• 한국가스학회지
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• 제27권3호
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• pp.59-71
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• 2023

온실가스 감축과 탄소 중립의 실현을 위해서 탄소의 포집, 저장(carbon capture, and storage, CCS) 기술은 매우 중요하다. CCS는 CO₂ 저장을 중점적으로 함으로써, 포획된 CO₂를 지하 저류층 내부에 영구적으로 보관하는 역할을 한다. CO₂--EOR(enhanced oil recovery)은 CCS의 한 형태로, 오일 회수 촉진을 위해 CO₂를 지하 내부로 주입시켜 잔류 오일 회수에 도움을 줄 뿐만 아니라 CO₂가 지하에 저장되어 탄소 중립에도 기여하는 기술이다. 이 CO₂-EOR은 혼화공법과 비혼화공법으로 분류하며 혼화공법의 대표적인 방식인 CO₂-WAG(water alternating gas)는 물과 CO₂를 저류층 내부에 교대로 주입하여 오일을 생산하고 CO₂를 저장하는 공법이다. WAG 방식은 주입 유체의 돌파를 조절할 수 있어 오일 회수에 유리한 특징을 보이며, 흡입과 배출 과정 중에 상대투과도의 이력현상을 유도해 CO₂의 잔류 격리량을 확대할 수 있다. 본 연구에서는 CO₂-EOR 과정에서의 석유회수증진 효과와 CO₂가 지중에 저장되는 메커니즘을 설명하였으며, CCS와 연계한 CO₂-EOR 적용 사례를 소개하였다.

• 에너지공학
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• 제27권4호
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• pp.80-85
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• 2018

'사용 가능한 흡착량(usable capacity)'은 (굴뚝의)배가스로부터 나오는 $CO_2$를 포집하기 위해 사용되는 흡착제의 성능 평가에 가장 중요하게 여겨지는 매개 변수 중 하나이다. 특히, PSA(압력차 흡착법) 공정에서 '사용 가능한 흡착량'은 고압 (약 20 bar) 배가스에 흡착 양과 낮은 퍼지(purge) 압력 (약 2 bar) 흡착양 사이의 차이로 계산된다. 최근 PSA 공정에 활용 가능한 흡착제로 비표면적이 매우 높은 금속-유기 골격체(MOF)에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 따라서 본 논문에서는 대표적인 두 가지 성질(유연 구조화 MOF (MIL-53) 및 강한 결합 부위를 갖는 MOF (MOF-74))을 포함하고 있는 금속-유기 골격체(MOF)를 활용하여 $CO_2$ 포집 성능을 평가 하였다. 20 bar에서의 최대 흡착량은 MOF-74이 MIL-53보다 약 65%이상 높았으나, '사용 가능한 흡착량(usable capacity)'을 계산해 보면, MIL-53이 약 50% 이상 높음을 보여주었다.

• 멤브레인
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• 제33권6호
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• pp.344-351
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• 2023

본 연구에서는 중공사형 이산화탄소 분리막 모듈을 사용하여 수소개질기 배가스로부터 이산화탄소 포집을 목적으로 한 분리막 공정 최적화 연구를 진행하였다. 랩스케일의 소형 분리막 모듈을 사용하여 혼합기체를 대상으로 이산화탄소 순도 90% 및 회수율 90%을 달성하는 2단 공정 조건을 도출하였다. 막 면적이 정해진 모듈의 분리막 공정에서는 스테이지-컷, 주입부 및 투과부 압력에 따라서 포집 순도 및 회수율이 모두 다르게 나타나기 때문에 운전 조건에 대한 최적화가 필수적이다. 본 연구에서는 다양한 운전 조건에서 1단 분리막에서 보이는 공정 포집 효율의 한계를 확인하고, 높은 순도와 회수율을 동시에 달성하기 위한 2단 회수 공정을 최적화하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.220.1-220.1
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• 2011

In recent years, the importance of Carbon Capture and Storage (hereafter CCS) is growing bigger and bigger. The development and commercialization of CCS technology are concerned for reducing carbon dioxide($CO_2$) emissions. For the most studies, the technology of $CO_2$ storage is known as the geological storage, ocean sequestration, mineral carbonation, industrial utilization, and so on. The geological storage is adjudged the most reasonable technology from economic and environmental aspects. Generally, the $CO_2$ geological storage is comprised of compression - transportation - drilling/injection - storage/management process. The critical problem is a leakage of $CO_2$ in all process. For resolving a leakage problem, it is necessary to predict and build a monitoring system. Those systems are proved safety of a leakage and received positive social perceptions of $CO_2$ geological storage. For those reasons, a risk assessment of $CO_2$ geological storage is required. A risk assessment is an estimated process of the possible effects when spilling $CO_2$. Although numerous studies of risk assessment have studied, it is incomplete to evaluate a risk and disaster quantitatively. The risk assessment will be developed for domestic application and safe $CO_2$ geological storage considering characteristics of Korea.

