정상 온도 및 압력에서 사전 처리된 해수 용액을 이용한 이산화탄소 활용

Carbon dioxide utilization using a pretreated brine solution at normal temperature and pressure

DW Kang, HY Jo, MG Lee, JW Park. (2016). Carbon dioxide utilization using a pretreated brine solution at normal temperature and pressure. Chemical Enginnering Jounal, 284, 1270-1278

지구 온난화의 주범중 하나인 이산화탄소를 줄이기 위해서 사람들은 많은 노력을 해왔다.

최근은 CCS( Carbon Dioxide Storage) 기술을 사용하여 이산화탄소를 심해 및 땅속에 뭍어둔다.

하지만 CCS기술은 누출의 염려, 주변 토양, 물 산성화 등의 문제가 있다. 이를 보안한 CCU기술이 주목을 받고 있다.

CCU 기술은 Carbon Dioxide Capture 공정으로 이산화탄소를 여러가지 방법으로 흡수하여 활용하는 방법이다.

그 중 이 논문은 이산화 탄소를 흡수제로 흡수한 다음 사전 처리된 해수를 이용하여 무기탄산화 시켜 저장을 하고, 건축 자제로 이용하는 방법을 연구하였다.

이 논문에서 실험은 흡수->탄산화->탈거->재사용의 과정을 설계하였다.

먼저, 주입되는 가스의 농도를 CO2와 N2를 이용하여 일반 공정의 CO2농도와 비슷하게 15vol%로 맞춰준다.

그리고 고순도N2를 이용하여 퍼징하여 불순 기체를 제거한 후, 위에서 설정한 속도로 가스를 흡수제에 용액이 포화할 때까지 주입한다. 이 때 흡수제는 Monoethanol Amine(MEA)이 30wt%, 10wt%, 5wt%로 설정되어 사용되었다.

세번째로, Pretreated Brine을 투입하여 Brine 속의 Metal Cation들이 이산화탄소와 결합하여 Carbonate Salt를 만들도록 유도한다.

마지막으로, 생성된 Carbonate Salt는 여과하여 걸러낸 후, 남은 용액을 고온을 가해주어 흡수제에 남아있는CO2를 제거해주어 위 공정에 재사용 한다.

결과적으로 Calcium Carbonate Salt가 메인으로 생산되며, Magnesium Carbonate Salt도 생성이 된다.

Pretreated Bine Solution은 21972.64 ppm의 Calcium ion을 포함하고 있으며,

30wt% MEA는 24.65%수율, 10wt% MEA는 36.96%, 5wt% MEA는 41.65%의 수율이 나온다.

이 공정은 CCS의 보관 문제와, CCUS의 유기적 사용의 메탄화 과정에서 추가적으로 에너지가 더 필요한 문제를 해결할 수 있다. Metal Carbonate과정은 자발적으로 일어나 추가적으로 에너지를 줄 필요가 없으며, 흡수제도 재사용이 가능하기 때문에 매우 효율적인 공정으로 생각할 수 있다.