• KEPCO Journal on Electric Power and Energy
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• 제2권2호
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• pp.143-165
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• 2016

COP21에서 채택된 파리협정에서 명시한 지구 대기온도 $2^{\circ}C$ 이하 상승억제 목표를 달성하기 위해서는 현재 각 당사국이 제출한 감축 목표치로만은 부족한 상황이다. 이에 따라 향후 감축목표를 상향하기 위한 작업이 이루어질 것이다. $CO_2$ 배출량을 줄이기 위한 여러 수단 중 이산화탄소 포집 및 저장(CCS: Carbon Capture and Storage)은 필수 옵션으로 현재 전세계에서 대규모 실증이 진행되고 있다. 실증 단계에 있는 1세대 기술의 경우 높은 포집비용 및 발전원가 상승으로 정책적 뒷받침 없이는 시장보급이 어려운 실정이다. 이에 비용을 저감하기 위한 2세대, 3세대 혁신 포집기술들이 개발되고 있으며 2세대 기술들은 파일럿 규모로, 3세대 기술들은 벤치규모로 연구되고 있다. 본 리뷰 논문에서는 전세계 대규모 CCS 실증 사업 현황을 살펴보고, 2세대, 3세대 포집기술에 대해 연소전, 연소후, 신연소기술로 구분하고 습식 포집기술, 건식 포집기술, 분리막 기술, 산소연소기술의 세부 기술개발 내용에 대한 현재까지의 기술개발 결과를 요약정리하였다.

• 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.

• 한국건축시공학회:학술대회논문집
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• 한국건축시공학회 2022년도 봄 학술논문 발표대회
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• pp.166-167
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• 2022

The International Energy Agency(IEA) recommends that intergovernmental agreements reduce CO2 emissions by 2050 to about 50% in 2005 in its report. To realize these demands, it is suggested to actively utilize energy efficiency improvement technology, renewable energy, nuclear power, carbon dioxide capture & storage technology (CCS). In the field of building materials and cement, mineral carbonization technology is widely used. Inorganic by-products applicable to greenhouse gas storage include waste concrete, slag, coal ash, and gypsum. If the Mineral Carbonation Act is used, it is expected that about 12 million tons of greenhouse gases can be immobilized every year. Greenhouse gas immobilization using cement hydrate can be immobilized by injecting carbon dioxide into the hydrated products C-S-H, and Ca(OH)2. In the case of immobilization through concrete carbonization, a carbon dioxide promotion test is used, which is often different from the actual carbon dioxide carbonization reaction. If the external carbon dioxide concentration is abnormally higher than the reality, it is thought that it will be different from the actual reaction. In this study, the carbonation phenomenon according to the concentration and identification of the carbon dioxide reaction mechanism of cement hydrate was to be considered.

• 공업화학
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• 제22권4호
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• pp.343-347
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• 2011

온실가스로 인한 지구 온난화는 엘니뇨, 라니냐와 같은 심각한 기상이변을 초래하고 있으며, 매년 그 피해가 심각하게 증가하고 있는 실정이다. 따라서 온실가스의 80% 이상을 차지하고 있는 $CO_2$ 배출량을 감축하는 것이 매우 시급한 현안으로 부상되고 있다. 다공성 탄소는 고비표면적, 다양한 세공구조, 열 및 화학적 안정성, 재사용성과 같은 높은 유용성으로 인하여 carbon capture and storage (CCS) 기술에서 다른 여러 재료와 함께 중요한 위치를 차지하고 있는 재료이다. 본고에서는 주로 많이 연구되고 있는 CCS 기술 및 연구 동향에 대하여 살펴보았으며, 그 중 경제성과 실용성 흡착제로 각광을 받고 있는 다공성 탄소를 중심으로 배가스 중 $CO_2$ 흡착과 에너지 활용이 가능한 바이오 가스 분리에 대한 특성을 고찰하였다.