• 한국해양공학회지
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• 제37권2호
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• pp.58-67
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• 2023

While extensive research is being conducted to reduce greenhouse gases in industrial fields, the International Maritime Organization (IMO) has implemented regulations to actively reduce CO₂ emissions from ships, such as energy efficiency design index (EEDI), energy efficiency existing ship index (EEXI), energy efficiency operational indicator (EEOI), and carbon intensity indicator (CII). These regulations play an important role for the design and operation of ships. However, the calculation of the index and indicator might be complex depending on the types and size of the ship. Here, to calculate the EEDI of two target vessels, first, the ships were set as Deadweight (DWT) 50K container and 300K very large crude-oil carrier (VLCC) considering the type and size of those ships along with the engine types and power. Equations and parameters from the marine pollution treaty (MARPOL) Annex VI, IMO marine environment protection committee (MEPC) resolution were used to estimate the EEDI and their changes. Technical measures were subsequently applied to satisfy the IMO regulations, such as reducing speed, energy saving devices (ESD), and onboard CO₂ capture system. Process simulation model using Aspen Plus v10 was developed for the onboard CO₂ capture system. The obtained results suggested that the fuel change from Marine diesel oil (MDO) to liquefied natural gas (LNG) was the most effective way to reduce EEDI, considering the limited supply of the alternative clean fuels. Decreasing ship speed was the next effective option to meet the regulation until Phase 4. In case of container, the attained EEDI while converting fuel from Diesel oil (DO) to LNG was reduced by 27.35%. With speed reduction, the EEDI was improved by 21.76% of the EEDI based on DO. Pertaining to VLCC, 27.31% and 22.10% improvements were observed, which were comparable to those for the container. However, for both vessels, additional measure is required to meet Phase 5, demanding the reduction of 70%. Therefore, onboard CO₂ capture system was designed for both KCS (Korea Research Institute of Ships & Ocean Engineering (KRISO) container ship) and KVLCC2 (KRISO VLCC) to meet the Phase 5 standard in the process simulation. The absorber column was designed with a diameter of 1.2-3.5 m and height of 11.3 m. The stripper column was 0.6-1.5 m in diameter and 8.8-9.6 m in height. The obtained results suggested that a combination of ESD, speed reduction, and fuel change was effective for reducing the EEDI; and onboard CO₂ capture system may be required for Phase 5.

• 에너지공학
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• 제13권3호
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• pp.219-227
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• 2004

본 연구에서는 기후변화에 따른 온실가스 감축을 위해 추진되고 있는 이산화탄소 저감 및 처리기술개발의 성과제고를 위해 개발기술들을 대상으로 기술개발 동향 및 향후 발생될 여러 가지 영향요인(impact factor)을 발굴하여 분석하였다. 이를 위해 평점법(Scoring Models Method, SMM)과 분석적계층과정(Analytic Hierarchy Process, AHP)을 이용하여 $CO_2$저감 및 처리기술에 대한 분석을 수행하였으며 평가요인별 중요도의 계량적 제시와 함께 각각의 기술들에 대한 평가요인별 우선순위를 제시하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제51권2호
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• pp.267-271
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• 2013

KEPCO 전력연구원에서 개발한 고효율 습식 아민 $CO_2$ 흡수제(KoSol-4)를 적용하여 Test bed 성능시험을 수행하였다. 국내에서는 처음으로 석탄화력발전소에서 발생되는 연소 배가스를 적용하여 하루 2톤의 $CO_2$를 처리할 수 있는 연소 후 $CO_2$ 포집기술의 성능을 확인하였으며 또한 국내에서는 유일하게 공정운전에 소요되는 재생에너지 소비량을 실험적으로 측정함으로써 KoSol-4 흡수제의 성능에 대한 신뢰성 있는 데이터를 제시하였다. 흡수제 순환량 및 재생탑 운전압력을 대상으로 한 변수 실험 결과 Test bed 연속운전은 안정적으로 수행되었고, 흡수탑에서의 $CO_2$ 제거율은 국제에너지기구 온실가스 프로그램(IEA-GHG)에서 제시하는 $CO_2$ 포집기술 성능평가 기준치($CO_2$ 제거율: 90%)를 안정적으로 유지하였다. 또한 흡수제(KoSol-4)의 재생을 위한 스팀 사용량(재생에너지)은 3.0~3.2 GJ/$tCO_2$이 소비되는 것으로 산출되었는데 이는 기존 상용 흡수제(MEA, Monoethanolamine)의 재생에너지 수준(약 4.09 GJ/$tCO_2$, 본 연구) 대비 약 25% 이상 저감된 수치일 뿐만 아니라 우리나라에서 연구 중인 모든 $CO_2$ 포집기술을 통틀어 가장 우수한 성능이다. 본 연구를 통해 KEPCO 전력연구원에서 개발한 KoSol-4 흡수제 및 공정의 우수한 $CO_2$ 포집 성능을 확인할 수 있었을 뿐만 아니라, 향후 고효율 흡수제(KoSol-4)를 상용 $CO_2$ 포집플랜트에 적용할 경우 $CO_2$ 포집비용을 크게 낮출 수 있을 것으로 기대되었다.

