제지슬러지소각재와 광물탄산화 방법을 이용한 이산화탄소 저장 연구

Abstract

광물탄산화는 이산화탄소를 칼슘, 마그네슘 등을 함유한 금속산화물과 반응시켜 영구적으로 저장하는 기술이다. 본 연구에서는 광물탄산화 방법으로 이산화탄소를 저장하기 위해 알칼리성 산업부산물인 제지슬러지소각재(PSA)를 원료로 선정하였다. 그리고 염산, 아세트산, 염화암모늄, 아세트산암모늄, 구연산나트륨, 물의 다양한 용제와 PSA를 반응시켜 간접탄산화 방법으로 이산화탄소를 저장하였고, 해수와 PSA를 반응시켜 직접탄산화 방법으로 이산화탄소를 저장하였다. 간접탄산화 방법의 경우 용출반응과 탄산화반응으로 나누어 실험을 진행하였고, 이를 통해 최적의 반응 조건을 도출하였다. 또한, 이산화탄소 저장 효율을 높이기 위해 알칼리 처리 또는 탄산화반응 시간을 조절하였다. 직접탄산화 방법의 경우 다양한 실험을 통해 해수와 PSA를 이용한 직접탄산화 반응의 최적 용매의 양(해수와 PSA의 혼합비)과 반응시간을 찾았고, PSA를 이용한 직접탄산화 반응에 해수와 초순수를 각각 용매로 사용했을 때의 이산화탄소 저장량을 비교하였다. 결과적으로 간접탄산화 방법에서 0.7M 염산을 고액비 2g/50mL로 30분간 반응시켰을 때 PSA로부터 최대 54.1%의 칼슘이 용출되었다. 그리고 용출 실험을 통해 도출한 조건에서 아세트산과 PSA를 반응시켜 얻은 용출액에 수산화나트륨으로 알칼리 처리 후 탄산화 했을 때 최대 324kg CO2/ton PSA를 저장할 수 있었다. 한편, 직접탄산화 방법에서 해수와 PSA의 적정 비율은 20g/100mL이었고, 최적 탄산화 반응 시간은 2시간이었다. 위 조건에서 해수와 PSA가 혼합된 슬러리를 탄산화 했을 때 최대 113kg CO2/ton PSA를 저장하였다. 간접탄산화 후 회수한 고체는 일부 불순물을 제외하고 대부분 Calcite 형태의 고순도 탄산칼슘이었으며, 직접탄산화 후 회수한 고체는 Calcite 형태의 탄산칼슘과 소량의 탄산마그네슘을 포함하고 있었다.