대표적인 온실가스 중 하나인 메탄가스(CH4)는 각종 산업에서 배출되고 있습니다. 또한 매립되는 일반 폐기물에서 발생하는 가스에는 이산화탄소(CO2)와 메탄(CH4)이 대부분을 차지하고 있는데, 이것은 지구온난화를 가중시키고 지구환경을 오염시키는 문제를 야기하고 있습니다.
이렇게 각종 산업과 쓰레기에서 발생되는 가스는 여러가지 가스들이 혼합된 경우가 많아 이를 선택적으로 분리 회수할 수 있는 정제기술이 필요합니다. 오늘은 혼합된 가스에서 필요한 가스만을 선택해 분리하는 흡착기술과 소재에 대해 알아보도록 하겠습니다.
공기 중 혼합가스 분리기술 #흡착기술
혼합된 가스를 분리하는 기술로는 저온 분리법, 흡수법, 막분리법, 흡착법 등이 있으며, 이 중 흡착법은 미세기공율을 가지는 고체 표면에 기체 혼합물질이 선택적으로 흡착되는 원리를 이용하는 기술로 ‘흡착제’의 역할이 매우 중요하게 작용합니다.
탄소분자체는 세공의 크기가 일정하게 조절된 탄소흡착제로서, 세공의 크기보다 작은 분자만 통과시킵니다. 이러한 특성을 이용해 온실가스인 이산화탄소와 메탄가스를 분리할 수 있습니다.
필요한 가스를 분리하는 흡착제 #탄소분자체
탄소분자체(CMS, Carbon Molecular Sieve)는 기체분자와 유사한 크기의 기공이 표면에 균일하게 분포하고 있어 흡착 및 탈착 속도가 빨라 기체분리공정에 널리 사용되고 있는 소재입니다. 일반적으로 가스 및 정제공정인 ‘압력스윙흡착공정(PSA, Pressure Swing Absorption)’을 통해 공기 중 산소와 질소를 분리하거나 메탄가스와 이산화탄소를 분리하는 데 사용됩니다.
탄소분자체의 #장점
이산화탄소는 메탄에 비해 흡착속도가 빠르며, 산소도 질소에 비해 흡착속도가 빠릅니다. 탄소분자체는 이러한 분자의 확산속도 차이를 이용해 특정 가스를 분리할 수 있는 것인데요. 다른 가스분리방법에 비해 많은 에너지가 필요하거나 고가의 장치가 필요하지 않아 경제적이면서도 에너지 효율이 높습니다.
또한 고분자 분리막과 지올라이트 분자체에 비해 판상 구조분자에 대한 높은 선택 분리성, 소수성 표면, 내약품성, 내열성, 재활용이 가능하다는 장점을 지니고 있습니다.
탄소분자체 #제조기술
탄소분자체가 가스를 분리하고 흡착하는 기능은 표면의 세공 크기와 균일성, 그리고 세공의 구조입니다. 바로 이것들을 제어하는 데 고도의 기술이 필요합니다. 탄소분자체를 제조하는 기술은 미국과 일본, 독일 등이며 우리나라는 전량 일본에서 수입해 사용해 왔습니다.
한화솔루션 케미칼부문은 최근 산업기술평가관리원과 협약을 맺고 산업용 가스 분자를 선택적으로 흡착해 분리할 수 있는 탄소분자체 개발을 진행하고 있습니다. 이렇게 개발된 탄소분자체는 산업용 가스에서 이산화탄소를 흡착 분리하는 데 사용되어 이산화탄소 포집 및 저장 기술의 효율을 높일 수 있습니다.
공기 중 이산화탄소를 줄일 수 있어 온실가스를 낮추는 데 기여할 수 있으며, 또한 물에서 고순도의 수소를 생산하는 수전해기술과 폐기물에서 발생하는 바이오가스의 연료 에너지 전환도 가능합니다.
한화솔루션은 기후변화에 더욱 적극적으로 대응하고 탄소중립국가로 발돋음할 수 있도록 기술개발을 위해 앞장서도록 하겠습니다.
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