• 자원환경지질
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• 제54권4호
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• pp.409-425
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• 2021

이산화탄소가 지구온난화를 초래하는 대표적인 온실가스로 지목되면서 대기 중의 이산화탄소 농도를 줄이기 위하여 많은 노력들이 진행되어 왔다. 그러한 노력들 중 특히 CO₂ 포집 및 지중 저장기술(carbon dioxide capture and storage, CCS)이 감축 목표량을 달성하기 위해서 필수적으로 고려되고 있다. 그러나 이러한 지중 저장기술이 상용화되기 위해서는 안전성이 보장되어야 한다. 특히 이산화탄소 누출이 농경지에서 발생할 경우에는 작물 생장과 관련되어 많은 문제를 야기할 수 있다. 이에 본 연구에서는 지중 저장지로부터 누출된 이산화탄소가 토양 비옥도에 미치는 영향에 대하여 고찰하였다. 이를 위하여 인위적인 이산화탄소 누출 시험을 수행하였으며, pH, 양이온치환용량, 교환성 양이온, 전기전도도, 토양 유기물 함량, 총 질소, 질산태 질소, 암모니아태 질소, 총 인, 유효태 인산, 총 황, 유효태 황, 유효태 붕소 등과 같은 토양의 화학적 특성들을 비옥도 지시 인자로 선정하였다. 누출 시험은 비경작지 토양 한 종류와 경작지 토양 두 종류(옥수수와 콩 재배)를 대상으로 이루어졌다. 비경작지 토양은 거친 모래가 많은 사질토양으로 공극률은 42.6%로 조사되었으며, 경작지 토양인 옥수수 재배 토양은 양질 사토(loamy sand)로 공극률이 46.8%이었다. 콩과식물(soybean) 재배 토양은 옥수수 재배 토양과 동일한 양질 사토로서 공극률이 48%로 조사되었다. 누출시험을 위해 6개의 인공누출 칼럼 장치를 이용하여 이산화탄소를 주입하였다. 이산화탄소 주입은 비경작지와 경작지 토양의 경우 각각 60일과 70일 동안 진행하였다. 이산화탄소 누출 후 비경작지 및 경작지 토양에 대하여 각각 12, 14일 간격으로 1 공극 부피의 인공강우 모사 시험을 수행한 후 용출액과 토양 시료를 채취하여 비옥도 지시 인자를 분석하였으며, 이산화탄소 누출 전후 변화 양상을 비교 평가하였다. 토양 내 잔류 교환성 양이온, 전기전도도, 토양 유기물 함량, 총질소, 총인 등은 이산화탄소의 영향을 크게 받지 않은 것으로 나타났다. 그러나 질산태 질소, 암모니아태 질소, 유효 인산, 유효 황, 유효 붕소 등은 감소하는 경향을 보였으며 이에 의해 토양 비옥도를 저하시킬 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구에서는 토양의 완충능력 때문에 pH의 변화가 없었지만, 이산화탄소가 장기간 누출된다면 pH의 감소에 의한 토양 산성화가 초래될 가능성이 있을 것으로 예측된다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제17권2호
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• pp.153-165
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• 2014

