing the secondary and tertiary curing generating carbon dioxide in constructionmaterial industry. Therefore, this study manufactured mortar by having cement as the base and substituting three bindingmaterials up to 50% and then adopted different curing methods to analyze congelation and strength characteristics. According to the result of strength characteristics by the types of binding materials and replacement ratio, the specimensubstituting ESA (Early Strength Admixture) and FPC (Fine Particle Cement) showed active strength improvement. Inparticular, the specimen substituting ESA as 25% indicated the greatest strength improvement, and as the number of curingincreased, the strength grew higher, too. And when the binding material was used by substitution, it showed strengthcharacteristics similar to or higher than the specimen conducting tertiary autoclave curing as the secondary steam curing.

2010년 기준 온실가스 발생을 10% 저감하기 위해서는 11조원 이상의 비용이 발생할 것으로 추정하고 있다. 이러한 기후변화협약의 후속조치로 이산화탄소 배출저감을 위해 노력하고 있으며 장기적으로 에너지절약기술 추진, 청정에너지 이용확대, 첨단 환경기술개발, 이산화탄소 흡수원 확대 및 차세대 에너지 기술개발을 통하여 이산화탄소 배출을 줄이기 위한 혁신적인 계획을 제시하고 있다. 또한 저효율 에너지기기의 보급 확대, 대체연료 개발의 가속화, 풍력 및 태양광 발전의 개발, 메탄가스의 연료화 기술 및 장치개발 등이 거론되고 있으나, 이러한 기술접목에 따른 구체적인 이산화탄소 저감대책에 대한 환경적인 평가 등이 제대로 수립되지 못한 실정이다. 최근 정부에서도 저탄소 녹생성장을 국가의 추진동력으로 생각하고 있으며 이를 구체화하기 위한 일환으로 녹색마을 600개 시범사업 등을 통해서 저탄소 녹색도시를 그 대책의 일환으로 추진하고 있다. 이에 따라 국내 신재생에너지 기술개발도 기후변화협약에 대한 장기적인 대책으로 연구개발을 추진할 필요성이 있으며, 대체에너지 기술개발 등 기후변화협약에 능동적으로 대처할 수 있는 대응책이 필요하다. 이러한 상황에 대비하고 저탄소 녹색마을을 제도적으로 보급하기 위해서는 주민들에게 유효 에너지단위당 방출되는 온실효과 유발가스를 양으로 환산하여 에너지기술과 시스템을 비교하고 우열을 가릴 수 있도록 하는 새로운 저탄소녹색마을 기본설계방안을 연구 방안으로 강구되어야 할 것이다. 이러한 바이오매스를 적절히 에너지로 전환하는 경우 산업 및 농업시설에서의 냉난방용 에너지원으로, 더 나아가서는 녹색 마을단위의 에너지원으로 활용하여 농업생산력의 제고 및 국가차원의 대체에너지개발 및 온실가스 감축의 효과를 기대할 수 있을 것이다. 그러므로 저탄소 녹색도시의 성패는 신재생에너지 기술과 그 기술을 녹색마을에 어떻게 접목하는 가가 중요한 이슈가 될 것이다. 그 중에서도 바이오에너지의 경우는 녹색마을에서 쉽게 접목이 가능하고 이를 통해서 탄소중립소재를 활용하여 현재 사용하고 에너지원에서 발생하는 CO₂ 배출량을 저감할 수 있는 방안으로 바이오에너지별 적용하고 져 한다. 따라서 본 논문에서는 경기도내에서 발생하는 바이오매스인 임산폐기물 및 축분 등의 바이오에너지원과 태양열 및 지열을 이용하여 전과정적으로 CO₂발생량을 계산하고 이를 저탄소 녹색마을에 적용하는 데 있다. 이를 위하여 경기도내 P 도시의 년 CO₂발생량을 산정하고 이를 토대로 바이오매스를 재활용한 대체에너지 등의 기술적용을 통하여 실제 CO₂배출량을 저감할 수 있는 방안의 일환으로 연구를 시도하는 것이다.

본 연구에서는 혐기성 소화조에서 발생하는 이산화탄소를 충전탑으로 유입하여 MEA, DEA 및 AMP의 화학적 흡수제의 농도변화에 따른 이산화탄소 제거 효율을 검토하여 혐기성 소화조 내에 적용 가능성을 판단하는데 그 목적이 있다. 본 연구에서 실험에 사용된 충전탑은 유리제 Raschig Ring 6×6 mm를 충전한 직경 50 mm, 충전 높이 1.40 m를 사용하였으며, 액체부하는 20 ℓ/hr, 가스부하는 130 ℓ/hr로 고정하여 CO2의 농도를 10%, 20%, 30%로 주입하였을 때 MEA 10% 및 20%에서와 AMP 10의 CO2 제거율을 관찰하였다. 또한 Packed Tower의 지름은 0.288 m, 충전층의 높이는 1 m이며, 실험시스템은 Air, Air/Water 및 Air-CO2/MEA 흡수제로 하였다. 실험결과에 대한 평가는 계산 프로그램을 통하여 추출하였으며, 분리작용 HTUov, 통과단위수 NTUov, 그리고 정확한 농도계산은 측정을 통하여, 가스 그리고 액체부하를 변화시킴으로써 측정범위를 파악하였다. 실험 결과, MEA의 경우 흡수액 농도, 유입 CO2 농도가 높을수록 빠른 파과시간을 가짐을 알 수 있었고, MEA 10%, DEA 10%, AMP 10% 농도에서의 흡수속도는 MEA, DEA, AMP의 순으로 나타났으며, 흡수부하는 AMP, DEA, MEA의 순으로 나타났다. 그리고 흡수액의 모든 혼합비 및 온도 조건에서 MEA의 첨가량이 높아질수록 CO2의 흡수효율이 감소하는 것으로 나타났다. 이러한 실험결과를 바탕으로 혐기성 소화조에 적용할 CO2 흡수 충전탑 내의 흡수액은 MEA을 적용할 경우 가장 높은 효율을 가지는 것으로 판단되었다.