이산화탄소의 광물고정화 효율 향상을 위한 광물의 전처리에 관한 연구

Abstract

대기 중 온실가스의 농도는 최근에 급격히 증가하여 지구온난화와 기후의 변화를 가져 왔고 그 피해도 속출하고 있다. 이로 인하여 최근 환경문제가 관심의 대상이 되었으며, 특히 지구 온난화에 관련된 다양한 온실가스 중 그 양이 전체 온실가스 배출량의 80%이상 차지하고 있는 이산화탄소의 배출 감소에 많은 관심이 집중되고 있다. 이산화탄소의 포집 및 저장 방법은 다양하게 연구 되고 있지만 본 논문에서는 포집된 이산화탄소의 저장 방법 중에 하나인 이산화탄소 광물고정화에 대해 다루었다. 이산화탄소의 광물고정화는 자연계의 풍화 작용을 모사한 것으로 매우 안정한 반응이지만 반응 속도가 매우 느리다. 이러한 반응 속도 증가를 위하여 광물의 전처리가 필요하다. 이산화탄소 광물고정화 속도 증가를 위한 두 가지의 전처리 방법을 소개하고 고정화 효율 증가를 확인하였다. 열적전처리에 관한 내용은 이준수의 논문을 참고하여 설명하였다. 열적전처리는 630℃에서 행해지는 데, 이는 이산화탄소가 고정화 되는 것을 방해 하는 사문석 분자내의 -OH기의 제거한다. 본 연구에서는 화학적전처리를 통해 열적전처리에서의 한계점을 극복하는 데에 초점을 맞췄다. 화학적전처리는 사문석 내의 주요 광물고정화 성분인 마그네슘 성분을 75℃의 추출 온도에서 황산을 이용하여 추출해 내는 것이다. 황산의 수소이온이 사문석내의 결합을 약화시켜 마그네슘이 추출되도록 한다. 이는 ICP-AES와 XRF를 통하여 추출량을 확인 하였다. 전처리가 끝난 사문석을 이용하여 이산화탄소 광물고정화 반응을 진행시키는데 이는 연구실에 보유하고 있는 500cc의 batch 타입의 반응기를 사용하였다. 최대 340atm, 250℃의 조건까지 조절가능하다. 이러한 반응기를 통해 전처리한 사문석에 이산화탄소를 고정화 시키면 열적전처리의 경우 43%의 고정화 효율을 나타내는데, 전처리를 하지 않았을 때 27%의 효율에 비하여 증가하였음을 확인하였다. 하지만 이 경우 많은 에너지가 소비된다는 단점이 있다. 화학적 전처리의 경우 열적전처리에 비해 45atm, 25℃라는 비교적 온화한 조건에서 진행 되는데, 이산화탄소 고정화 효율도 전처리 전인 24%에서 42%까지 상승하는 것을 확인 할 수 있다. Ash와 Slag는 사문석에 비해 알칼리토금속의 함유량은 적으나 산업용폐기물의 재활용적인 측면에서 이산화탄소 고정화 가능성을 확인해 보았다. 열적전처리를 사용하여 이산화탄소 고정화를 시킨 경우 ash나 slag 모두 그 가능성이 적었지만 화학적전처리의 경우에는 고정화 효율이 높아 그 가능성을 확인 할 수 있었다.