• 한국지구과학회지
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• 제41권5호
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• pp.437-446
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• 2020

전기차, 에너지저장시스템의 수요급증으로 에너지 저장장치에 대한 관심이 세계적으로 증가해 왔다. 에너지 저장장치의 핵심원료인 리튬과 바나듐 등과 같은 에너지저장광물 자원을 안정적으로 공급하기 위하여 새로운 기술적 대안이 필요하다. 이미 리튬과 바나듐을 직접 확보할 수 있는 기술에 대한 여러 국가들의 연구개발 활동이 이루어지고 있다. 이에 따라 효과적인 연구개발 전략을 수립하기 위해서 특허 및 논문 분석을 통해 각 국의 기술동향을 분석하고 향후 기술발전방향을 설정하는 것이 중요하다. 본 연구는 1970년부터 2019년 10월까지 출원 공개 또는 출원 등록된 한국, 미국, 유럽, 일본의 특허자료와 2000년 1월부터 2019년 10월까지의 논문을 대상 검색된 자료를 통해 신기술 개발동향 및 국내외 연구개발 현황을 분석하였다. 분석결과, 현재 에너지저장광물과 관련된 기술의 성장단계는 태동기 단계에 있는 것으로 분석되었다. 따라서 기술시장 선도와 기술 경쟁력 강화를 위해 새로운 기술의 개발과 개발된 기술에 대한 실증을 병행하여 빠르게 기술을 고도화 하는 전략이 필요하다고 사료된다.

• 광물과 암석
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• 제36권4호
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• pp.221-232
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• 2023

탄소중립을 위한 이산화탄소 저감 기술 및 대체 에너지에 대한 수요가 계속 증가하고 있다. 팔리고스카이트(palygorskite)는 리본 구조를 가지는 점토광물로 넓은 표면적의 나노크기의 공극을 가지고 있어, 지구온난화의 주범인 이산화탄소(CO₂)를 포집하고 친환경 대체 에너지인 수소(H₂)를 저장할 수 있는 물질로 제안된 바 있다. 이번 논문에서는 대정준 몬테 카를로(grand canonical Monte carlo) 시뮬레이션을 사용하여 팔리고스카이트 나노공극으로의 CO₂ 및 H₂ 분자의 흡착 등온선과 기작에 대한 기초연구의 예비 결과를 보고한다. 실온에서 기체의 분압 관련 변수인 화학 포텐셜(chemical potential)의 증가에 따라 나노공극에 흡착되는 CO₂ 및 H₂ 함량은 증가하였다. CO₂와 비교하여, H₂의 흡착은 더 높은 화학 포텐셜, 즉 높은 에너지가 필요하였다. 이론 계산으로 얻은 나노공극에서의 평균 제곱 변위(mean squared displacement)는 CO₂ 보다 H₂가 훨씬 높았으며 기존 실험 결과와 일치했다. CO₂는 나노공극에서 일렬로 배열된 반면, H₂는 매우 불규칙한 배열을 보였다. 이번 연구 방법은 CO₂ 및 H₂를 저장 가능한 지구물질 광물을 찾는 개발연구뿐만 아니라, 지중환경에서 유체와 광물의 반응을 근본적으로 이해하는 데 기여할 것으로 기대한다.

• 자원환경지질
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• 제54권1호
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• pp.69-76
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• 2021

이 연구에서는 포항분지 영일층군 덮개암 시료의 광물학적 특성을 파악하고, 이산화탄소 주입으로 인해 발생할 수 있는 물-암석-가스의 상호작용을 지화학 모델링을 이용하여 규명하였다. 이를 위하여 XRD, MICP, BET 분석을 실시하여 덮개암의 광물암석학적 및 공극 특성을 파악하였고, 광물학적 연구 결과와 공극수의 물리화학적 변수 자료들을 이용하여 이산화탄소 주입 후 단기간 변화와 장기간 영향을 파악하기 위하여 두 단계의 지화학 모델링(The Geochemist's Workbench 14.0.1)을 수행하였다. 연구 결과, 포항분지 영일층군의 덮개암은 석영, 알바이트, K-장석으로 주로 구성되어 있고, 소량의 백운모, 황철석, 방해석, 카올리나이트, 몬모릴로나이트로 이루어져 있다. 지화학 모델링 결과, 이산화탄소의 주입 후 덮개암은 방해석의 용해로 인해 공극률이 증가하고 알바이트와 K-장석의 용해 결과 도소나이트와 은미정질 실리카(칼세도니)가 침전되었다. 주입이 완료된 두 번째 단계에서는 방해석과 알바이트의 용해 결과 도소나이트와 은미정질 실리카(칼세도니)의 침전이 일어나며, 이 반응으로 인해 pH는 증가하였다. 또한 덮개암에서 이산화탄소를 포획할 수 있는 광물은 도소나이트 임을 알 수 있었다. 이러한 연구 결과는 장기간의 이산화탄소 지중 저장에 있어 광물 포획의 효율성을 정량적으로 평가하는 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제19권1호
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• pp.18-24
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• 2016

