MAIN TOPIC

MAIN RESEARCH TOPIC OF THE STAR LAB

1. 이산화탄소 포집/저장/재이용 (CCUS) 기술개발

Carbon Capture Utilization and Storage (CCUS)

DESCRIPTION

이산화탄소 포집/저장/재이용 기술은 CCUS (Carbon Capture Utilization and Storage) 라고도 불리는 기술이며, 산업시설 및 화학공정에서 발생하는 이산화탄소를 선택적으로 포집한 후, 지층 및 심해저지층 등에 저장하여 대기 중으로의 방출을 억제하는 CCS 기술과 저장하지 않고 유용한 물질로 전환시켜 타 산업군에서 원료 등으로 재이용 할 수 있는 CCU 기술로 나누어 생각할 수 있습니다. 우리나라의 경우 지층 구조 상 저장이 어려운 측면이 있어 CCS 기술보다는 CCU 기술에 대한 연구개발이 활발하게 진행되고 있습니다.

특히, CCU 기술을 적용하는 경우, 아래 Concept 그림과 같이 포집된 이산화탄소를 탄화수소(연료 등) 및 고분자 등으로 전환시킬 수 있는 유기전환(Organic conversion) 기술과 금속화합물 등 무기재료로 전환할 수 있는 무기전환(Inorganic conversion)을 고려할 수 있습니다. 하지만, 이산화탄소를 유기물질로 전환하는 경우 이산화탄소의 높은 화학적 안정성으로 인하여 다량의 에너지 투입이 필요하며, 효율적인 공정운영을 위한 촉매기술의 개발이 선행될 필요가 있습니다. 또한, 우리나라와 같이 다량의 이산화탄소를 배출하는 산업국의 경우에는 다량의 이산화탄소에 대한 감축이 요구되고 있기에 유기전환의 경우 반응속도의 비약적인 향상이 필요한 분야입니다.

한편, 이산화탄소를 금속탄산염(Metal carbonate salts) 기반의 무기물질로 전환시키는 경우, 반응속도가 높고 대량포집 및 전환이 가능하다는 장점이 있습니다. 이산화탄소를 포집할 때 액상 흡수제를 활용한 습식흡수법(Wet absorption method)을 활용할 수 있는데, 이 경우 포집된 이산화탄소가 Carbonate ion, Carbamate ion, Bicarbonate ion 등 이온형태로 존재하게 되며 금속양이온의 공급을 통해 자발적인 이온 간 결합반응을 유도할 수 있습니다. 이에 유기전환 기술 대비 에너지 사용량이 낮고 대량활용이 가능하다는 장점이 있습니다.

본 연구팀에서는 이산화탄소의 효율적인 포집 기술의 개발, 포집된 이산화탄소의 화학적 전환 및 성상제어를 통한 고부가 무기소재화, 탄소 자원화를 통한 이산화탄소 대량 활용에 관한 연구를 진행하고 있습니다.

CONCEPT

2. 공융용매기반 차세대 가스 분리 및 전환 시스템 개발

Separation and Chemical Conversion of Gaseous Particles

Based on Deep Eutectic Solvents (DES)

DESCRIPTION

공융용매(DES, Deep Eutectic Solvents)는 수소결합 공여체(HBD, Hydrogen Bond Donor)와 수소결합 수용체(Hydrogen Bond Acceptor)가 공융점(Eutectic point)를 형성하고 있는 물질입니다. HBD와 HBA가 단독으로 존재할 때에는 높은 화학적 인력 특성으로 인하여 주로 고체상으로 존재하거나 녹는점이 매우 높은 특성을 갖지만, 이 둘이 공융점을 형성하는 경우 액체상의 이온성 화합물(Liquid phase ionic compounds)가 생성되며 이를 공융용매라고 합니다. 이 과정에서 DES를 구성하고 있는 단위물질인 HBD와 HBA간 결합거리가 상대적으로 길어지며 이온결합 간 빈 공간(Vacancies)를 활용하여 가스상 물질을 포집하고 분리할 수 있습니다.

본 연구팀은 이러한 DES를 활용하여 가스상 물질에 대한 고효율 분리기술 개발을 진행하고 있으며, 특히 빈 공간을 활용한 가스입자의 물리적 포집(Physical capture) 이외에도 HBD/HBA의 화학적 특성 분석 및 제어를 통하여 분리성능을 대폭 향상시킬 수 있는 화학적 흡수(Chemical absorption) 기술개발을 추진하고 있으며, 이러한 물리화학적 고효율 포집과정에서의 공업화학적/화학공학적 지식을 응용하여 고부가 소재합성 연구를 함께 진행 중에 있습니다.

또한, 소재화 연구를 진행하는 과정에서 수치해석/컴퓨터 시뮬레이션 등의 첨단 기술을 적극 활용하여 물질의 물리화학적 특성을 예측하고 실 산업에 적용하기 위한 연구를 함께 진행하고 있습니다. 아래 Concept 그림을 참고하여 주시기 바랍니다.

CONCEPT