상온,상압 환경에서 산업용 폐수를 이용한 탄소포집 및 활용

Carbon capture and utilization using industrial wastewater under ambient conditions

DW Kang, MG Lee, HY Jo, YS Yoo, SY Lee, JW Park(2017).Carbon capture and utilization using industrial wastewater under ambient conditions.Chemical Enginnering Jounal, 308, 1073-1080

지구온난화는 심각한 환경문제로 대두되고 있다. 지구온난화는 가뭄, 홍수 등 여러 문제를 일으킨다. 이산화탄소는 지구온난화를 일으키는 온실가스 중 주 원인이다.

이 논문은 산업에서 배출되는 배기가스의 이산화 탄소를 산업폐수로 Carbonate Salt로 만든 후 활용하는 것이 목적이다.

이 논문의 세부내용은 위와같다. 폐수는 소금제조 공장에서 나오며 21285.737 ppm의 Calcium ion을 포함하고 있어 이는 metal carbonate salt를 만들기 매우 좋은 물질이다. 흡수제는 Monoethanolamine(MEA), diethanolamine (DEA), and methyl-diethanolamine(MDEA)가 30wt%씩 사용되었으며, 각각 0.4193, 0.3967, and 0.2814 (mol CO2/mol amine)을 흡수하였다.

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 MEA, DEA, MDEA가 30wt%씩 설정되어 사용되었다.

세번째로, 산업폐수를 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.

MEA는 40.42%, DEA는 43.46%, MDEA는 29,18%의 수율을 보여줬다.

이 공정은 폐수처리와 배기가스의 이산화탄소 처리를 한번에 해결할 수 있는 공정을 고안해내었다. 또한 CO2를 활용하여 추가적인 에너지 필요 없이 실용적인 물질을 생산해 낼 수 있으며, 흡수재를 재사용할 수 있어 큰 장점을 가지고 있다.