광물탄산화는 이산화탄소를 칼슘, 마그네슘 등을 함유한 금속산화물과 반응시켜 영구적으로 저장하는 기술이다. 본 연구에서는 직접탄산화 방법으로 이산화탄소를 저장하기 위해 해수와 알칼리성 산업부산물인 제지슬러지소각재(PSA)를 사용하였다. 다양한 실험을 통해 해수와 PSA를 이용한 직접탄산화 반응의 최적 용매의 양(해수와 PSA의 혼합비)과 반응시간을 찾았고, PSA를 이용한 직접탄산화 반응에 해수와 초순수를 각각 용매로 사용했을 때의 이산화탄소 저장량을 비교하였다. 이산화탄소 저장량은 탄산화반응 후 고체증가량과 열중량분석 결과를 이용해서 계산하였다. 실험에 사용한 PSA는 미세하고 67.2%의 칼슘을 포함하였다. $25^{\circ}C$, 1기압에서 해수를 PSA와 혼합하여 이산화탄소를 0.05 L/min 유량으로 주입하는 탄산화반응의 최적 용매의 양과 반응시간은 각각 5 mL/g, 2시간이었다. 해수와 초순수를 용매로 사용해서 PSA와 각각 혼합한 다음 탄산화했을 때, 이산화탄소 저장량은 각각 113, $101kg\;CO^2/(ton\;PSA)$이었다. 해수를 사용하여 탄산화한 고체는 대부분 calcite 형태의 탄산칼슘과 소량의 탄산마그네슘으로 구성되어있었고, 초순수를 사용했을 때의 고체도 calcite 형태의 탄산염임을 확인하였다.

• 자원환경지질
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• 제55권6호
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• pp.717-726
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• 2022

이 연구는 폐금·은광산 주변의 토양과 수계에서 비소(As), 카드뮴(Cd), 구리(Cu), 납(Pb), 안티모니(Sb), 아연(Zn)의 지구화학적 분산 특성을 확인하였다. 토양시료 내 각 원소의 지구화학적 오염도는 enrichment factor (EF), geoaccumulation index (Igeo), pollution load index (PLI)와 같은 지화학 지수를 이용해 평가하였다. 수계의 지구화학적 오염도는 광물찌꺼기 적치장에서부터 거리에 따른 중금속 및 황산염(SO₄^2-)의 농도 변화를 이용하여 평가하였다. 지화학 지수를 이용한 토양의 오염도 평가 결과 광산 및 광물찌꺼기 저장시설과 가까운 지역에서 As, Cd, Pb, Zn의 농축지수가 높게 나타났으며, Sb는 모든 토양시료에서 높은 농축지수를 보였다. 이러한 결과는 광산 활동으로 대표되는 인위적인 요인에 의해 주변의 토양으로 중금속의 분산이 진행되었음을 보여주는 결과이다. 수계에서 중금속 농도 및 SO₄^2-의 농도 변화를 확인한 결과 특정 지점에서 As, Cd, Zn, 그리고 SO₄^2- 농도의 이상점이 나타났으며, 거리에 따라 점차 각 원소의 농도가 감소하였다. 이는 수계의 오염이 광물찌꺼기 적치장과 그 인근의 황화광물의 풍화에 기인한 것을 의미한다. 조사를 수행한 지역에서는 과거에 중금속으로 오염된 토양의 복원사업이 진행되었지만, 그 이후에도 잠재적인 오염원인 광물찌꺼기 적치장 인근에서부터 오염이 다시 진행되고 있는 것으로 판단된다. 따라서 복원을 완료한 지역에서도 토양과 수질시료를 대상으로 지속적인 모니터링이 필요할 것으로 판단된다.