이산화탄소 포집 및 저장기술(CCS: Carbon dioxide Capture and Storage)은 이산화탄소($CO_2$: Carbon dioxide)를 저감하여 기후변화에 대응하는 방법의 하나로 인식되고 있다. 국내에서는 해양지중저장을 통해 $CO_2$의 영구적인 격리를 목표로 연구를 진행하고 있다. 하지만, 이론적으로 안전한 해저 지층구조에 이산화탄소를 저장한다하더라도 CCS 사업과정 또는 중장기적인 지질학적 구조 변형으로 인해 저장된 $CO_2$가 해양환경으로 누출 될 가능성이 존재하기 때문에 CCS 사업 추진과정에서 환경 및 생태계 안전에 대하여 많은 관심을 기울여야한다. 만약에 $CO_2$의 누출이 발생할 경우 일차적으로 해수 및 해양퇴적물 내 공극수의 pH를 낮추게 될 것이며, 이로 인해 해양 생물은 부정적인 영향을 받을 수 있다. 따라서 해양생태계를 보호하고 안전한 해양지중저장을 위해서는 이산화탄소에 노출된 해양생물의 영향 정도를 파악하고, 정량적인 생태위해성평가를 통해 합리적인 생태영향기준을 마련하는 것이 CCS 기술의 실용화를 위해서 매우 중요한 요소라 할 수 있다. 이러한 배경하에서 본 연구에서는 누출된 $CO_2$로부터 해양생태계 보호를 위한 생태영향기준 마련을 위해 $CO_2$ 노출에 따른 생물영향 자료를 기반으로 종민감도분포(SSD: Species Sensitivity Distribution)를 이용해 해양생물보호를 위한 pH 변화수준(${\delta}pH$)을 추정하여 정량적 생태위해성평가 기반의 잠정기준을 도출하였다. 정량적 생태위해성평가를 위한 생물영향자료는 미생물, 갑각류, 극피동물, 연체동물, 환형동물, 어류 등 다양한 해양생물에 대한 $CO_2$ 노출영향 평가연구자료를 비교 분석하여 확보하였다. 해양생물에 대한 $CO_2$ 노출영향 pH 범위는 6.61~8.22 이었으며, 수집된 자료로부터 무영향관찰농도(NOEC: No Observed Effect Concentrations)를 추정하고 종민감도분포를 이용하여 상위 95%의 생물종을 보호할 수 있는 ${\delta}pH$ 0.137을 추정하였다. 추정된 ${\delta}pH$는 불확실성을 고려하여 평가계수(assessment factor)를 이용하여 보정하거나, 보정없이 생태영향기준(pH 변화수준)으로 활용될 수 있을 것으로 기대한다. 다만 본 연구에 활용된 생물영향자료가 국내 서식생물 또는 $CO_2$ 저장후보지의 지역 특이적인 생물에 대한 자료가 충분하지 않아 명확한 안전수준으로 활용되기에는 제한될 수 있을 것으로 판단된다. 추후 생물영양단계 및 지역특이적으로 서식하는 생물에 대한 충분한 생물영향자료의 보강을 통해 이러한 단점을 보완할 수 있을 것으로 기대한다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제16권10호
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• pp.6439-6444
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• 2015

지구온난화 방지를 위해 이산화탄소를 제거하는 다양한 방법 중 이산화탄소 포집 및 저장 기술이 가장 유망한 기술로 부각되고 있다. 이산화탄소 포집 및 저장기술이 상용화되기 위해서는 저가의 효율적인 흡수제 개발이 필수적이다. 본 연구에서는 금속 나노입자를 이용하여 이산화탄소 흡수속도를 촉진하는 연구를 수행하였다. 코발트, 아연, 니켈의 세 가지 금속나노입자를 합성하였으며 나노입자 합성 방법 중 습식법과 건식법에 의한 영향을 비교 분석하였다. pH 변화를 이용한 이산화탄소 흡수 속도 측정 결과 습식법으로 제조한 니켈 금속나노입자가 가장 우수한 이산화탄소 흡수 속도 촉진효과를 보였다. 금속 나노입자를 이산화탄소 포집공정에 적용할 경우 흡수탑의 크기를 작게 하여 경제적인 공정 구현이 도움이 될 것으로 기대된다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제11권1호
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• pp.24-34
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• 2008

