알칼리 첨가제의 종류와 주입속도가 간접광물탄산화 효율에 미치는 영향 = Effect of the kinds of alkali additions and injection velocity on the efficiency of Indirect mineral carbonation

국문 초록 (Abstract)

온실가스인 CO₂는 지구온난화의 주원인으로서 전 세계적으로 CO₂의 발생 및 배출제어에 대한 필요성이 대두되고 있다. CO₂배출량 감소를 위한 기술인 광물탄산화는 알칼리토금속 성분인 마그네슘과 칼슘 성분을 다량함유한 지하광물을 CO₂와 반응시켜 안정한 상태인 탄산염광물로 형성하여 이산화탄소를 고정시키는 방법이다. 최근에는 폐콘크리트, 슬래그 및 CKD 같은 산업 폐기물이 다량의 칼슘과 마그네슘을 함유하고 있어 이를 활용하여 CO₂제거하는 방법이 주목받고 있다. 따라서 본 연구는 간접광물탄산화에 사용되는 알칼리토금속의 원료로서 CKD를 이용하였고 광물탄산화 반응을 진행할 때 알칼리 첨가제의 종류와 주입속도가 CO₂의 제거율 및 Precipitated calcium carbonate(PCC)의 생성거동에 미치는 영향을 조사하고 발생부산물인 PCC를 산업재료로 재활용할 수 있는 공정을 개발하고자 한다.
330μm-760μm의 입도를 가진 CKD를 물과 섞어 160g/L를 만든 후 칼슘을 추출하기 위해 HCl 41.67ml/L를 넣어 30분간 용출 후 감압여과 하여 상등액을 취한다. 이온센서기를 이용하여 상등액의 칼슘이온의 양을 확인하였다. 이후 MFC를 이용하여 5% CO₂혼합가스를 만들고 유입유량을 400ml/min로 하여 위에서 만든 칼슘 용출액에 알칼리 첨가제와 함께 주입한다. 반응기에서 광물탄산화 반응에 의해 이산화탄소는 제거되고 발생부산물인 PCC는 침전된다. 배출 가스의 CO₂는 이산화탄소 측정기로 연속 측정되고 측정값은 DAQ를 통하여 PC로 데이터를 전달 저장된다.
알칼리 첨가제는 KOH와 NaOH 두 종류를 이용하였으며 각각의 유입속도를 달리하여 실험하였다. 알카리 첨가제로 1.0N NaOH를 1.1ml/min, 2ml/min, 3ml/min의 유속으로 주입했을 때 각각의 CO₂제거율은 61.69%, 77.18%, 41.473%로 나타났고 PCC 생성량은 48.176g, 52.159g, 54.283g 이었으며 알카리 첨가제로 1.0N KOH를 1.1ml/min, 2ml/min, 3ml/min의 유속으로 주입했을 때 각각의 CO₂ 제거율은 54.47%, 54.44%, 28.85%로 나타났고 PCC 생성량은 52.649g, 54.992g, 52.539g을 나타내었다.
데이터상으로 CO₂의 제거율 수치에 대해서는 1.0N NaOH를 2ml/min의 유속으로 주입하는 경우가 가장 높은 수치의 CO₂제거율을 보여주지만 PCC의 생성량은 1.0N KOH를 2ml/min으로 주입한 경우가 가장 높았다. 이러한 결과는 선행연구에서 폐콘크리트를 이용한 간접광물탄산화와 비교할 때 non-PCC 이산화탄소 제거량은 크게 감소하고 제거 이산화탄소중 생성 PCC비율이 크게 증가하는 결과를 나타내었다. 따라서 PCC 생성은 탄산화 반응 중 용액의 pH 조건과 양이온의 종류에 큰 영향을 받는 것을 확인할 수 있었다.