• KEPCO Journal on Electric Power and Energy
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• 제2권4호
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• pp.517-523
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• 2016

'15년 12월 유엔기후변화협약 당사국총회(COP21)의 "파리 협정"을 통해 신기후체제가 출범되었다. 본 협정의 핵심은 지구 평균기온 상승을 산업화 이전 대비 $2^{\circ}C$ 목표를 넘어, $1.5^{\circ}C$로 제한하기 위한 노력에 합의 되었다는 데 있으며 이에 따라 우리나라에서도 온실가스 감출을 위한 대책 마련이 시급한 상황이다. IEA 에너지기술전망에 따르면 '12년 기준 전세계 $CO_2$ 배출량의 2/3가 에너지 분야에서 발생하여 청정에너지기술 개발이 핵심이며, 단기적으로 에너지원 대체, 에너지효율개선 기술 도입이 최선, 장기적으로는 CCS(Carbon Capture & Storage) 등의 기술도입이 필수적인 상황이다. 이와 함께 최근에는 온실가스 저감을 위한 방안으로 $CO_2$ 활용(CCU, Carbon Capture & Utilization) 기술개발도 부각 되고 있다. CCU 기술은 우리나라와 같이 포집된 $CO_2$의 저장을 위한 EOR 사업이나 대규모 저장소 확보에 어려움이 있는 상황에서 종래 CCS의 기술적 대안이 될 수 있다. 뿐만 아니라 CCU 기술은 $CO_2$ 전환 물질의 산업적 활용을 통해 종래 제기된 고비용의 $CO_2$ 저감 비용을 줄일 수 있다. 이에 국제적으로 다수의 $CO_2$ 활용기술이 상업생산을 위한 실증단계에 진입하고 있으며, 국내에서도 $CO_2$ 자원화/광물화를 포함한 다양한 $CO_2$ 활용기술의 개발 및 사업화 노력이 필요하다.

• 대한환경공학회지
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• 제36권5호
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• pp.342-351
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• 2014

본 논문에서는 $CO_2$ 포집 및 저장에 필요한 에너지 소비를 최소화하기 위해 $25-65^{\circ}C$ 범위의 온도 및 대기압에서 비교적 높은 $CO_2$ 조성을(15-50 vol%) 갖는 가스 중 $CO_2$를 고정화하기 위해 규회석($CaSiO_3$)-증류수 및 초산 현탁액을 이용한 직접적 습식 탄산염 광물화를 수행하여, 각 현탁액에서의 Ca 침출률과 $CO_2$ 흡수 특성 및 탄산화율에 대해 규명하였다. 규회석-증류수 현탁액의 탄산화 결과 규회석 표면에 고정화된 탄소를 확인하였고 $CO_2$ 조성이 높을수록 저장량은 선형적으로 증가하며 $CO_2$ 조성이 50%일 때 규회석 내 Ca 침출률은 13.2%, 탄산화율은 약 10.4%지만 같은 조건에서 규회석-초산 현탁액의 침출률은 약 63%, 탄산화율은 1.39%로 확인되었다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제28권spc호
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• pp.40-54
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• 2023

산업혁명 이후 화석연료의 광범위한 사용, 삼림 벌채, 토지사용의 변화 등과 같은 인위적 활동은 대기 중 온실가스(GHGs, greenhouse gases) 농도를 지속적으로 증가시켜 지구의 기후위기를 유발하였다. 우리나라의 경우 최근 30년 사이 평균 온도가 1.4℃ 상승하였으며, 국제사회의 일원으로 책임을 다하기 위해 2016년 11월 3일 파리협정을 비준하였다. 이에 파리협정의 목표인 산업화 이전 대비 지구 평균온도 상승을 2℃ 아래, 가능한 1.5℃ 아래로 억제하기 위해 2050년까지 CO₂ 순배출량을 0으로 만들어야 하며, 이를 위해 다양한 정책 마련과 함께 경제 및 사회 전반에 걸쳐 많은 노력이 경주되고 있는 실정이다. 탄소중립을 달성하기 위해서는 첫 번째로 GHGs 배출을 줄이고, 두번째로 대기에서 CO₂ 포집을 촉진하기 위해 현재 가동되는 다양한 산업분야의 생산 시스템을 개혁하는 것이 가장 중요한 과제로 고려되고 있다. 그동안 지하수토양 관련 연구분야에서는 지속가능성(sustainability), 복원성(resilience), 녹색성장(green growth) 등과 같은 사회적 요구에 부응하여, 녹색정화(green remediation), 자연 저감(natural attenuation), 탄소포집저장(carbon capture and sequestration), 지열발전등의 기술이 초기단계로 개발이 되고 연구가 되어 왔다. 이러한 기존 연구들은 탄소중립2050의 달성을 위해 고도화되어야하며, 추가적으로 자연 및 인위기원 탄소배출 연구, 토양의 역할을 고려한 저탄소 토지이용 기술, 광물탄산화 등의 연구 및 기술개발이 필요하다고 판단된다. 본 논문에서는 탄소중립2050의 간단한 내용과 함께, 이를 달성하기 위한 지하수토양 분야의 혁신기술 및 선도연구를 소개하였다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제24권4호
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• pp.194-201
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• 2021

