CO₂ Sequestration Characteristics and Sequestration Mechanism by PCC and non-PCC on Indirect Mineral Carbonation Reaction

간접광물탄산화 반응 중 PCC와 non-PCC에 의한 CO₂ 저감특성 및 CO₂ 저감 메커니즘

As the global $CO_2$ sequestration problem and necessity arise, mineral carbonation using industrial byproducts, which is one of the more efficient $CO_2$ reduction technologies, is actively being studied. This study presents a $CO_2$ fixation model for the results of lab-scale mineral carbonation experiments using waste concrete and was conducted for the purpose of deriving $CO_2$ fixation mechanism. The amount of $CO_2$ fixation was 0.039 mol, 0.017 mol, 0.008 mol per the number of pH swing, and the amount of PCC (Precipitated calcium carbonate) was 0.019 mol, 0.004 mol, and 0.0003 mol per the number of pH swing, respectively, as a result of mineral carbonation experiments according to the number of reuse of waste concrete. Respectively. In order to understand the characteristics of $CO_2$ reduction by mineral carbonation, the first inflection point, the second inflection point, and the last inflection point, which occur during mineral carbonation reaction, are defined and their characteristics are analyzed. $CO_2$ fixation model is presented. $CO_2$ fixation model is separated into PCC section where $CO_2$ is removed as calcium carbonate and non-PCC section where $CO_2$ is reduced as a carbonate form of aqueous phase. In order to characterize the $CO_2$ reduction by non-PCC, a regression linear equation for the relation between the NaOH concentration and the $CO_2$ fixation was derived and applied to the mineral carbonation analysis using waste concrete. The calculated amount of $CO_2$ fixation from non-PCC were 0.373 mol, 0.087 mol, and 0.027 mol, respectively, in the pH adjusting contactor reuse frequency, which is 3 to 10 times higher than the total $CO_2$ fixation. It is considered that there are additional factors, not simply $CO_2$ fixation by NaOH concentration from pH, and further studies are needed to identify and analyze the influence factors on the amount of $CO_2$ fixation from non-PCC.

전세계적으로 $CO_2$ 저감 문제와 필요성이 대두되면서 보다 효율적인 $CO_2$ 저감기술 중 하나인 산업부산물을 이용한 광물탄산화에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구는 폐콘크리트를 이용한 Lab-scale 광물탄산화 실험결과에 대한 $CO_2$ 저감특성 모델을 제시하고 $CO_2$의 저감 메카니즘을 도출하기 위한 목적으로 실시되었다. 폐콘크리트를 적용한 pH 조정조 재이용 횟수에 따른 광물탄산화 실험결과 $CO_2$ 고정량은 횟수별로 0.039 mol, 0.017 mol, 0.008 mol이었으며 탄산칼슘인 PCC(Precipitated calcium carbonate) 생성량은 횟수별로 0.019 mol, 0.004 mol, 0.0003 mol이었다. 광물탄산화에 의한 $CO_2$ 저감특성을 파악하기 위하여 광물탄산화 반응추이 중 발생하는 첫 번째 변곡점, 두 번째 변곡점, 그리고 최종 $CO_2$ 포화점인 마지막 변곡점을 정의하고 그 특징을 파악하여 탄산칼슘 합성에 의한 PCC(Precipitated calcium carbonate)로서 $CO_2$가 적용되는 PCC구간(PCC section)과 수용액상의 탄산염 형태로 $CO_2$가 저감되는 non-PCC 구간으로 구분하여 PCC와 non-PCC에 의한 $CO_2$ 저감 모델을 제시하였다. Non-PCC에 의한 $CO_2$ 저감특성 파악을 위하여 NaOH 농도와 $CO_2$ 고정량의 관계에 대한 회귀직선식을 도출하여 폐콘크리트를 이용한 광물탄산화 해석에 적용하였고 산출된 non-PCC에 의한 $CO_2$ 고정량은 pH 조정조 재이용 횟수별로 0.373 mol, 0.087 mol, 0.027 mol로 총 $CO_2$ 고정량에 비하여 3~10배 높은 값을 나타내었다. 단순히 pH를 이용한 NaOH농도에 의한 $CO_2$ 고정이 아닌 추가적인 요인들이 있을 것으로 판단되며 non-PCC에 의한 $CO_2$ 고정량에 미치는 영향인자의 파악 및 해석을 목적으로 하는 연구가 추가적으로 필요할 것으로 판단된다.