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Cristian Aravena,Dongwook Lee,박진원,유윤성 한국공업화학회 2022 Journal of Industrial and Engineering Chemistry Vol.111 No.-
Deep eutectic solvents (DESs) prepared by mixing hydrogen bond donors (HBDs) and acceptors (HBAs)are attracting attention to use absorbents for carbon capture, storage, and utilization (CCUS) technology,but their applications in large-scale industries are limited by the scarce research in the field. When DESwas used as CO2 absorbent, the use of appropriate HBAs and HBDs is critical for application. In this study,choline chloride (ChCl, as the HBA) was mixed with five different HBDs and diluted to 20 wt% water (W)for improvement of mass transfer, and their CO2 absorption capacities and physicochemical propertieswere analyzed. Urea (U), ethylene glycol, glycerol, and malic and levulinic acids were used as HBDsdue to their various functional groups. ChCl:U:W can be a potential alternative to conventional alkanolamineabsorbents for use in CCUS among the studied DESs, as its absorption capacity was superiorto those of the other DESs. Increase of surface tension and decrease of density and viscosity wereobserved by addition of water on all of DESs. Additionally, absorption rate increased via water addition. This study can contribute to the future development of a more efficient CCUS technology using solventalternatives that are more suitable for future environmental challenges.
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Aspen Plus를 활용한 해수유래 물질기반 이산화탄소 포집 공정 설계
최원용 ( Won Yong Choi ),( Cristian Aravena ),장규민 ( Kyumin Jang ),이동욱 ( Dongwook Lee ),김인준 ( Injun Kim ),유윤성 ( Yunsung Yoo ),박진원 ( Jinwon Park ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2021 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2021 No.-
산업혁명 이후 화석연료의 끊임없는 연소로 인한 온실가스 배출로 인해 지구의 평균 기온은 1℃ 이상 상승하였으며, 이러한 기후 변화에 대응하기 위해 Carbon Capture and Utilization(CCU) 기술에 대한 수요는 증가되고 있다. 본 연구에서는 담수화 공정 폐수를 사용하여 폐수 및 대기 오염물질에 대한 동시 처리 프로세스를 제안하고 그 성능을 평가하였다. 담수화폐수는 Mg<sup>2+</sup>와 Ca<sup>2+</sup>이온의 함량이 높아 CCU 기술 적용 시 안정적인 금속이온의 공급원으로서 활용이 가능하여, 해수 유래물질의 전기분해를 통해 배출되는 이산화탄소 중 90% 이상을 탄산 및 중탄산 등 이온성 이산화탄소의 형태로 포집하였다. 염전폐수에 존재하는 금속 양이온은 pH swing을 통해 추출하였으며, 이를 통해 CO<sub>2</sub>포화 흡수제를 재생하고 금속 탄산염을 생성하였다. 전기분해 시뮬레이션은 MATLAB 2020a에서 실행되었으며, 탄산화 프로세스는 ASPEN PLUS를 통해 모델링하였다. 결과적으로, Ca의 경우 99%가 탄산칼슘으로 Mg는 60%가 탄산마그네슘으로 전환되었다. 시뮬레이션 툴을 활용하여 제안된 공정의 경제를 평가하였으며, 운용비용과 전력 가격의 상관관계를 확인하였다. 본 연구에서 제안된 공정을 통해 이산화탄소 광물 탄산화기술의 상용화에 있어 한 단계 발전하는 초석이 될 것으로 기대되며, 지속가능한 연구를 통해 지구 온난화 문제 완화의 기여할 것으로 생각된다.
