• KEPCO Journal on Electric Power and Energy
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• 제2권1호
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• pp.109-113
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• 2016

Techno-economic evaluation of Non-Capture $CO_2$ Utilization (NCCU) technology for the production of high-value-added products using greenhouse gas ($CO_2$) was performed. The general scheme of NCCU process is composed of $CO_2$ carbonation and brine electrolysis process. Through a carbonation reaction with sodium hydroxide that is generated from brine electrolysis and $CO_2$ of the flue gas, it is possible to get high-value-added products such as sodium bicarbonate, sodium hydroxide, hydrogen & chloride and also to reduce the $CO_2$ emission simultaneously. For the techno-economic study on NCCU technology, continuous operation of bench-scale facility which could treat $2kgCO_2/day$ was performed. and based on the key performance data evaluated, the economic evaluation analysis targeted on the commercial chemical plant, which could treat 6 tons $CO_2$ per day, was performed using the net present value (NPV) metrics. The results showed that the net profit obtained during the whole plant operation was about 7,890 mKRW (million Korean Won) on NPV metrics and annual $CO_2$ reduction was estimated as about $2,000tCO_2$. Also it was found that the energy consumption of brine electrolysis is one of the key factors which affect the plant operation cost (ex. electricity consumption) and the net profit of the plant. Based on these results, it could be deduced that NCCU technology of this study could be one of the cost-effective $CO_2$ utilization technology options.

• 대한화학회지
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• 제39권11호
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• pp.869-877
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• 1995

정선산 소석회($(Sr(OH)_2=0.053 wt%)$) 현탁액을 사용하여 반응온도 30-80$^{\circ}C$에서 $CO_2$가스를 흡수시키는 탄산화로 aragonite의 생성과정을 조사하였다. 반응초기에 사방정형 $SrCO_3$ 핵을 생성하고, 이 핵은 기-액 경계면의 액체경막에서 핵 성장에 유리한 $CO_3^{2-}$(aq)이 작용하여 종결정aragonite로 성장하고, 반응종료시 주상형 aragonite를 생성하였다. 반응온도 40$^{\circ}C$에서는 $CO_2$(aq)의 농도를 조절하여 반응초기에 생성된 SrCO/sub 3/ 핵을 중심으로 성장시켜 aragonite를 생성하였다. 그리고 이리산 소석회$(OH)_2/=0.011 wt%$) 현탁액에 소량의 $Sr(OH)_2$을 첨가하고, $OH^-$(aq)와 $CO_2$(aq)의 농도를 조절한 탄산화 반응으로 단경 0.1-0.2${\mu}m$, 장경 1-2${\mu}m$의 주상형 aragonite을 합성하였다.

• 자원환경지질
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• 제55권4호
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• pp.377-388
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• 2022

제강슬래그를 이용한 광물탄산화 공정 이후 발생하는 잔사슬래그의 비소(As) 제거 기작 규명을 위해, 전로제강슬래그(blast oxygen furnace slag: BOF)에 직접 및 간접탄산화 공정이 각각 적용된 두 종류의 잔사슬래그를 대상으로 실험실 규모의 실험을 실시하였다. 광물탄산화 공정은 잔사슬래그의 화학적-광물학적 조성변화, 용출수의 pH 저감, 표면 미세공극 형성 등 기존 제강슬래그의 특성을 변화시키는 것으로 밝혀졌다. 다양한 pH 범위의 As 인공오염수(초기농도: 203.6 mg/L)에 잔사슬래그를 반응시킨 배치실험에서, RDBOF (직접탄산화 후 BOF)는 초기 pH가 감소할수록 As 제거효율이 증가하는 경향을 보이며 초기 pH가 1인 환경에서 99.3%의 As 제거효율을 나타냈다. 이는 RDBOF 표면을 피복하던 CaCO₃가 낮은 초기 pH 환경에서 용해되어 RDBOF 표면에서 철산화물의 노출 면적을 증가시킴으로 인해, 철산화물의 As 음이온 표면 흡착을 촉진한 것에서 기인한 것으로 판단되었다. 반면 RIBOF (간접탄산화 후 BOF)는 초기 pH가 높은 환경일수록 As 제거효율이 증가하며 초기 pH 10의 As 오염수에서 70.0%의 가장 높은 As 제거효율을 보였다. RIBOF의 영전하점(pH 4.5)을 고려할 때, 초기 pH 4-10 조건에서 음전하를 띠는 RIBOF의 표면에 As 음이온의 전기적 인력에 의한 표면 흡착은 발생하기 어려울 것으로 예상되었다. 다만 수용액 내 용존하는 Ca²⁺, Mn²⁺, Fe²⁺와 같은 2가 양이온들에 의해 As 음이온이 RIBOF 내 철산화물에 간접적으로 고정되는 양이온 가교효과(cation bridge effect)가 발생하였고, 초기 pH가 높은 환경일수록 슬래그 표면이 더 강한 음전하를 띠며 양이온 가교효과가 가속화되어, 결과적으로 많은 As가 흡착된 것으로 판단되었다. 하지만 강알칼리 (pH 10-11 이상) 조건에서는 RIBOF 표면에 생성된 칼슘침전물이 철산화물을 피복함으로써 철산화물에 의한 As 음이온 표면 흡착을 저해하는 현상이 발생하였다. 또한 배치실험 이후 회수된 잔사슬래그에 TCLP 시험을 수행한 결과, RDBOF와 RIBOF 모두 2% 미만의 As 탈착률을 보여 안정적인 형태로 As가 고정되어 있음이 확인되었다. 본 연구 결과를 통해, 잔사슬래그가 기존에 As 제거제로 활용되던 제강슬래그의 단점인 수계의 급격한 pH 상승을 억제하는 동시에, 높은 As 제거효율 및 안정성을 나타내는 저비용-친환경의 As 제거제로서의 활용 가능성을 입증하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제54권5호
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• pp.612-620
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• 2016

