[논문]폐(廢)콘크리트 미분말(微粉末)과 무기성(無機性) 폐부산물(廢副産物)을 이용(利用)한 <tex>$CO_2$</tex> 고형화(固形化)

안지환; 유광석

초록
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무기성 산업폐기물을 이용한 $CO_2$ 고형화 연구는 폐콘크리트 시멘트 미분말 등 무기성 산업폐부산물의 성분 중의 CaO 또는 MgO 성분과 지구온난화의 주범인 $CO_2$와 반응시켜 탄소를 안정적으로 고형화시켜 대기 중의 $CO_2$의 발생을 저감시키는 연구이다. 본 고에서는 산업 현장 및 도시에서 발생되는 $CO_2$의 대기 방출을 저감시킴과 동시에 산업폐부산물의 유효 자원화를 위한 $CO_2$ 고형화 연구의 국내외 기술 동향을 파악하고, 이를 통해 한국형 $CO_2$ 저감 및 활용 기술을 제시하고자 한다.

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This paper will introduce the study which is the solidification and reduction of $CO_2$ green house gas, by using inorganic industrial wastes such like waste cement, steel making slag, incineration ash and so on. These inorganic wastes contain a large quantity of CaO content in common, wh...

This paper will introduce the study which is the solidification and reduction of $CO_2$ green house gas, by using inorganic industrial wastes such like waste cement, steel making slag, incineration ash and so on. These inorganic wastes contain a large quantity of CaO content in common, which is easily reacted with CaO resulting in formation of $CaCO_3$. It will be suggested in this study that the necessary of the reduction and solidification of $CO_2$ gas with using industrial inorganic wastes is for building the Korea carbon storage model in this study.

주제어

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문제 정의

네덜란드에서는 Huijgen와 Comans가 최초로 직액고반응을 이용하여 wollastonite와 슬래그로 탄산화 한 실험을 수행하였으며 핀란드에서는 Finland Teir et a/. 이 Kakizawa 에 의해 제안된 간접법을 이용하여 탄산칼슘침전물을 목표로 한 연구에 착수하였다. 일본에서는 폐 시멘트/콘크리트를 이용한 탄산화 연구 주제로 연구가 진행되었으며, 미국과 캐나다에서도 폐기물과 산업부산물을 이용한탄산화 반응이 주목을 받기 시작하였다.
이에 본 고에서는 단지기적으로 포집된 CC>2의 저감과 동시에 효율적인 처리가 가능한 CO₂ 고형화 연구를소개하고, 최근 관련 기술의 국외 동향을 고찰함으로써한국 산업형 co2 고형화 기술의 필요성을 제시하고자한다.

제안 방법

, 43, 7880-7887, 2004)은 폐시멘트를 이용하여 Indirect 반응을 통해 CO₂ 저감을 위한 프로세스 개발에 관한 연구를 진행하고 있다. Katsuyama et ale폐시멘트를 이용하여 CO2의 탄산화를 통한 고순도의 CaCCe를 얻고자 하였으며, 과정은 Fig. 5와 같다.
본 프로젝트는 1) Process integration, 2) CO₂ Capture, 3) Waste Processing and treatment, 4) Spraying and Combustion 의 4개 전략 분야로 나누어 CO2 온실 가스 저감을 추진하고 있다. 본 프로젝트의 특징으로 CO2 온실 가스 저감을 위해 각 분야별 핵심 기술의 융복합화를 꾀하고 있으며, 특히 광물 자원 및 폐자원 처리 활용 기술과 CO2 고형화 기술과의 접목을 시도하고 있다.

대상 데이터

보유하고 있다. 특허에는 paper bottom ash와 steel slag를 사용하였다. 국제특허번호는 PCT/EP2006/069796 이 며, 특허 명 은 Process for sequestration of Carbon Dioxide 이다.

이론/모형

또한, 시멘트 입자의 크기가 작을수록 표면적이 넓어 빠르게 추출되는 결과를 나타내었다. 실질적인 프로세스 개발을 위해 프로세스의디자인과 Bond's equation을 통해 에너지 필요량을 측정히.여 전력소비에 관한 연구도 함께 수행하였다.