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시뮬레이션을 이용한 해수 전기분해 기반 CO<sub>2</sub> 포집 및 광물 탄산화 연구
최원용 ( Wonyong Choi ),강동우 ( Dongwoo Kang ),유윤성 ( Yunsung Yoo ),( Cristian Aravena ),박진원 ( Jinwon Park ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2020 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2020 No.-
국내의 이산화탄소 배출량은 국제에너지기구(IEA, 2017)기준 세계에서 7번째로 높으며, 지속적인 증가 추세에 있으며, 이에 대응하기 위해 이산화탄소 배출 감소 기술인 CCU(carbon capture and utilization) technology의 적용이 고려되고 있다. 보편적인 CCU 습식흡수법에서 사용되는 아민계 흡수제를 통한 CO<sub>2</sub> 포집기술은 운용에 필요한 에너지 요구량이 큰 기술이기에, 효율적이고 경제적인 운용을 위한 개선이 요구되고 있다. 이에 본 연구에서는 정제소금 생산공정 부산물인 해수농축폐수의 전기분해로 인해 생성되는 알칼리 포집전환 용액을 통한 이산화탄소 포집 기술 공정의 경제성을 검증하였다. Matlab 프로그램을 활용하여 전기분해에 필요한 전력량을 계산하였으며, Aspen Plus 프로그램을 통해 흡수탑 공정 및 해수 내 잔존하는 금속이온들과 반응하여 CaCO<sub>3</sub> 및 MgCO<sub>3</sub>를 생성하는 광물탄산화공정의 Simulation을 진행하였다. 또한 Sensitivity Analysis를 통해 최적의 흡수제 및 공정 최적화를 이루는 운전조건을 도출하였으며 이를 바탕으로 해수 기반 이산화탄소 포집 및 광물화 공정의 타당성을 확인하였다.
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LFG 고순도화 및 플라이 애쉬 내 칼슘 이온을 통한 CO<sub>2</sub> 활용
장규민 ( Kyumin Jang ),유윤성 ( Yunsung Yoo ),이동욱 ( Dongwook Lee ),최원용 ( Won Yong Choi ),( Cristian Aravena ),김인준 ( Injun Kim ),박진원 ( Jinwon Park ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2021 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2021 No.-
본 연구는 MEA를 이용한 Landfill gas(LFG) CCUS 프로세스와 Municipal Solid Waste Incineration(MSWI) fly ash에서 추출한 Ca 이온을 활용하여 포화 된 Monoethanolamine(MEA)의 재생에 대한 연구를 하였다. LFG는 유기 폐기물의 혐기성 소화에 의해 생성된 혼합물로, 주로 CO<sub>2</sub> (30-50 vol.%)와 CH<sub>4</sub> (40-60 vol.%)를 함유하고 있다. LFG에 CO<sub>2</sub>가 존재하면 열량이 감소하기 때문에, CO<sub>2</sub>의 제거를 통해 양질의 메탄가스를 생산하고자 한다. Carbon Capture Utilization and Storage(CCUS)는 배가스로부터 CO<sub>2</sub>를 선택적으로 포집 후 이를 저장 및 유용 물질로 활용하는 기술이다. 일반적으로 MEA는 CO<sub>2</sub>와의 반응에서 높은 흡수 용량과 반응속도로 인해 사용되는 상용 흡수제지만 재생에 다량의 에너지가 소모되는 단점이 있다. 이에 따라 광물 탄산화를 활용하여 포화된 MEA를 추가적인 에너지 소모 없이 재생하였다. 광물 탄산화의 원료 물질은 고형 폐기물 소각에서 발생하는 MSWI fly ash를 선정하였으며 3단계로 구성된 pH-swing method를 통해 Ca를 추출하였다. 추출 용제로 1N-citric acid, acetic acid, formic acid가 사용되었으며 칼슘 이온 회수율은 각각 82.82 %, 98.35 %, 97.99 %를 달성하였다. 이후 LFG 내 CO<sub>2</sub>를 제거하기 위해 흡수실험을 진행하였으며 시간 별 CH<sub>4</sub>-CO<sub>2</sub> 농도 곡선을 도시하였다. 포화 된 흡수제의 재생을 위하여 fly ash에서 추출한 Ca를 첨가하여 흡수제를 재생하였으며 침전된 침전물은 여과 후 회수하였다. pH-swing method에서 발생한 상등액과 침전물에 대하여 Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry (ICP-OES) 분석, X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscope(SEM) 분석을 통해 구성성분의 농도 및 최종 Ca 이온의 형태를 확인하였다.
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