• 한국산학기술학회논문지
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• 제16권12호
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• pp.8870-8878
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• 2015

이산화탄소 포집 및 저장기술(Carbon Capture&Storage, CCS)은 대규모 배출원으로부터 이산화탄소를 포집하여 지중의 안전한 지질구조에 수천년 이상 안정적으로 저장하는 기술이다. 포집된 이산화탄소에는 필연적으로 불순물이 포함되어있으며, 특히 연소과정에 투입되는 공기를 구성하는 대표적인 물질들인 질소, 산소, 아르곤 등이 유입될 수 있다. 이러한 불순물들은 포집 이후의 전체 공정에 다양한 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 이산화탄소 혼합물의 관내유동에 다양한 불순물이 미치는 영향을 평가할 수 있는 실험 장치를 설계 및 제작하였으며 특히 이산화탄소 혼합물의 관내유동에 있어 아르곤 불순물이 미치는 영향을 평가하였다. 즉, 이산화탄소-아르곤 혼합물 2상유동의 압력강하와 유동양식을 실험적으로 분석하였으며, 이를 다양한 압력강하 모델 및 상관식과 비교하여 추후 이산화탄소 혼합물 관련 공정 설계 시 참고할 수 있는 기초 데이터를 제시하고자 하였다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제13권1호
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• pp.18-29
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• 2010

기후온난화에 대처하기 위한 방안 중, $CO_2$ 해양지중저장은 성공가능성이 높은 수단중의 하나로써 각광받고 있다. $CO_2$ 해양지중저장은 대량 발생원으로부터 $CO_2$를 포집하여 저장지로 수송한 후, 가스 저장층 이나 염대수층 등과 같은 해저 지질구조 내에 $CO_2$를 저장하는 공정 전체를 아울러 지칭한다. 우리는 2005년부터 $CO_2$ 해양지중저장 관련 기술들을 개발해왔으며, 주요 기술 개발 분야에는 $CO_2$ 저장후보지 탐색과 $CO_2$ 수송 및 저장 공정을 위한 기본 설계가 포함된다. 신뢰성 있는 $CO_2$ 해양지중저장 시스템설계를 위해, 가상시나리오를 개발하였으며 수치해석 프로그램을 이용하여 전체공정을 분석하였다. $CO_2$ 포집원으로 부터 주입저장지로 $CO_2$를 수송하는 공정은 열역학 상태방정식으로 모사 가능하다. 본격적인 설계공정에 대한 수치해석을 수행하기에 앞서 관련 열역학 상태방정식들을 비교 및 분석하였다. 분석된 상태방정식들의 정확도를 평가하기 위해 참조문헌의 실험데이터와 수치계산결과를 비교하였다. 현재까지 진행된 $CO_2$ 해양지중저장 공정설계는 주로 순수한 $CO_2$를 대상으로 하였다. 하지만 포집된 $CO_2$ 혼합물은 질소, 산소, 아르곤, 물, 황화수소 등의 불순물을 포함하고 있다. 작은 양의 불순물이 포함될 시에도 열역학적 물성치가 바뀔 뿐 만 아니라, 압축, 정제, 수송 공정 전체에 막대한 영향을 미치게 되므로 간과되어서는 안 된다. 본 논문에서는 해상 및 육상 $CO_2$ 수송에 영향을 미치는 주요 설계 인자들을 분석하였으며, 가상 시나리오의 매개변수에 관한 연구를 수행한 다음, 유량, 직경, 온도, 압력 등의 설계 인자들의 변화 범위를 제시하고자 하였다.

• 에너지공학
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• 제13권3호
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• pp.219-227
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• 2004

본 연구에서는 기후변화에 따른 온실가스 감축을 위해 추진되고 있는 이산화탄소 저감 및 처리기술개발의 성과제고를 위해 개발기술들을 대상으로 기술개발 동향 및 향후 발생될 여러 가지 영향요인(impact factor)을 발굴하여 분석하였다. 이를 위해 평점법(Scoring Models Method, SMM)과 분석적계층과정(Analytic Hierarchy Process, AHP)을 이용하여 $CO_2$저감 및 처리기술에 대한 분석을 수행하였으며 평가요인별 중요도의 계량적 제시와 함께 각각의 기술들에 대한 평가요인별 우선순위를 제시하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제55권6호
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• pp.846-853
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• 2017

순환유동층 모사장치와 $30kW_{th}$급 파일럿 연소기를 활용하여 슬러지 순산소 유동층 연소특성을 살펴보았다. 순환유동층 모사실험에서 최소유동화속도($U_{mf}$)는 0.120 m/s로 계산되었고, 고속유동화를 위한 공탑속도는 2.5 m/s 이상으로 결정되었다. 파일럿 연소실험에서는 일반공기 및 21~40% 순산소 연소실험이 수행되었다. 배출가스 온도의 경우 21~25% 순산소 연소가 일반공기 및 30% 이상의 순산소 연소보다 상대적으로 높았다. 또한, 배출가스 중 $CO_2$ 배출농도가 21~25% 순산소 연소 범위에서 80% 이상으로 나타났다. 이를 고려한 전반적인 연소특성을 살펴 보았을 때 25% 순산소 연소가 본 슬러지 연료 연소에 대한 장시간 운전에 있어 보다 적합한 것으로 사료된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제52권5호
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• pp.574-580
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• 2014

