초록 ▼

본 연구는 온실가스의 저감 및 농산, 임축산 환경 폐기물의 청정활용기술, 온실가스의 자원화 기술, 전체 Carbotron system에서의 온실가스의 순환 재활용 기술을 복합적으로 접목하여 온실가스 협약에 관한 국제적인 대응이 가능하도록 추진한 연구과제로, 축산 폐기물 처리 및 $CO_2$ 발생 - $CO_2$ trap 시스템 - $CO_2$ 이송 channel (어업, 임산 폐기물을 이용한 흡착제 개발) - 조류에 의한 $CO_2$ 제거 - 수생식물에

본 연구는 온실가스의 저감 및 농산, 임축산 환경 폐기물의 청정활용기술, 온실가스의 자원화 기술, 전체 Carbotron system에서의 온실가스의 순환 재활용 기술을 복합적으로 접목하여 온실가스 협약에 관한 국제적인 대응이 가능하도록 추진한 연구과제로, 축산 폐기물 처리 및 $CO_2$ 발생 - $CO_2$ trap 시스템 - $CO_2$ 이송 channel (어업, 임산 폐기물을 이용한 흡착제 개발) - 조류에 의한 $CO_2$ 제거 - 수생식물에 의한 $CO_2$ 제거 - 대기 방출로 연결되는 $CO_2$제거 및 폐기물 자원화를 위한 최적 Carbotron system을 개발한다.
이를 위하여 실험실 규모로 제작된 Carbotron system에서 고농도 이산화탄소 trap-확산 channel, 광합성 생물체에 의한 이산화탄소 저감 효율 최적화 및 미생물을 활용한 축분 폐기물 처리/재이용을 위한 연구를 수행하였으며, 시스템 규모, 시스템 건설 및 운전의 경제성, 기타 자연 사회 환경 등을 고려한 Carbotron system의 효능 최적화 조건을 도출하였다. 상기에서 수행한 연구 결과를 토대로 향후 실용화를 위한 Carbotron system 모델의 설계안을 제시하고 이를 향후 상용화를 위한 원천기술로 활용할 수 있는 기반을 구축하였다.

Abstract ▼

In this study, the Carbotron system are separated into two main unit operations; chemical treatment units for high range $CO_2$ loading and biological units for low range $CO_2$ loading. The chemical units were design to treat polluted gases contained $CO_2$ ranging

In this study, the Carbotron system are separated into two main unit operations; chemical treatment units for high range $CO_2$ loading and biological units for low range $CO_2$ loading. The chemical units were design to treat polluted gases contained $CO_2$ ranging from 10,000-400,000 ppm (1-40% v/v). The biological units were designed to treat polluted gases contained $CO_2$ ranging from 10,000-100,000 ppm (1-10% v/v). In this study, Carbotron units comprise of chemical absorption by metal oxide called "$CO_2$ trap system", $CO_2$ distribution by pipe-line transportation ($CO_2$ transportation by natural-bed materials such as crush shell-fishes, wood-chips and charcoals), $CO_2$ removal by micro-algae called "photo-reactor" and $CO_2$ removal aquatic plants called phyto-reactor.

