CO2 광물화 공정의 새로운 분류와 경제성 평가

New classification of CO2 mineralization processes and economic evaluation
Pavan KumarNaraharisetti, Tze Yuen, YeoJieBu (2019) Renewable and Sustainable Energy Reviews, 99

I. Introduction
direct carbonation – 에너지가 압력, 열로 투입되고, 광석이 CO2와 바로 반응하는 것
indirect carbonation – 화학물질로 광물을 Acid Leaching하거나 CO2 포집하는 것
1ton CO2 mineralization할라면 3~4ton의 mineral ore가 필요
product 가격이 중요하긴 하다만, 연간 40ton중 1/5만 탄산화 해도 그만큼의 수요가 없기에 필요 없음
또한 이 부분에서 알 수 있듯이 공급이 과하게 넘치기에 남은 광물들은 매장, 바다에 버림 등 처리를 해야 됨
-> 이처럼 처리 시 다시 CO2로 돌아갈 확률이 매우 높을 것으로 추측(high pressure)

II. Literature review
1. 1990이전 논문
serpentine->forsterite에서 Mg Acid로 추출. MgO 부생산물
Ca/Mg carbonation하는 것. + (CaO와 CO2 즉각반응, MgO와 CO2는 느린반응)
waste와 광물들에서 유용한 carbonation 방법 찾음

그룹 나눔
1) Mineral carbonation + pH-Swing
 (1) 원료
  대부분 무기산 사용. 일부만 유기산. 유기산의 영향은 추후 제시 예정
  에너지, 화학적 input에 대한 명확한 이해X
  + 경제적 분석
  최근은 광물, fly ash, 철강 Slag, 콘크리트waste, mineral processing facilities waste에서 source얻어옴
  광물에서 점점 waste를 사용하여 carbonation하는 연구 증가중
  -> Nature 광물 집중, 다른 연구들 waste 집중. 어느것이 더 효율적?

 (2) 재사용 및 활성화
  연속공정을 위해서 꼭 필요.
  3상 시스템 연구 위한 Reactor개발됨
  기계적 활성화가 olivine 분쇄하는것보다 좋음
  serpentine광물 특성의 영향 연구

  (3) 광석 내 금속의 ratio의 영향
  magnesium/ammonium sulphate + water 연구
  대기의 ultramafic milling 쓰레기의 CO2 포집의 매커니즘 연구
  각종 암석 및 암석폐기물(음파사용) Leaching하여 분석 + carbonation
  각종 암석 및 암석폐기물(음파사용) 자력으로 분리
  waste slate, basalt 등 각종 암석 carbonation 연구
  아세트산, Formic산, lactic산 중 Formic 이 제일 잘녹임
  sunnic acid, adipic acid, oxalic acid 등등 유기산은 mineralization 실패
  ->유기산은 불가능함

III. mineralization 분류
무기화학물질 사용
화학물질에 따라 분류
공정에는 각각 최소 3가지 이상의 input이 필요
1. 분류
1) 그룹 A
압력과 온도로 광물 direct carbonation
일부 화학물질로 광물 녹이는거 촉진 or CO2 운반체로 사용

2) 그룹 B
Leaching으로 광물 녹임 + 염기로 CO2운반
낮은 온도 1atm의 전기로 재생

3) 그룹 C
산과 salt로 CO2 운반
재생제로 재생
300°C에서 550°C 1atm

4) 그룹 D
ammonium (bi)sulphate로 leaching
한 개 1atm, 한 개 35bar

5) 그룹 E
acid만 사용해서 leaching
carbonation을 고압
중간체는 고온에서 가수분해되어 산 재생

6)그룹 F
RTP. Leaching에 buffer or bacteria사용
pH swing or methanogenic로 Carbonation
Source fly ash
매우 느림
전망 - 너무 느려서 공정에 부적합

2. input 분석
전기 비효율적. 열에너지 사용이 효율적
->1,3 사용시 추가 발전소 건설 등 비용문제도 발생
1) Electricity based process (Group B)
2) Heat based process (Group C)
3) Electricity and Heat based processes (Groups A, D & E)

3. 열에너지 사용 화학작용 분석
각각의 Step은 각각의 Reactor가 필요함. Step이 단순할수록 비용 적게 든다고 생각
but mineralization은 다름->에너지 효율이 CO2 avoid에 직접영향->Capital비용(CapEx)에 영향 큼

IV. Integrated preliminary economic analysis and design (iPEAD) 방법
자체 개발 비용 계산 소프트웨어
각종 변수들 합리적으로 계산

V. 메모
Abstract tip - 화학적 발열과 잔열 사용할 것
wollastonite Ca다량 함유, 다른 금속 거의 없음. 결정이 약해서 분해도 쉬움 경제적으로도 이득이며 공정에 적합
경제성 분석 논문. 경제성 분석을 통해 공정 도입에 적절한 방법을 찾고 연구 방향을 제시할것으로 기대하여 선정
But DAC만 다루고 carbonization 범위가 매우 좁아(DAC만 분석) 이 논문으로만 파악 가능한지 의문.
하지만 Source는 wollastonite를 사용한 연구쪽으로 방향을 잡으면 좋을 듯?