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이산화탄소 활용 촉매 열분해를 통한 폐섬유의 고부가 가치화
권도희 ( Dohee Kwon ),정성엽 ( Sungyup Jung ),이상윤 ( Sangyoon Lee ),권일한 ( Eilhann E. Kwon ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2021 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2021 No.-
합성 섬유의 발명 이후 우리의 삶의 질은 향상되었다. 그러나 합성 섬유는 생분해성이 없고 업사이클 및 재활용이 어려우므로 누적 생산량과 처리량은 중요하다. 섬유를 세탁하는 과정에서 신흥 오염물로 간주하는 미세 플라스틱이 환경으로 방출된다. 미세 플라스틱의 공급원 감소를 위한 수단으로 이 연구는 폐섬유를 부가가치 제품으로 전환하는 신속한 처리 플랫폼을 제안한다. 이를 위해 폐섬유의 촉매 열분해를 수행했으며 더욱 환경 친화적인 공정을 위해 폐섬유 열분해의 원료로 이산화탄소를 사용했다. 이산화탄소 환경에서 폐섬유의 열분해 결과, 합성 가스와 메탄이 생성되었으며 이산화탄소는 폐섬유의 열분해로 인해 발생한 휘발성 화합물과의 기상 반응을 통해 추가적인 일산화탄소를 생성했다. 반응 속도를 촉진하여 더 많은 양의 합성 가스를 생성하기 위해 코발트 기반 촉매를 이용하여 촉매 열분해를 수행했다. 이산화탄소를 이용한 비촉매 열분해보다 촉매 열분해는 수소와 일산화탄소의 생산량이 각각 3배와 8배 더 높았다. 또한, 이 공정은 촉매 비활성화를 억제했으며 80 wt. % 이상의 폐섬유를 합성가스와 메탄으로 전환했다. 이산화탄소를 원료로써 사용하여 일산화탄소를 더 많이 생성할수록 벤젠 유도체 및 다환방향족 탄화수소와 같은 유해 화학종의 형성을 최소화하는 효과적인 수단을 제공한다.
계분 열분해 공정을 통한 합성가스 생산 시 이산화탄소 및 바이오차 적용효과 분석
이동준 ( Dong-jun Lee ),정성엽 ( Sungyup Jung ),장유나 ( Yuna Jang ),김중곤 ( Jung Kon Kim ),정광화 ( Kwang-hwa Jeong ),박회만 ( Hoe-man Park ),권일한 ( Eilhann E. Kwon ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2021 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2021 No.-
국내 축산업은 1980년대 이후로 전업화 및 대규모화 되면서 급격히 성장하였으나, 이와 동시에 가축으로부터 발생하는 가축분뇨의 처리 문제가 크게 이슈화 되었다. 특히, 2019년을 기준으로 국내 가축분뇨 발생량은 5,000 만 톤을 넘어서면서(5,184 만 톤) 이에 대한 적절한 처리 기술 개발에 대한 관심이 높아진 실정이다. 현재 대부분의 가축분뇨는 자원화(퇴·액비화, 91.4%, 농식품부) 방법으로 처리되고 있는데, 국내 농경지 면적의 감소 및 각종 환경적 규제 등을 고려하였을 때, 높은 자원화 비율로 인한 환경적 문제를 해결할 수 있는 기술 개발이 시급한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 가축분뇨 중 산란계분을 대상으로 열분해 공정에 대한 적용 효과를 모색하였다. 추가적으로 향후 지속가능한 폐기물처리 기술을 개발하기 위해 온실가스로 여겨지는 이산화탄소와 계분 바이오차를 열분해 공정에 접목하고 이에 대한 효능 평가를 추진하였다. 이상의 실험결과, 이산화탄소를 활용하였을 때, 합성가스의 주요 산물인 일산화탄소 발생량이 증가하는 것을 관찰할 수 있었는데, 이는 열분해 과정에서 이산화탄소와 유기물의 균일반응(Homogeneous reactions)에 의한 것으로 판단된다. 추가적으로 계분 바이오차를 열분해 공정에 활용하였을 때, 니켈 촉매 대비 약 50%의 가스 발생량을 보였는데 이는 산란계분 내 높은 알카리성 이온(Ca 등)에 의한 것으로 판단된다.