목차 Contents

• 환경기술개발사업 최종보고서.초록 ...1
• 제출문 ...3
• 보고서 초록 ...5
• 요약문 ...7
• SUMMARY ...11
• CONTENTS ...17
• 목차 ...21
• List of Tables ...26
• List of Figures ...27
• 제1장 연구개발과제의 개요 ...33
• 제1절 연구의 배경 ...35
• 제2절 연구의 목적 ...37
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ...41
• 제1절 온실가스 처리 기술 현황 ...43
• 1. 이산화탄소의 공급원 ...44
• 2. 이산화탄소의 분리/회수 ...45
• 가. 용매 세정법 ...47
• 나. 초저온 분리법 ...47
• 다. 멤브레인 분리법 ...48
• 라. 흡착 ...48
• 3. 이산화탄소의 이송 ...49
• 4. 이산화탄소의 저장 ...50
• 가. 원유와 가스탱크 ...50
• 나. 해양 저장 ...52
• 다. 미발굴된 탄광 지층에 저장 ...53
• 라. 광합성에 의한 생물학내 저장 ...54
• 5. 기타 저장법 ...57
• 제2절 축분을 이용한 폐기물 처리 공정 ...58
• 1. 축분 처리 조건 ...58
• 가. 영양원 ...59
• 나. 온도 ...59
• 다. 수분 ...60
• 라. 산소의 공급 ...60
• 마. 통기성의 개선 ...61
• 2. 축분 처리 시설의 종류 ...62
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ...65
• 제1절 농, 축산 폐기물 처리 공정 및 CO2 발생 연구 ...67
• 1. 농, 축산 폐기물 처리 기작 ...67
• 2. 실험재료 및 방법 ...68
• 가. 미생물 활성화액 발효공정 ...68
• 나. 축분 처리공정 ...71
• 다. 처리공정에서 발생하는 이산화탄소 발생 및 온도 변화 측정 ...72
• 3. 실험 결과 ...74
• 가. 미생물 활성화액 제조 ...74
• 나. 축분 발효 공정 ...75
• 다. 처리 공정에서 발생하는 발생 및 온도 변화 측정 ...80
• 4. 요약 ...84
• 제2절 고농도 CO2 trap 시스템 ...85
• 1. 기초 배치 실험 ...86
• 가. 실험재료 및 방법 ...86
• 나. 실험 결과 ...87
• 2. CO2 trap reactor의 설계 및 운전 ...88
• 가. CTR Module 01 ...88
• 나. CTR Module 02 ...90
• 다. CTR Module 03 ...92
• 라. CTR Module 04 ...93
• 3. 요약 ...95
• 제3절 온실가스 이송 channel에 관한 연구- 어업, 임산 폐기물을 이용한 흡착제 가공기법 개발 ...97
• 1. 실험재료 및 방법 ...98
• 가. 가스 주입량 조절 장치 ...99
• 나. 이산화탄소와 공기의 농도 조절 장치 ...99
• 다. 수분 조절 장치 ...101
• 라. 이산화탄소 이송조(CO2 pipe-line transport reactor) ...101
• 2. 흡착제가공 공정에 관한 연구 ...102
• 가. 패각 흡착제의 가공공정 ...102
• 나. 기타 흡착제의 가공공정 ...105
• 3. 파라미터의 측정 ...106
• 4. 실험 결과 ...108
• 5. 요약 ...113
• 제4절 조류에 의한 CO2 제거 ...116
• 1. 조류에 의한 CO2 제거 기작 ...116
• 가. 생물체내 광합성 작용 ...117
• 나. 조류에 의한 CO2 제거 기작 ...118
• 2. 실험재료 및 방법 ...123
• 가. 반응조 ...123
• 나. 원수 성상 ...125
• 3. 실험 결과 ...126
• 가. 저농도 범위 (5,000 ppm ≤ CO2, inlet ≤ 10,000 ppm) ...126
• 나. 고농도 범위 (10,000 ppm ≤ CO2, inlet ≤ 120,000 ppm) ...128
• 4. 요약 ...136
• 제5절 수생 식물에 CO2 제거 ...137
• 1. 수생식물에 의한 CO2 제거 기작 ...142
• 2. 실험재료 및 방법 ...148
• 가. 반응조 구성 ...148
• 나. 원수의 성상 ...151
• 3. 실험 결과 ...152
• 가. 반응조 운전 결과 ...152
• 나. 모델링 ...153
• 4. 요약 ...157
• 제6절 수생 식물에 의한 수질 정화 ...159
• 1. 수생식물에 의한 수질 정화 기작 ...159
• 가. 부유 고형물 제거 메카니즘 ...159
• 나. 유기물 제거 메카니즘 ...160
• 다. 질소 제거 메카니즘 ...161
• 라. 인 제거 메카니즘 ...163
• 마. 기타 오염 물질 제거 메카니즘 ...165
• 2. Iris ensata에 의한 수질정화 효능 연구 ...165
• 가. 실험재료 및 방법 ...165
• 나. 실험 결과 ...167
• 3. Acorus gramineus에 의한 수질정화 효능 연구 ...168
• 가. 실험재료 및 방법 ...168
• 나. 실험 결과 ...177
• 4. 요약 ...180
• 제7절 생태단지 내 CO2 모니터링 ...181
• 1. 실험재료 및 방법 ...181
• 2. 실험 결과 ...185
• 3. 요약 ...187
• 제8절 Carbotron system 설계 ...188
• 제4장 목표 달성도 및 관련분야에의 기여도 ...193
• 제1절 목표 달성도 ...195
• 제2절 관련분야에서의 기여도 ...198
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ...201
• 제1절 환경적 활용계획 ...203
• 제2절 사회.경제적 활용계획 ...203
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ...205
• 참고문헌 ...209
• 부록 ...221