이산화탄소($CO_2$) 포집 및 지중저장을 위한 $CO_2$ 수송선용 저장탱크는 액체 $CO_2$와 직접적으로 접촉할 경우 발생할 수 있는 물리적/열적 탱크 손상을 방지하기 위해 화물 선적 단계 이전에 예냉과정을 거쳐야 한다. 본 연구에서는 예냉을 위해 주입되는 저온 $CO_2$ 기체의 탱크 유입량을 계산하기 위해 $CO_2$ 저장탱크 예냉과정의 수학적 모델 식을 제안하였다. 또한 비례-적분(proportional-integral: PI) 제어를 통해 공정을 제어하는 동적 모사 결과를 제시하였다. 이 때 제어 변수를 탱크 내 온도 또는 압력으로 선정한 두 가지 사례를 모사하였으며 그러한 결정이 $CO_2$ 저장탱크의 예냉과정에 미치는 영향을 해석하였다. 결과적으로 예냉과정의 PI제어에는 탱크 내 온도를 제어하는 것보다 압력을 제어하는 우회적인 방식을 택할 때 수학적 모델의 비선형성과 특이점 발생으로 인한 불안정성을 피할 수 있으므로 더 안정된 결과가 도출됨을 보였다.

• 자원환경지질
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• 제53권4호
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• pp.491-504
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• 2020

지속적인 기후변화와 지구온난화로 인해 2015년 12월 프랑스 파리에서 열린 제21차 유엔기후변화협약(UNFCCC) 당사국총회(COP21)에서 모든 당사국(195개국)이 온실가스 감축에 참여하는 파리협정이 체결됨에 따라 전 세계적으로 온실가스 감축에 대한 다양한 기술이 거론되고 있으며, 그 중에 CO₂를 감축시키는 것이 가장 효율적이라고 분석 되었다. 이에 따라 CO₂ 포집/저장/활용 기술(CCUS)은 CO₂ 감축의 실질적인 기여를 할 수 있는 수단으로 주목받았으며, CCUS기술 분야에 대해서 많은 국가들의 연구개발 활동이 활발히 이루어지고 있다. 따라서 본 연구에서는 이산화탄소 포집/저장/활용과 관련된 기술의 특허 동향 분석을 통해 CCUS 연구개발 및 전략적 지원방안 수립에 근거를 제시하고자 한다. 특허 분석은 미국, 한국, 일본, 유럽, 중국의 특허를 검색하여 총 10,137건을 수집하였고, 국가별 특허분석 결과 미국의 수가 가장 많았다. 기술별 분석에 따르면 포집에 관한 기술이 60%로 높았지만, 최근에는 활용에 관한 기술이 점점 증가하고 있는 것으로 나타난 만큼 이에 대한 기술 실증과 연구개발 및 정책적 지원이 지속적으로 이루어져야 될 것으로 보인다.

• 한국결정성장학회지
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• 제34권2호
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• pp.66-72
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• 2024

본 연구에서는 탈황석고(DG)에 이산화탄소를 반응시켜 제조한 탄산화물(CCMs)을 콘크리트 2차 제품의 시멘트 대체재로서 적용 가능성을 평가하고 최적 배합비 도출을 위한 탄산화물 혼입 모르타르 및 콘크리트 시편의 기초 물성 측정을 실시하였다. 탄산화물은 다량의 CaO 및 SO₃로 이루어져 있으며, 주요 결정상은 CaSO₄·2H₂O, Ca(OH)₂, CaCO₃ 및 CaSO₄로 나타났다. 또한 입도 분석 및 폐기물공정시험기준에 따른 중금속 측정 결과 콘크리트 2차 제품의 시멘트 대체재로서 탄산화물의 적용 가능성이 확인되었다. 모르타르 및 콘크리트 공시체 제작 후 강도 거동 측정 결과 탄산화물 혼입량이 증가할수록 강도가 감소하는 경향을 나타내었으나 최적 배합인 치환 비율 10 wt.% 배합까지 대상 제품인 인터로킹 블록 및 옹벽 블록의 기준에서 요구하는 모든 조건을 만족하였다. 따라서 콘크리트 2차 제품의 시멘트 대체재로서 적용 가능성이 확인되었다.

