• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제34권3호
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• pp.783-787
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• 2013

The separation and capture process of carbon dioxide from power plants is garnering interest as a method to reduce greenhouse gas emissions. In this study, aqueous alkanolamine solutions were studied as absorbents for $CO_2$ capture. The solubility of $CO_2$ in aqueous alkanolamine solutions was investigated with a continuous stirred reactor at 313, 333 and 353 K. Also, the heat of absorption ($-{\Delta}H_{abs}$) between the absorbent and $CO_2$ molecules was measured with a differential reaction calorimeter (DRC) at 298 K. The solubility and heat of absorption were determined at slightly higher than atmospheric pressure. The enthalpies of $CO_2$ absorption in monoethanolamine (MEA), diethanolamine (DEA), triethanolamine (TEA), and 2-amino-2-methyl-1-propanol (AMP) were 88.91, 70.44, 44.72, and 63.95, respectively. This investigation showed that the heat of absorption is directly related to the quantity of heat for absorbent regeneration, and is dependent on amine type and $CO_2$ loading.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제33권11호
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• pp.3749-3754
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• 2012

Nanoporous carbons with a high specific surface area were prepared directly from thermoplastic acrylic resin as carbon precursor and MgO powder as template by carbonization over the temperature range, $500-1000^{\circ}C$. The effect of the carbonization temperature on the pore structure and $CO_2$ adsorption capacity of the obtained porous carbon was examined. The textural properties and morphology of the porous carbon materials were analyzed by $N_2/-196^{\circ}C$ and $CO_2/0^{\circ}C$ adsorption/desorption isotherms, SEM and TEM. The $CO_2$ adsorption capacity of the prepared porous carbon was measured at $25^{\circ}C$ and 1 bar and 30 bar. The specific surface area increased from 237 to $1251m^2/g$, and the total pore volumes increased from 0.242 to $0.763cm^3/g$ with increasing the carbonization temperature. The carbonization temperature acts mainly by generating large narrow micropores and mesopores with an average pore size dependent on the level of carbonization of the MgO-templated nanoporous carbons. The results showed that the MgO-templated nanoporous carbons at $900^{\circ}C$ exhibited the best $CO_2$ adsorption value of 194 mg/g at 1 bar.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2008년도 추계학술대회B
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• pp.3169-3174
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• 2008

Future power plants will be required to adopt some type of carbon capture and storage (CCS) technologies to reduce their CO2 emissions. One of distinguished CCS techniques expected to resolve the green house effect is to apply the oxy-fuel combustion technique to power plant, and a lot of research/demonstration programs have been going on in the world. In this paper, CO2-capturing power plants based on gas turbine and oxy-fuel combustion are investigated over several types of configurations. As a prior step, simulation model for 500 MW-class combined cycle power plant was set and was used as a reference case. The efficiencies of several power plants was compared and the advantages and disadvanteges was investigated.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권3호
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• pp.471-478
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• 2012

이산화탄소 포집 및 저장(CCS) 기반시설은 온실가스 배출량의 획기적인 감축과 관련하여 중요한 역할을 하고 있다. CCS 기반시설에 있어서의 구체적인 과제는 넓은 지역에 다양하게 분포되어 있는 대규모 방출원으로부터 $CO_2$를 포집한 뒤 수송하여 적절한 저장사이트에 주입하는 일련의 과정을 상업적 규모로 실증하는 것이다. CCS 기반시설의 상업적 도입을 위해 기술 경제적 타당성을 분석하는 많은 연구들이 수행되어 왔다. 하지만, 하나의 일관된 분석을 하기 위해 $CO_2$ 배출량, $CO_2$ 감축 비용, 탄소세 등과 같은 다양한 데이터의 불확실성들이 존재한다. CCS 기반시설을 설계 및 운영하는데 있어 이러한 데이터의 불확실성들을 고려한 연구들은 거의 진행되어 오지 않았다. 본 논문에서는 CCS 기반시설을 설계 및 운영하는 데 있어 불확실한 데이터인 CCS 운영비용과 탄소세를 고려한 2 단계 확률론적 계획 모델을 개발 하였다. 제시된 모델은 데이터의 불확실한 환경에도 불구하고 $CO_2$ 감축목표를 만족시키기 위해 $CO_2$ 포집, 저장, 수송 등 CCS 기반시설의 최적 설계 및 운영 전략을 결정할 수 있게 하고, 요구되는 연간 $CO_2$ 총 비용을 예측 가능하게 한다. 또한, 본 연구에서 제안한 모델의 타당성을 평가하기 위해 우리나라의 실제 사례에 적용해 보았다. 이 사례 연구를 통해 얻은 결과는 다양한 불확실한 요소들이 존재하는 환경하에 CCS 기반시설을 설계 및 운영하는 데 있어 최적의 결정을 제시할 것이다.

