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.

연소 후 생성되는 연소가스 중 CO2는 온실가스 기체중 하나로, CO2를 처리하기 하기 위해 CCS 기술 개발이 세계적으로 주목 받고 있다. 하지만 단일막을 이용한 CO2 포집 공정에서는 약 14%의 CO2를 포함한 연소 배기가스로부터 고 순도, 고회수율을 달성하기란 매우 어렵다. 본 연구에서는 다단막 공정 디자인 및 다양한 운전 변수를 통하여 14%의 CO2를 가지고 있는 혼합모사가스로부터 순도 73% 회수율 74%의 포집 효율을 얻을 수 있었다.

Flat sheet membranes consisting of a selective layer and a porous support usually require gutter layer to reduce the bulk pores of the substrates. The gutter layer mitigates the geometric restrictions of support, which enables selective layer to have defect-free morphology with thin thickness (< 100 nm). For this reason, the gutter layer has been introduced to many industrial membranes, and the systematical studies of the effects of the gutter layer properties on membrane performance should be needed. Herein, we introduced several gutter layers with different thicknesses into graphene oxide intercalated polymer TFC membranes to determine the relationship between gutter layer properties and total membrane performances. This study provides more practical insight to determine the optimum gutter layer properties in designing TFC membranes.

본 연구는 LNG를 연료로 사용하는 화력발전소 보일러에서 배출되는 1,000 Nm3/day의 연소 배가스에 포함된 8 ∼10%의 CO2를 대상으로 순도 99%, 회수율 90%로 회수할 수 있는 실증규모의 다단계 막분리 공정에 관한 운전 결과이다. 이를 위해 본 연구팀에서는 가소화 안정성이 우수한 폴리이서설폰 중공사막을 개발하고 CO2/N2의 분리특성을 연구한바 있 으며[1], 소형 모듈을 이용하여 압력 및 CO2의 조성 변화에 따른 투과 특성을 실험과 향류 방식의 전산 모사를 통하여 확인 하여 막분리에 의한 CO2의 회수 가능성을 확인한 바 있다[2-4]. 이러한 선행 연구결과를 바탕으로 pilot 규모의 다단계 막분 리 plant를 설계하여 제작, 설치, 운전하였으며 그 운전 결과를 다단계 공정의 수치 모사 결과와 비교하였다. 전체 공정은 크게 배출되는 배가스 내의 수분을 전단에서 제거하기 위한 제습 공정과 후단에 재순환이 가능한 4단계 막분리 공정으로 구성되어 있다. 4단 분리막 공정에서 배출되는 최종 CO2의 농도는 운전 조건에 따라 95∼99%의 CO2가 0.15∼0.2 ton/day 의 회수율 70∼95% 회수규모로 얻어졌다. 얻어진 실험 결과는 수치 모사 결과와 비교하였을 때 매우 잘 일치 하는 것을 알 수 있었으며 운전 중 전체 공정은 안정적으로 작동하는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구를 통해 다단계 막분리 공정을 통한 배가스에서 CO2를 성공적으로 분리할 수 있었다.

본 연구에서는 고온 가열된 시멘트 페이스트에 나타나는 균열을 CO2 가스 노출을 통한 회복 거동에 대해 관찰하였다. 시 험체는 W/C 40 %의 시멘트 페이스트로 설정하였다. 전기가열로를 목표온도까지 도달시킨 후 가열로 상부에 부착하여 일면 가열을 실시한 후 가열된 면에 나타난 균열을 고배율 카메라로 촬영하였다. 촬영결과 CO2 가스 노출을 통한 회복 재령으로 인하여 시멘트 페이스트의 균열이 더 이상 진행되지 않은 것을 관찰하였다.

Biogas is a gaseous mixture produced from the microbial digestion of organic materials in the absence of oxygen. Raw biogas, depending upon organic materials, digestion time and process conditions, contains about 45 ~ 75% methane, 30 ~ 50% carbon dioxide, 0.1% hydrogen sulfide gas, and a fractional percentage of water vapor. To achieve the standard composition of the biogas, treatment techniques like absorption or membrane separation are performed for the resourcing of biogas. In this paper, the experiments are performed using biogas produced in an environmental digestion facility for food waste. The membrane module was imported from overseas, its membrane process has achieved up to 98% of the methane and 99% of the carbon dioxide separated, and it has manufactured and stored pressurized carbon dioxide. The effects of the feed pressures on the separation of CO2-CH4 by the membrane are investigated. A chelate was utilized to purify the methane from the H2S concentration of 0.1%.

유기성폐기물(음식물, 하수슬러지 등)은 2005년부터 육상 직매립이 금지되었고, 2006년에 발효된 런던협약에 따라 2013년 1월부터 해양투기 또한 금지되어 폐기물의 처리 및 재활용이 시급한 실정이다. 따라서, 이러한 유기성 폐기물의 효과적인 자원화 방법 중 하나인 혐기성소화가 각광받고 있는 실정이며, 혐기성소화조에서 발생되는 바이가스는 일반적으로 CH4 50~90%, CO2 10~50%, 소량의 H2S 및 NH4로 알려져 있다. 이러한 바이오가스의 정제방법으로는 탄소흡착법, 막분리법 등이 있으나 높은 운전비용과 공정구성의 어려움, 2차 폐기물 발생 등 많은 문제를 일으키고, CO2의 재활용이 아닌 폐기시키고 있어 자원순환적인 측면에서 바람직하지 못하다. CH4의 전환방법중 하나인 CO2 methanation반응은 1M의 CO2와 4M의 H2가 반응하여 1M의 CH4와 2M의 H2O가 생성되는 반응이다. CO2는 열역학적으로 매우 안정된 물질로, 반응에 필요한 에너지를 공급하기 위해서는 수소 등과 같은 높은 에너지의 환원제를 같이 반응에 참여시켜 주어야 한다. 그러나 열역학적 평형으로 인해 전환이 제한되는 경우가 많아, 적절한 반응속도와 선택도를 달성하기 위해 촉매가 요구되며, CO2 methanation 반응에 사용되는 촉매는 주로 Ni, Fe, Al 등 금속계 촉매가 주를 이루고 있다. 따라서 본 연구에서는 바이오가스의 정제효율을 높이기 위하여 CO2 methanation 촉매를 다양한 조건에 따라 제조하였으며 각각의 촉매별 CO2 전환율을 평가하였다.