• Environmental Engineering Research
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• 제17권2호
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• pp.83-88
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• 2012

Currently, the technology of $CO_2$ capture and storage (CCS) has become the main issue for climate change and global warming. Among CCS technologies, the prediction of $CO_2$ behavior underground is very critical for $CO_2$ storage design, especially for its safety. Hence, the purpose of this paper is to model and simulate $CO_2$ flow and its heat transfer characteristics in a storage site, for more accurate evaluation of the safety for $CO_2$ storage process. In the present study, as part of the storage design, a micro pore-scale model was developed to mimic real porous structure, and computational fluid dynamics was applied to calculate the $CO_2$ flow and thermal fields in the micro pore-scale porous structure. Three different configurations of 3-dimensional (3D) micro-pore structures were developed, and compared. In particular, the technique of assigning random pore size in 3D porous media was considered. For the computation, physical conditions such as temperature and pressure were set up, equivalent to the underground condition at which the $CO_2$ fluid was injected. From the results, the characteristics of the flow and thermal fields of $CO_2$ were scrutinized, and the influence of the configuration of the micro-pore structure on the flow and scalar transport was investigated.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제13권1호
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• pp.18-29
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• 2010

기후온난화에 대처하기 위한 방안 중, $CO_2$ 해양지중저장은 성공가능성이 높은 수단중의 하나로써 각광받고 있다. $CO_2$ 해양지중저장은 대량 발생원으로부터 $CO_2$를 포집하여 저장지로 수송한 후, 가스 저장층 이나 염대수층 등과 같은 해저 지질구조 내에 $CO_2$를 저장하는 공정 전체를 아울러 지칭한다. 우리는 2005년부터 $CO_2$ 해양지중저장 관련 기술들을 개발해왔으며, 주요 기술 개발 분야에는 $CO_2$ 저장후보지 탐색과 $CO_2$ 수송 및 저장 공정을 위한 기본 설계가 포함된다. 신뢰성 있는 $CO_2$ 해양지중저장 시스템설계를 위해, 가상시나리오를 개발하였으며 수치해석 프로그램을 이용하여 전체공정을 분석하였다. $CO_2$ 포집원으로 부터 주입저장지로 $CO_2$를 수송하는 공정은 열역학 상태방정식으로 모사 가능하다. 본격적인 설계공정에 대한 수치해석을 수행하기에 앞서 관련 열역학 상태방정식들을 비교 및 분석하였다. 분석된 상태방정식들의 정확도를 평가하기 위해 참조문헌의 실험데이터와 수치계산결과를 비교하였다. 현재까지 진행된 $CO_2$ 해양지중저장 공정설계는 주로 순수한 $CO_2$를 대상으로 하였다. 하지만 포집된 $CO_2$ 혼합물은 질소, 산소, 아르곤, 물, 황화수소 등의 불순물을 포함하고 있다. 작은 양의 불순물이 포함될 시에도 열역학적 물성치가 바뀔 뿐 만 아니라, 압축, 정제, 수송 공정 전체에 막대한 영향을 미치게 되므로 간과되어서는 안 된다. 본 논문에서는 해상 및 육상 $CO_2$ 수송에 영향을 미치는 주요 설계 인자들을 분석하였으며, 가상 시나리오의 매개변수에 관한 연구를 수행한 다음, 유량, 직경, 온도, 압력 등의 설계 인자들의 변화 범위를 제시하고자 하였다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제15권2호
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• pp.67-75
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• 2012

이산화탄소 포집 및 저장기술(Carbon Capture and Storage, CCS)은 발전소, 제철소 등의 대량의 배출원으로부터 포집된 이산화탄소를 압축공정, 정제공정, 수송공정을 거친 후, 지중의 안전한 지질구조 내에 수백, 수천년 이상 안정적으로 저장하는 기술이다. CCS 공정 중 이산화탄소에는 이산화탄소를 발생시키는 연소공정이나 포집 경제되는 공정에서 유입되는 불순물이 섞임으로서 혼합물을 이루게 된다. 혼합물의 성분으로는 대표적으로 $SO_2$, $H_2O$, CO, $N_2$, Ar, $O_2$, $H_2$ 등이 있으며 위 공정들에서 이산화탄소 혼합물에 포함된 불순물들은 전 공정에 영향을 미치게 된다. 본연구에서는 이산화탄소 혼합물 내 다양한 불순물이 수송공정에 미치는 영향을 실험적으로 평가할 수 있도록 혼합물이송공정 모의실험장치를 설계 제작하였으며 이산화탄소 혼합물의 이송공정에 질소불순물이 미치는 영향을 실험적으로 평가하였다. 각 실험조건 마다 증가율의 차이는 있으나 $N_2$비율이 증가할수록 $CO_2-N_2$ 혼합물의 질량유량당 압력강하량 및 비체적이 증가하는 경향을 보였다. 120 bar 및 100 bar 실험조건에서는 혼합물의 상태가 단상 초임계상태이었으며 $N_2$ 조성비 증가에 따른 비체적 및 질량유량당 압력강하 기울기가 크게 변하지 않음을 확인하였다. 70 bar 실험조건에서는 액상, 이상, 기상으로 혼합물의 상이 바뀌었으며 각 상에 따라 질량유량당 압력강하 및 비체적의 기울기가 달라짐을 확인하였다.