Ambient CO 2 Adsorption and Regeneration Performance of Zeolite and Activated Carbon

Abstract

Direct Air Capture (DAC) technology using reusable energy is a plausible process to capture CO2 from non-point sources. In this paper, adsorption and desorption were repeatedly tested using low concentration CO2. Three types of adsor-bents were examined in cyclic CO2 adsorption and thermal regeneration. Adsorption capacities of zeolite 5A, zeolite 13X and activated carbon were 21 mg/g, 12 mg/g and 6 mg/g, respectively. Zeolite 5A shows the highest adsorption capacities after cyclic thermal regeneration. 요약 : 대기 중 CO2 포집 기술은 비점오염원 배출 CO2를 포집할 수 있는 유일한 기술 중 하나이다. 본 논문에서는 저농도 CO2 를 이용한 흡착 실험을 수행하였다. 세 종류의 흡착제를 이용한 흡착과 열재생을 반복하는 실험을 수행한 결과 제올라이트 5A, 13X 그리고 활성탄의 CO2 흡착량은 21 mg/g, 12 mg/g 그리고 6 mg/g으로 나타났으며, 열재생 반복실험 결과에서 제올라이트 5A가 가장 우수한 흡착 성능을 보여주었다. 주제어 : 제올라이트 5A, 제올라이트 13X, 활성탄, 이산화탄소 흡착, 재생 1. 서 론 화석 연료의 사용 증가로 인한 이산화탄소 배출의 증가로 급속한 지구의 온난화가 초래되었으며, 전 세계적으로 기후 변화에 따른 폐해는 앞으로 더욱 심각해질 것으로 전망하고 있다. 이와 같이 지구온난화로 인한 기후변화는 범 지구적인 환경문제로 이에 대한 대처가 시급한 실정이다. 국제에너지 기구(International Energy Ageny, IEA)는 전 세계가 신재생 에너지를 주 에너지원으로 사용한다고 가정해도 2050년 이 후 대기 중 이산화탄소 농도가 우려할 만한 수준으로 높아진 다고 보고하고 있다. 1) 이처럼 지구온난화와 기후변화는 인 류의 미래에 지대한 영향을 미칠 것이며 이에 대한 대비책 으로 대기 중 이산화탄소 농도를 혁신적으로 저감할 수 있는 기술 개발이 시급히 요구되고 있다. 현재 지구상 평균 CO2 농도는 390 ppm 2) 이며, 질량으로는 3조톤에 이르고, 매년 150 억톤의 CO2가 대기 중으로 배출되 평균 2 ppm씩 증가하고 있다. 온실가스에 의한 복사강제력은 2.6 W/m 2 으로 추산되 고, 그 중 CO2에 의한 것이 1.7 W/m 2 으로 나머지 0.9 W/m 2 이 CH4, N2O, CFC-12, CFC-11로 추정된다. 현재의 추세대 로 라면 Fig. 1과 같이 2040년에는 450 ppm 3) 을 상회하여 생 태계 및 수자원 등의 회복이 어려운 상태로 진행될 것으로 예상된다. 점오염원에서 배출되는 고농도 CO2 포집기술은 많은 연구자들에 의해 연구가 진행되어 왔으나 수송 및 주택 등에서 배출되는 50%에 육박하는 비점오염원 4) 배출 CO2를 제거하는 기술은 미비한 실정으로 대기 중 CO2를 효율적으 로 제거하는 기술(Direct Air Capture technology; DAC)이 미 국, 캐나다 5,6) 에서 제안되었으며 이에 대한 경제성 및 타당 성을 미국 물리학회에서 2년간 수행하였다. 7) DAC는 신재생 에너지를 이용할 수 있는 장점이 있어 향후 대기 중 온실가 스를 저감할 수 있는 대안으로 떠오르고 있다. Fig. 1. Projection of CO2 concentrations using six circulation models.