• 한국재료학회지
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• 제28권7호
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• pp.417-422
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• 2018

The stereotype of flexible MOFs(Amino-MIL-53) and carbonized porous carbon prepared from renewable resources is successfully synthesized for $CO_2$ reduction application. The textural properties of these microporous materials are investigated, and their $CO_2$ storage capacity and separation performance are evaluated. Owing to the combined effects of $CO_2-Amino$ interaction and its flexibility, a $CO_2$ uptake of $2.5mmol\;g^{-1}$ is observed in Amino-MIL-53 at 20 bar 298 K. In contrast, $CH_4$ uptake in Amino-MIL-53 is very low up to 20 bar, implying potential sorbent for $CO_2/CH_4$ 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 $CO_2$ uptake of $4.7mmol\;g^{-1}$ is also observed at 20 bar 298 K. Furthermore, the $CH_4$ storage capacity is $2.9mmol\;g^{-1}$ at 298 K and 20 bar. To evaluate the $CO_2$ separation performance, the selectivity based on ideal adsorption solution theory for $CO_2/CH_4$ binary mixtures on the presented porous materials is investigated.

• 한국기후변화학회지
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• 제8권3호
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• pp.257-264
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• 2017

Carbon capture and storage (CCS) technology has been suggested as an ultimate strategy for mitigating climate change. However, potential leakage of $CO_2$ from the CCS facilities could lead to serious damage to environment. Plants can be a bio-indicator for $CO_2$ leakage as a cost-effective way, although plants' responses vary with plant species. In this study, a greenhouse experiment was conducted to investigate the relation between the $CO_2$ tolerance of corn species and the initial physiological responses to the elevated soil $CO_2$ concentration. Treatment groups included CI (99.99% $CO_2$ gas injection) and BI (no gas injection). Mean soil $CO_2$ concentration for the CI treatment was 19.5~39.4%, and mean $O_2$ concentration was 6.6~18.4%. The soil gas concentrations in the BI treatment were at the ambient levels. In the CI treatment, chlorophyll content was not decreased until the $13^{th}$ day of the $CO_2$ injection. On the $15^{th}$ day, leaf starch content and stomatal conductance were increased by 89% and 25% in the CI treatment compared to the BI treatment, respectively. This might be due to the compensatory reaction of corn to avoid high soil $CO_2$ stress. However, the prolonged $CO_2$ injection decreased chlorophyll content after 13 days. After $CO_2$ injection, plant biomass was reduced by 25% in the CI treatment compared to the BI treatment. Due to the inhibited root growth, leaf phosphorous and potassium contents were decreased by 54% on average in the CI treatment. This study indicates that corn has a high tolerance to soil $CO_2$ concentration of 30% for 2 weeks by its compensatory reactions such as an maintenance of chlorophyll content and an increase in stomatal conductance.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제13권3호
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• pp.187-197
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• 2010

화석연료를 사용하는 발전소 및 제철소 등 대규모 발생원에서 배출되는 $CO_2$를 포집하고 이를 대수층이나 유가스전과 같은 지질학적 구조에 장기간 저장하는 이산화탄소 포집 및 저장기술(Carbon dioxide Capture and Storage, CCS)이 기후변화 대응기술로서 국내외적으로 주목 받고 있다. 이와 같은 CCS 기술을 구현하기 위해서는 포집된 대용량의 $CO_2$ 혼합물을 파이프라인이나 선박 등을 통해 수송하는 과정이 필요하고, 이러한 공정에 대한 기존의 연구는 주로 순수 $CO_2$를 대상으로 하여 진행되어 왔다. 그러나 일반적으로 발전소 및 제철소 등에서 포집된 $CO_2$ 혼합물에는 $N_2$, $O_2$, Ar, $H_2O$, $SO_2$, $H_2S$ 등과 같은 불순물들을 포함하고 있다. 이러한 $CO_2$ 혼합물 내 불순물들은 처리하고자 하는 $CO_2$ 혼합물의 열역학 상태량 등을 변화시킴으로써 압축, 정제, 수송 및 저장 공정들에 커다란 영향을 미칠 수 있다. 본 논문에서는 이러한 불순물 중 황성분이 함유된 $SO_2$가 포함된 $CO_2$ 혼합물의 수송 및 저장 공정을 설계하는데 있어 매우 중요한 $CO_2$ 혼합물의 열역학 거동을 모사하기 위한 상태량 모델들을 비교 분석하였다. 이를 위해 BWRS EOS, PR EOS, PRBM EOS, RKS EOS, SRK EOS 그리고 NRTL-RK 모델과 같은 총 6가지 물리적 상태량 모델을 이용하여 $CO_2-SO_2$ 혼합물의 VLE 거동을 수치계산하고 이를 실험 데이터와 비교하였다. 또한, $CO_2$, $SO_2$와 같은 서로 다른 분자간의 상호작용 효과를 보완하기 위하여 상태량 모델을 이용한 계산결과와 실험결과와의 차이를 정량화하여 각각의 상태량 모델의 예측능력을 계량화 비교분석하였고 이로부터 $CO_2-SO_2$ 혼합물에 대한 최적의 이성분 매개변수 값들을 도출하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제13권1호
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• pp.431-438
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• 2012