지구 온난화를 완화하기 위한 온실가스 대량 감축 기술의 하나로써 이산화탄소 포집 및 저장기술(Carbon dioxide Capture and Storage; CCS)이 최근 국제적으로 주목받고 있다. 본 논문에서는 CCS 기술 중 대규모의 $CO_2$를 해양의 퇴적층에 저장하고자 하는 $CO_2$ 해양지중저장기술을 중점으로 하여 국내외 관련 연구개발동향을 분석하고 이를 토대로 향후 국내 실용화 방안을 제안하고자 한다. '해저 지질구조내 $CO_2$ 저장기술은 $CO_2$ 해양지중저장기술)'은 지구 온난화 주범인 $CO_2$의 40% 가량이 배출되는 대규모 발생원 (발전소 등)에서 포집된 $CO_2$를 초임계상태나 액체 상태로 가압하여 파이프라인이나 선박 등을 통해 수송한 후, 최종적으로 해양의 퇴적층에 대규모로 수백-수천년 이상 장기간 저장 및 관리하는 기술을 말한다. $CO_2$ 해양지중저장 기술개발을 위해서는 저장후보지 탐색 및 저장공간내 $CO_2$ 거동 모니터링과 관련한 $CO_2$ 해양지중저장 기반기술, 포집된 $CO_2$를 선박 또는 파이프라인으로 수송하여 저장지에 주입시키는데 요구되는 제반 플랜트 및 설비구축과 관련한 $CO_2$ 해양플랜트 설비기술, 그리고 주입과정 또는 사후에 발생할 수 있는 $CO_2$노출 가능성과 환경에의 잠재적 영향을 평가하여 환경안정성이 담보된 $CO_2$저장이 되도록 하는 $CO_2$해양환경평가기술 등 3개 세부분야에 대한 연구가 요구된다. 국내에서 $CO_2$ 저장기술은 2005년부터 해양수산부 연구사업으로 한국해양연구원이 본격적으로 연구개발을 추진하였으며, 본 사업에서는 2005년부터 2009년까지 핵심 기반기술을 개발하고, 2010년부터 2014년까지 1만톤급 파일롯 저장을 통한 개발기술의 실증을 목표로 하고 있다. 이를 토대로 2015년부터 발전소 또는 제철소 $CO_2$ 포집기술과 연계하여 민간주도로 동해가스전 등을 대상으로 하여 보급형 100만톤급 $CO_2$ 저장을 추진할 필요가 있다. 이를 통해 향후 2050년까지 연간 1억톤 $CO_2$를 처리하여 매년 2조원 이상의 환경비용을 절감하는 국내 실용화 방안을 모색하고 있다.

• KEPCO Journal on Electric Power and Energy
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• 제3권1호
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• pp.49-56
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• 2017

In order to examine the feasibility of Carbon Capture & Sequestration, a major technological strategy for the national goal of greenhouse gas reduction, this paper studies the various methods and corresponding costs for the transportation of $CO_2$ captured at the domestic thermal power plants, as well as performing comparative analysis with overseas CCS demonstration projects. It is predicted that the investment cost would be about 98 million USD when the using land-based pipelines to transport captured $CO_2$ from the thermal power plant located in the south coast. And using marine-based offshore pipelines, it will cost about twice the amount. When the captured $CO_2$ is transported from the power plant in the west coast instead, the cost is expected to increase substantially due to the transportation distance to the storage site being more than double to that of the south coast power plant case.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제19권1호
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• pp.52-61
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• 2016

대용량의 $CO_2$를 지중에 저장하기 위한 CCS(Carbon Capture and Storage)는 고압의 파이프라인 수송공정을 수반한다. 또한, 사고 및 유지보수와 같은 비정상상태가 발생할 경우 고압의 $CO_2$를 대기 중으로 방출시키는 감압공정이 필요하다. 본 연구에서는 고압 $CO_2$ 파이프라인에서의 감압현상을 수치해석적 방법을 이용하여 분석하였다. 수치계산 결과를 실험데이터와 비교분석함으로써 수치해석의 예측 능력을 검증하였다. 수치모델이 기체-액체 혼합 구간에서의 2상 감압현상을 잘 예측하였다. 그러나 초임계 액체 단상 감압과 기체 단상 감압현상에 대해서는 온도변화 등을 예측하는데 한계가 있음을 밝혔다.