As the impact of global warming on the environment is becoming significant, there have been many efforts in developing $CO_2$ capture technology from the air, since $CO_2$ has been the major source of the global climate change. The current $CO_2$ capture technology relies on aqueous amine-based absorbents but restrained from continuous usage due to its corrosive nature and high regeneration energy. Because of these weaknesses, solid adsorbents have emerged as an alternative because of its relatively lower regeneration energy compared to aqueous amine-based technology. However, it is still far from to be commercialized because it suffers from sustainability, degradation of adsorbent during adsorption process, and yet high regeneration energy. Furthermore, the underlying mechanisms of these drawbacks are poorly established. Herein, the first principles calculations were carried out to improve the chemical understanding of $CO_2$ and GHG molecules adsorption efficiency and capture kinetics on solid adsorbents. Additionally, the catalytic effect on the solid surface during $CO_2$ adsorption have been suggested, which could help to develop sustainable solid adsorbents and establish the direction for the development of environmentally friendly and sustainable materials.
현재 지구온난화가 환경에 미치는 영향이 심각해지면서 주원인이 되는 CO2 배출 수준을 낮추기 위한 포집기술이 주목 받고 있다. 현재 $CO_2$ 포집기술은 알카놀아민 같은 습식 기술에 의존하고 있는데, 높은 부식석과 재생 에너지가 요구되므로 상대적으로 재생비용이 저렴한 고체 흡착제가 대체자로 주목 받고 있다. 하지만 지속성, 구동 중 흡착제의 퇴화, 높은 재생에너지 등 상용화하기에는 부족한 점들이 많이 있다. 더군다나 이러한 단점들이 왜 나타나는지 그리고 어떻게 하면 제어할 수 있는 이론적 근거와 화학적 개념이 잘 정립되어 있지 않다. 이에 따라 본 논문에서는 제일 원리계산을 통해 고체 흡착제에서 $CO_2$ 및 온실가스 포집능 및 포집 속도 향상을 위한 화학적 이해를 돕는 연구를 수행하고자 한다. 또한 $CO_2$ 가스 흡착시 고체 표면의 촉매 역할을 규명함으로써 새로운 고체 재료를 개발하는 기준을 찾고 친환경적이고 지속 가능한 소재 개발에 대한 방향성을 설정하고자 한다.