아민 수용액을 이용한 이산화탄소 포집기술은 현재 가장 넓게 연구되는 분야이다. 전체 공정은 선택적 이산화탄소 흡수를 위한 흡수탑과 흡수제를 재생하고 고순도 이산화탄소를 얻기 위한 재생탑으로 이루어져있다. 공정 성능에 영향을 미치는 복잡한 설계 변수들이 존재하기 때문에 상업적으로 신뢰할만한 공정을 설계하기 위해서는 모델링을 통한 공정 해석과 최적화가 필요하다. 본 연구에서는 공정의 수렴문제를 고려하여 분해방법을 사용하였고, 아민계 흡수제를 이용하는 이산화탄소 포집 공정의 변수들에 대한 민감도 분석을 수행하였다. 현실적인 설계 결과를 얻기 위해 비평형 모델을 사용하였고 95% 이상의 순도로 90%의 이산화탄소를 회수할 수 있는 최적화된 공정을 설계할 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제57권3호
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• pp.400-407
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• 2019

순산소 순환유동층 연소기술은 기후변화 및 연료 수급 문제들을 해결할 수 있는 기술로 주목 받고 있다. 순산소 순환유동층 연소기술은 배기가스재순환 공정을 통해 이산화탄소를 비교적 쉽게 포집할 수 있으며 대기오염물질 배출도 줄일 수 있는 친환경 연소기술이다. 새롭게 개발된 $100kW_{th}$ 급 순산소 순환유동층 연소 시스템은 연료다변화에 대응하기 위해 다양한 연료들의 순산소연소 특성을 분석하고 있으며, 본 연구에서는 높은 고정탄소 및 회분함량으로 인해 연소성이 낮은 연료로 알려진 무연탄을 활용하여 높은 이산화탄소를 생산하고 연소효율을 향상시키고자 하였다. 그 결과로서, 무연탄 순산소 연소는 아역청탄 공기연소 대비, 연소효율이 2% 향상되었으며 대기오염물질인 $SO_2$, CO, NO은 각각 15%, 60%, 99% 감소하였다. 또한, 안정적인 순산소순환유동층 연소를 통해 배기가스 내 94 vol.% 이상의 $CO_2$ 가 포집될 수 있음을 확인하였다.

• Environmental Engineering Research
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• 제17권2호
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• pp.83-88
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• 2012

Currently, the technology of $CO_2$ capture and storage (CCS) has become the main issue for climate change and global warming. Among CCS technologies, the prediction of $CO_2$ behavior underground is very critical for $CO_2$ storage design, especially for its safety. Hence, the purpose of this paper is to model and simulate $CO_2$ flow and its heat transfer characteristics in a storage site, for more accurate evaluation of the safety for $CO_2$ storage process. In the present study, as part of the storage design, a micro pore-scale model was developed to mimic real porous structure, and computational fluid dynamics was applied to calculate the $CO_2$ flow and thermal fields in the micro pore-scale porous structure. Three different configurations of 3-dimensional (3D) micro-pore structures were developed, and compared. In particular, the technique of assigning random pore size in 3D porous media was considered. For the computation, physical conditions such as temperature and pressure were set up, equivalent to the underground condition at which the $CO_2$ fluid was injected. From the results, the characteristics of the flow and thermal fields of $CO_2$ were scrutinized, and the influence of the configuration of the micro-pore structure on the flow and scalar transport was investigated.