• 청정기술
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• 제20권1호
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• pp.1-6
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• 2014

화석연료로부터 에너지를 얻을 때, 연소반응에 의해 이산화탄소가 생성되어 진다. 이렇게 이산화탄소의 배출이 늘어나게 되면 지구온난화 문제가 더욱 심각해지게 된다. 따라서 이를 방지하기 위한 이산화탄소 포집 및 저장기술(carbon capture and storage, CCS) 개발이 요구되고 있다. 하지만 액화 이산화탄소를 수송 시 여러 문제로 인해 지속적으로 BOG (boil-off gas)가 발생하게 된다. 본 연구에서는 $40m^3$저장 탱크 2대에 액화 이산화탄소를 주입하여 압력변화 및 외부열과 선적, 하역 시 발생하는 BOG의 양과 조성을 30일 간 측정하였다. 측정한 결과 16,040 kg의 BOG가 발생하였으며, 조성은 $CO_2$ 99.95%, $N_2$ 0.05%인 것을 알 수 있었다. 또한 상용성 모사기인 PRO/II with PROVISION 9.2를 이용하여 발생한 BOG를 증기 재압축 냉동사이클을 통해 재액화 하는 전산모사를 수행하였다. 그 결과 냉동사이클의 총 순환유량은 42.07 kg/h, 응축기 설비의 소모량은 48.85 kg/h가 나오는 것을 알 수 있었다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제15권2호
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• pp.67-75
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• 2012

이산화탄소 포집 및 저장기술(Carbon Capture and Storage, CCS)은 발전소, 제철소 등의 대량의 배출원으로부터 포집된 이산화탄소를 압축공정, 정제공정, 수송공정을 거친 후, 지중의 안전한 지질구조 내에 수백, 수천년 이상 안정적으로 저장하는 기술이다. CCS 공정 중 이산화탄소에는 이산화탄소를 발생시키는 연소공정이나 포집 경제되는 공정에서 유입되는 불순물이 섞임으로서 혼합물을 이루게 된다. 혼합물의 성분으로는 대표적으로 $SO_2$, $H_2O$, CO, $N_2$, Ar, $O_2$, $H_2$ 등이 있으며 위 공정들에서 이산화탄소 혼합물에 포함된 불순물들은 전 공정에 영향을 미치게 된다. 본연구에서는 이산화탄소 혼합물 내 다양한 불순물이 수송공정에 미치는 영향을 실험적으로 평가할 수 있도록 혼합물이송공정 모의실험장치를 설계 제작하였으며 이산화탄소 혼합물의 이송공정에 질소불순물이 미치는 영향을 실험적으로 평가하였다. 각 실험조건 마다 증가율의 차이는 있으나 $N_2$비율이 증가할수록 $CO_2-N_2$ 혼합물의 질량유량당 압력강하량 및 비체적이 증가하는 경향을 보였다. 120 bar 및 100 bar 실험조건에서는 혼합물의 상태가 단상 초임계상태이었으며 $N_2$ 조성비 증가에 따른 비체적 및 질량유량당 압력강하 기울기가 크게 변하지 않음을 확인하였다. 70 bar 실험조건에서는 액상, 이상, 기상으로 혼합물의 상이 바뀌었으며 각 상에 따라 질량유량당 압력강하 및 비체적의 기울기가 달라짐을 확인하였다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제16권1호
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• pp.9-16
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• 2013

해수 중 용존 이산화탄소 농도 증가가 두토막눈썹참갯지렁이(Perinereis aibuhitensis)의 세포내 에너지 할당(CEA, cellular energy allocation)에 미치는 영향을 알아보고자 0.39(대조구=390 ppmv), 3.03 (=3,030 ppmv), 10.3 (=10,300 ppmv), 그리고 30.1 (=30,100 ppmv) mM의 이산화탄소 농도를 갖는 해수에 청충을 7일간 노출하여 세포 에너지와 세포 전자전달체계(ETS, electro transport system) 활성을 분석하였다. 실험생물의 지질, 당질, 그리고 단백질 함량과 ETS로부터 에너지 소비율을 계산하여 CEA를 산출한 결과 이산화탄소 농도가 증가함에 따라 CEA가 감소하였다. 지질의 경우 이산화탄소 농도가 증가 할수록 지질함량도 증가하였으며, 당질은 이산화탄소 농도가 3.03 mM인 실험구에서 가장 낮고 10.3 mM인 실험구에서 일부 증가하였으나 가장 높은 농도에서는 다시 감소하는 경향을 보였다. 단백질은 이산화탄소 농도가 3.03 mM인 실험구에서는 영향이 없었지만, 10.3 mM 이상의 농도에서부터 유의한 수준의 CEA 감소가 나타났다. 에너지 소비율은 이산화탄소 최고 농도에서만 유의한 증가 현상이 나타났지만, CEA는 대조구와 비교해 3.03 mM의 실험구부터 감소하였다. 이산화탄소는 해수중 pH를 낮추어 시험생물에 스트레스를 증가시키고, 세포내 에너지 할당변화에 영향을 미친 것으로 판단된다. 해산 갯지렁이를 이용한 CEA 평가결과는 대기 중 이산화탄소의 증가 또는 이산화탄소 저감을 위해 추진되고 있는 해양 지중저장사업 과정에서 누출된 이산화탄소의 해양생태계 위해성을 예측하는 자료로 이용될 수 있을 것으로 판단된다.