성능/효과

4에 나타난 바와 같이 핀란드에서 CO₂ 고형화 프로젝트의 일환으로 진행되고 있는 'Waste Process and Treatment' 연구 프로젝트가 대표적 사례이다. 본 프로젝트는 1) Process integration, 2) CO₂ Capture, 3) Waste Processing and treatment, 4) Spraying and Combustion 의 4개 전략 분야로 나누어 CO2 온실 가스 저감을 추진하고 있다. 본 프로젝트의 특징으로 CO2 온실 가스 저감을 위해 각 분야별 핵심 기술의 융복합화를 꾀하고 있으며, 특히 광물 자원 및 폐자원 처리 활용 기술과 CO2 고형화 기술과의 접목을 시도하고 있다.
이와 함께 미국 Department of Engergy(DOE)에서는 1997년 시작으로 2022년까지 Carbon sequestration technology road-map and program plan을 구축하여 주진하고 있다. 본 프로그램의 핵심 R&D는 1) CO₂ capture, 2) Carbon storage, 3) MM&V(Monitoring, mitigation, verification), 4) non-CO₂ greenhouse gas control, 5) Breakthrough concepts의 5개 영역으로 분리하여 주진하고 있으며, 5개 핵심 R&D 중 Breakthrough concepts에 CO₂ Solidification [Mineral Carbonation] 포함 되어져 있다. 광물 탄산화 분야에도 활발한 연구가 진행되고 있는데, 대표적으로 콜롬비아대 지구공학센터의 Lackner 교수팀은 미국내 알칼리광물을 이용한 반응 CO₂ 고정화연구를 수행하고 있다.
또한 CO2의 압력이 증가할수록 추출된 Ca의 농도가 증가하게 된다. 또한, 시멘트 입자의 크기가 작을수록 표면적이 넓어 빠르게 추출되는 결과를 나타내었다. 실질적인 프로세스 개발을 위해 프로세스의디자인과 Bond's equation을 통해 에너지 필요량을 측정히.
본 연구 결과, 고압의 CC>2를 주입하여 폐시멘트에서 Ca, Mg 등의 이온을 추출되는 속도는 반응초기에는 매우 빠르게 증가하다 일정시간이 지나면 일정해지는 경향을 보였다. 또한 CO2의 압력이 증가할수록 추출된 Ca의 농도가 증가하게 된다.
여 전력소비에 관한 연구도 함께 수행하였다. 이온추출에 영향을 주는 인자는 함수율과 CO2의 압력, 온도, 그리고 반응기의 용량이며 함수율이 많을수록, CO2 의 압력이 낮을수록, 입자 크기가 작을수록 전력소비량이 적은 결과를 나타냈다. 이를 바탕으로 추출효율과 에너지효율을 고려하여 최적의 운전조건에 대한 결과와생산된 CaCS를 사용하여 부가적인 수익을 창출할 수있다는 보고를 하고 있다.

후속연구

감축 의무를 약 5% 지게 될 경우 2004년 기준 약 3천만CO"의 온실가스 배출을 감축하여야 하고, 이는 년간약 4조원의 비용을 국내 산업체가 부담해야 하는 상황에 직면하게 되어 국내 산업에 큰 부담으로 작용할 것으로 예상된다. 이에 발생된 CO2가스의 저감을 위해서는 일정수준 기술축적이 이루어진 CC)2가스 포집기술과포집된 CO₂가스를 안정적이고 효율적으로 저장 또는활용하는 기술의 개발이 필요하다.
특히 국내 산업 구조는 국가 성장동력 산업의 대형화에 따라 CO₂ 다소비 형 구조를 하고있으며, 대표적 산업으로 중화학석유 산업, 철강 산업, 시멘트 산업, 화력발전 산업 등이 우리 국가 경제 성장의 주 축으로 큰 역할을 하여 왔다. 이에 향후 CO₂의환경적 규제는 안정적이고 지속적인 국가 산업 성장력과 만 물려 시급히 해결해야할 시점에 도달하였다.

참고문헌 (15)

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Giulia Costa, Renato Baciocchi, AIessandra Polettini, Raffaella Pomi, Colin D. Hills, and Paula J. Carey, 2007 : 'Current status and perspectives of accelerated carbonation processes on municipal waste combustion residues,' Environ Monit Assess. 135. 55-75

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Huijgen, W. J. J. and Comans, R. N. J., 2003 : Carbon dioxide sequestration by mineral carbonation: Literature review, ECN
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상세보기
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Van Gerven, T., Van Keer, E., Arickx, S., Jaspers, M., Wauters. G. and Vandecasteele, C., 2005 : 'Carbonation of MSWl bottom ash to decrease heavy metal leaching, in view of recycling,' Waste Management, 25, 291-300

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Wiles, C. and Shepherd, P., 1999 : Beneficial Use and Recycling of Municipal Waste Combustion Residues - A Comprehensive Resource Document, National Renewable Energy Laboratory (NREL)
Kodama, S., Nishimoto, T., Yogo, K., Yamada, K., 2006 : Design and evaluation of a new C02 fixation process using alkaline-earth metal wastes. 8th International Conference on Greenhouse Gas Control Technologies, 19~22 June, Trondheim, Norway)

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