산화 칼슘 수용액을 통해 이산화탄소를 포집하는 수성 광물 탄산화 공정은 안정적으로 이산화탄소를 고립시킬 뿐 아니라 생성물의 부가 가치를 기대할 수 있는 대표적인 CCU (Carbon Capture & Utilization) 기술이다. 이 공정의 핵심은 고체 반응물인 산화칼슘의 용해 속도를 최대로 높이는 것인데, 이를 위해 반응기 전체에 고체 반응물이 균일하게 분포되도록 혼합하는 적절한 반응기의 설계가 필요하다. 본 논문에서는 하루에 40ton의 이산화탄소 포집이 가능한 파일럿 규모의 광물 탄산화 반응기를 대상으로, 반응기의 내부 구조 설계에 따라 고체 반응물의 분산도가 어떻게 변하는지에 대해 전산 유체 역학적 모델링(Computational Fluid Dynamics (CFD) modeling)을 통해 연구하였다. 교반 탱크 반응기(stirred tank reactor) 형태를 기반으로 외부 구조는 고정한 상태에서 교반기의 종류/갯수/지름/유격/회전 속도, 칸막이의 높이/너비를 변수로 선정하여 다양한 조합의 경우(case)들을 해석하였다. 각 설계 변수에 대한 민감도를 분석함으로써 각 변수의 영향을 파악하고, 중요한 변수를 판별할 수 있었다. 동시에 고체 부피 분율(solid volume fraction)의 높이 방향 표준 편차가 0.001에 가까운 균일한 분포를 만들 수 있는 내부 설계안을 제안하였다.

• 한국건설순환자원학회논문집
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• 제9권4호
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• pp.650-657
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• 2021

광물질 혼화재를 자극하는 알칼리 활성화제는 고가의 소재이지만, 고 알칼리 성분의 산업부산물 대체하기 위해서는 제품성과 경제성을 모두 만족하여야 한다. 본 연구에서는 50MPa 이상의 고강도 콘크리트에 GGBFS의 알칼리 활성 반응을 위한 목적으로 LCD 제조 공정에서 발생하는 알칼리 산업부산물(LW)을 사용하였다. LW을 혼입한 콘크리트는 작업성이 다소 저하되었으나, 압축강도가 증진되는 특징이 있었다. ACI 209.2R-08 압축강도 모델식을 이용하여 분석하여 LW 혼입에 따른 강도계수의 변화를 비교하였다. 콘크리트의 내구성능 시험에서도 염화물 침투 저항성 및 탄산화 저항성에서 우수한 성능을 나타내었다. 단열온도 상승시험 결과에서는 LW를 혼입하면 초기 수화열이 빨라지는 효과가 있으나, 최종 단열온도상승량은 LW의 혼입 유, 무에 큰 영향을 받지 않았다.

• 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.

• 에너지공학
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• 제26권2호
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• pp.73-79
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• 2017

In nucleation assisted crystallization process formed $CO_2$ leaves as colloid gas and is used as the template by the rapidly growing crystals in the nucleation site. This emulsion of $CaCO_3$ micro-crystals & $CO_2$ micro-bubbles forms hollow particles. Formed hollow particles are double walled, both internal and external faces belonging to the cleavage aragonites which separate the surrounding water from the enclosed gas cavity. Hence, the reverse reaction of $CO_2$ with water forming Carbonic Acid is not possible and the pH stability is maintained. In fact every excess $CaCO_3$ crystals are buffering any carbonic acid left over. This $CO_2$ based nucleation technology prevents scale formation in water channels, but it also helps to reduce the previously formed scales. This process takes out water dissolved $CO_2$ in almost-visible micro-bubbles forms that helps reducing previously formed scale over a period of time (depends on the usage period). The aragonite crystals can't form scale because of its stable molecular structure and neutral surface electro potentiality.

