음식물쓰레기, 가축분뇨로 고효율 이산화탄소 흡착제 대량생산한다
이기봉-옥용식 교수팀, 폐자원의 가스화로 고효율 이산화탄소 흡착제 생산 업사이클링 공정 개발
RSER 등 환경에너지 분야 최고 권위 학술지들에 논문 4편 연이어 게재 성과

▲ 파바니 박사과정(제1저자), 최승완 박사과정(제1저자), 이기봉 교수(교신저자), 옥용식 교수(교신저자)

고려대 이기봉 교수팀과 환경생태공학부 옥용식 교수팀은 음식물쓰레기, 가축분뇨 등의 폐자원에 가스화(Gasification) 공정을 적용하여 생산한 탄소 기반 신소재인 바이오차(Biochar)에 물리화학적 활성화 과정을 거친 고효율의 이산화탄소 흡착제를 대량 생산할 수 있는 시스템을 구축했다.

바이오차는 바이오매스 및 폐자원을 열분해하여 얻을 수 있는 토양 유기물 (Soil organic matter)과 유사한 형태의 고탄소 물질로 기후변화 저감, 폐기물 관리, 환경정화 및 에너지 생산 등이 가능한 신소재이다. 이번 연구에서는 가축분뇨 중 계분과 목재부산물의 가스화 공정에서 발생한 바이오차를 이용하여, 수산화칼륨과 이산화탄소로 활성화 과정을 거쳐 비표면적과 공극률을 극대화한 후 이산화탄소의 고효율 흡착제로의 성능을 평가했다.

실험결과 수산화칼륨으로 개질한 바이오차의 비표면적과 미세공극이 급격히 증가했으며, 이에 따라 바이오차의 이산화탄소의 흡착량도 대폭 향상됐다(아래 그림 참조). 개발한 바이오차 흡착제는 질소 가스에 비해 이산화탄소에 대한 선택능력 또한 높았으며, 이산화탄소의 흡탈착 연속성 평가결과에서도 10번의 사이클을 거치는 동안 99% 이상의 이산화탄소 제거율이 유지되어 장기간 재사용이 가능함을 알 수 있었다.

▲ 목재부산물과 계분 유래 바이오차의 이산화탄소 제거 효율 비교평가

이번 연구결과는 실험 논문으로는 이례적으로 Renewable & Sustainable Energy Reviews(RSER, IF: 12.110)에 출판됐으며, 동일 주저자와 그 이론적 배경을 정리한 최신 리뷰 논문까지 2편의 논문이 모두 브릭의 한빛사(한국을 빛낸 사람들)에 선정됐다. 해당 기술은 “바이오차를 이용한 이산화탄소 흡착제 및 이의 제조방법”으로 특허를 출원했으며(출원번호: 10-2020-0066045), 이 외의 공정 기술에 대해서도 추가적인 특허 출원을 진행 중에 있어 기술의 상용화 가능성 또한 높이 평가되고 있다.
[논문1]
* 논문명: Sustainable gasification biochar as a high efficiency adsorbent for CO2 capture: A facile method to designer biochar fabrication
* 저자정보: Pavani Dulanja Dissanayake, Seung Wan Choi, Avanthi Deshani Igalavithana, Xiao Yang, Daniel C.W. Tsang, Chi-Hwa Wang, Harn Wei Kua, Ki Bong Lee**, Yong Sik Ok*
* 학술지: Renewable and Sustainable Energy Reviews (2019년 IF 12.110, Green & Sustainable Science & Technology 분야 1위, CiteScore: 25.5)
브릭 “한빛사” 선정, DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.109785

[논문2]
논문명: Biochar-based adsorbents for carbon dioxide capture: A critical review
저자정보: Pavani Dulanja Dissanayake, Siming You, Avanthi Deshani Igalavithana, Yinfeng Xia, Amit Bhatnagar, Souradeep Gupta, Harn Wei Kua, Sumin Kim, Jung-Hwan Kwon, Daniel C.W. Tsang**, Yong Sik Ok*
학술지: Renewable and Sustainable Energy Reviews (2019년 IF 12.110, Green & Sustainable Science & Technology 분야 1위, CiteScore: 25.5)
브릭 한빛사 선정, DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.109582

이와 더불어 다른 2편의 논문도 「Journal of Hazardous Materials」,  「Science of the Total Environment」 등 환경에너지 분야 상위 학술지에 연이어 게재되는 성과를 거두며 활발한 연구를 이어가고 있다.

연구에 사용한 바이오차의 이산화탄소 흡착 실험 과정과 그 메커니즘은 아래 모식도와 사진에 상세히 나타냈다.

커뮤니케이션팀 서민경(smk920@korea.ac.kr)