유도분극 효과는 지층 내 광물입자와 공극수 사이 계면에서의 전기화학적인 반응에 의해 발생하는 것으로 알려졌다. 광대역 유도분극 탐사는 다중 진동수의 교류전류를 지하로 송신할 때 측정되는 위상과 전기비저항 스펙트럼으로부터 지층 내 이상 구간을 파악하는 전기탐사 기술이다. 이 기술은 다양한 광물탐사에서 효과적으로 적용되고 있다. 경기도 포천시 관인면 고남산 일대에는 티탄철광석을 개발하는 광산이 운영되고 있다. 이 광석에는 0.4% 이상의 바나듐을 함유하고 있어서 함바나듐 티탄철광상으로 분류된다. 바나듐은 바나듐 레독스 흐름전지의 핵심원료이고, 이 전지는 대용량 에너지 저장시설에 적합한 것으로 알려졌다. 신규 잠두광체의 부존 여부를 파악하고, 잠재 자원량을 산정하기 위하여 체계적인 광물탐사가 이뤄졌다. 물리탐사에서 노두와 시추코어 시료를 이용한 실내 암석 물성 측정결과는 현장자료부터 신뢰할 수 있는 물성 모델을 생성하는데 도움이 된다. 따라서 이 연구는 함바나듐 티탄철광상의 광석과 주변암석사이의 유도분극 특성 차이를 이해하고, 이를 바탕으로 광대역 유도분극의 VTM 광상 탐사 적용성을 파악하고자 실내 광대역 유도분극 연구를 수행했다. 연구결과 갱도와 시추코어에서 확인한 광석의 위상과 전기비저항 스펙트럼 형상은 몬조섬록암과 석영 몬조섬록암으로 이루어진 주변모암의 스펙트럼 형상과 확연하게 달랐다. 암석의 유도분극 특성은 주로 100 Hz 이하의 진동수에서 반응 차이를 가지게 만든다. 이 진동수 영역에서 광석과 주변 암석의 평균 위상과 평균 전기비저항을 계산했다. 가장 낮은 진동수인 0.1 Hz 진동수에서 광석의 평균 위상은 -369 mrad, 주변 암석은 -39 mrad 이었다. 같은 진동수에서 광석의 평균 교류 전기비저항은 16 Ωm, 주변 암석은 2,623 Ωm이었다. 광석의 실내 광대역 유도분극 특성은 주변 암석과 상당한 차이가 나므로 광대역 유도분극 탐사가 함바나듐 티탄철광상 광물탐사에 효과적으로 적용할 수 있고, 이러한 특성은 현장 탐사 자료를 해석하는 데 도움이 될 것으로 판단된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제57권4호
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• pp.539-546
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• 2019

지구온난화가 국제 문제로 언급되면서 온실가스 저감에 관한 연구가 꾸준히 진행되고 있다. 지구온난화의 가속화를 막기 위해 지구온난화의 주된 원인으로 언급되는 이산화탄소 저감에 관한 기술 개발의 중요성이 증가하게 되었고 이로 인해 이산화탄소 포집, 저장 및 재이용기술(CCUS, Carbon Capture, Utilization and Storage)의 발전을 요구하고 있다. 다양한 이산화탄소 포집, 저장 및 재이용기술 중에서 광물탄산화 기술의 경우에는 적은 에너지를 통해 많은 이산화탄소를 고부가가치 물질로 전환할 수 있다. 기존 연구에서는 고형 폐기물에서 이온을 용출해 사용해왔으며 이는 처리 과정이 복잡하다. 하지만 해수를 사용하게 되면 고농도의 금속 양이온이 해수 속에 용해되어 있어 고형 폐기물을 이용할 때보다 공정이 단순하다. 이 연구는 해수담수화 농축수를 금속양이온공급원으로써 사용하기 위한 기초연구로, 3 M 모노에탄올아민(Monoethanolamine, MEA)을 흡수제로 사용하여 이산화탄소를 우선적으로 포집하였다. 또한 해수농축수를 모사하기 위해, 해수모사파우더를 사용하여 다양한 농도의 해수농축수를 제조하였다. 해수농축수와 포집된 이산화탄소 용액을 반응시켜 탄산염을 생성하였으며 이를 XRD (X-ray Diffraction), SEM (Scanning Electron Microscopy), TGA (Thermalgravimetric Analysis)를 통해 탄산염의 생성 경향 및 흡수제의 재이용 가능성을 파악하였다.