• 공업화학
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• 제28권1호
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• pp.101-111
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• 2017

광물탄산화 기술은 천연광물 및 산업부산물에 포함된 칼슘이나 마그네슘을 이산화탄소와 반응시켜 탄산염을 생성하는 기술로 이산화탄소를 열역학적으로 안정한 형태로 저장할 수 있는 기술이다. 본 연구는 철강슬래그를 이용한 이산화탄소 저감 및 추출 후 슬래그 재활용을 통해 환경적 부담 및 공정 비용 절감을 절감할 수 있는 광물탄산화 상용화 기술 개발을 목표로 설정하였다. 추출 용매(염화암모늄)를 사용하여 괴재 및 전로슬래그로부터 칼슘을 추출하고 추출된 칼슘을 이산화탄소와 반응시켜 순도 98% 이상의 탄산칼슘을 합성하였다. 또한 칼슘 추출 후 슬래그를 건축자재(패널)로 활용하는 기술을 개발하였다. 슬래그의 칼슘 추출효율에 따라 상이한 결과를 보였지만 광물탄산화 전체 공정에 있어 중량 비(약 80-90%)를 차지하는 칼슘 추출 후 슬래그(잔여슬래그)의 활용을 통해 광물탄산화 공정으로부터 배출되는 산업부산물의 양을 최소화하고자 하였다. 잔여슬래그는 시멘트 패널 제작에 활용되는 규사미분 대체 물질로서 이용하였고 기존 시멘트 패널과 물성평가(압축강도 및 휨강도)를 상호 비교하였다. 용액 내 칼슘 농도는 유도결합 플라즈마 분광분석기(Inductively coupled plasma optical emission spectrometer, ICP-OES)를 사용하여 분석하였다. 합성한 탄산칼슘은 X선 회절 분석법(X-ray diffraction, XRD)을 이용하여 결정학적 특성 및 정량 분석하였고 주사 전자 현미경(Field emission scanning electron microscope, FE-SEM)을 사용하여 표면 형상을 확인하였다. 시멘트 패널평가는 KS L ISO 679에 준하여 패널 제작 및 패널의 압축강도와 휨강도를 측정하였다.

• 한국세라믹학회지
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• 제39권12호
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• pp.1143-1148
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• 2002

침강성 탄산칼슘은 충진용으로 매우 유용하며 제지, 페인트, 플라스틱, 고무, 잉크 등 광범위한 공업분야에 사용되고 있다. 탄산칼슘은 켈사이트, 아라고나이트, 바테라이트의 세 가지 동질이상이 존재하며 그중 바테라이트는 천연적으로 산출되지 않는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 $Ca(OH)_2-CH_3OH-H_2O-CO_2$계에서 바테라이트 분체를 합성하고자 하였으며, 이때 반응도중 슬러리의 전기전도도, pH, $Ca^{2+}$ 이온농도 등을 측정을 행하였다. 반응이 종료된 후 최종생성물은 XRD 및 SEM을 이용하여 분석하였다. 실험결과 반응온도 50${\circ}C$ 이상에서는 바테라이트와 함께 켈사이트, 아라고나이트가 혼재하게 됨을 알 수 있었으며 순수한 바테라이트를 합성하기 위해서는 반응온도를 40-50${\circ}C$의 범위로 유지해야 함을 알 수 있었다. 또한 반응온도가 40${\circ}C$에서 50${\circ}C$로 증가함에 따라 생성되는 입자의 평균입도를 0.5 ${\mu}m$에서 0.8 ${\mu}m$까지 성장시킬 수 있음을 확인하였다.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 2001년도 가을 학술발표회 논문집
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• pp.549-554
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• 2001

It is possible for concrete using sea sand to contain chloride ion as well as cation such as Na$^{+}$and $K^{+}$ during mixing process. It is known that some cations such as Na$^{+}$and $K^{+}$ remain in pore solution without binding In this study, therefore, we intend to inspect the behavior of cations in cement paste as well as NaCl, CaCl$_2$ and KCI through analysis of pore solution extracted from cement paste with high pressure vessel. As a result, increase of alkali ions by adding sea sand and admixtures to the fresh concrete means use of the cement contained high alkali contents. In this case, alkali ions in pore solution can decrease durability of cement products causing alkali-aggregate reaction or accelerated carbonation. So it needs to be studied.studied.