Global warming due to increased carbon dioxide (CO₂) emissions is an urgent issue to resolve because it can cause serious climate change and environmental problems. Among various CO₂ capture methods, Solid CO₂ adsorbents applied to the post-combustion capture process have been widely investigated. However, the adsorbents so far have been limited in their ability by reaction with carbon dioxide, oxygen, and water vapor during the CO₂ capture process, and also, it was impossible to mass-produce the adsorbents to be applied in the actual industry. To solve this problem, this study used common materials which are easy and economical to mass production as raw material of the adsorbent. The pore structural characteristics of the silica used as the support were controlled and the physicochemical properties of amine polymers were changed through a simple reaction to dramatically improve the CO₂ capture ability. The developed adsorbent satisfied various engineering requirements such as rapid CO₂ ad/desorption characteristics, high regeneration stability, mechanical strength and mass productivity. In addition to the development of adsorbents, the energy consumption of the capture process, which varies with the characteristics of the adsorbent, was analyzed and minimized and consequently the conditions under which the CO₂ capture process can be operated economically were derived.
이산화탄소(CO₂) 배출 증가로 인한 지구 온난화는 심각한 기후 변화와 환경 문제를 야기할 수 있기 때문에 시급히 해결해야 할 과제이다. 다양한 이산화탄소 포집 방법 중에서 연소 후 포집 공정에 적용되는 고체상 이산화탄소 흡착제에 관한 연구들이 활발히 진행되어 왔다. 하지만 지금까지의 흡착제들은 포집 운전 도중 이산화탄소, 산소 및 수증기와 반응하여 시간에 따라 성능이 급격히 감소하는 한계점을 보여 왔으며, 또한 대부분의 소재들이 실제 산업에서 응용될 정도의 대량생산은 불가능하였다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 대량생산에 용이하고 경제적인 범용 물질들을 흡착제의 원재료로 이용했으며, 담지체로 사용되는 실리카의 기공구조적 특성을 조절하고, 아민 고분자의 물리화학적 특성을 간단한 반응을 통해 변화시켜 탈착 성능, 반응 속도, 재생 안정성 등을 비약적으로 증진시켰다. 이렇게 개발된 흡착제는 신속한 이산화탄소 흡탈착 특성, 높은 재생 안정성, 대량생산성, 성형 능력, 마모 강도 등의 다양한 공학적 요구 조건을 만족시켰다. 또한 흡착제 개발뿐만 아니라 흡착제 특성에 따라 변화되는 포집 공정의 에너지 소비량을 분석하고 최소화하여, 경제적인 이산화탄소 포집 공정이 운전될 수 있는 흡착제의 조건을 도출하였다.
