KR100960704B1 - 연소시 발생되는 이산화탄소를 제거하기 위한 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 난방기(보일러, 온풍기 등) 및 기타 장치(소각로, 발전기 등)의 가동을 위하여 사용되는 연료 즉 유류(경유, 등유, LPG, 벙커씨유 등) 및 고체연료(갈탄, 괴탄, 조개탄, 성형탄, 목재, 고형화 연료, 팜연료 등)가 연소되고 연도로 배출되는 폐가스중에 있는 이산화탄소가스를 제거하여 대기오염을 방지할 수 있도록 한 연소시 발생되는 이산화탄소를 제거하기 위한 조성물에 관한 것으로서,

본 발명인 연소시 발생되는 이산화탄소를 제거하기 위한 조성물의 구체적인 해결적 수단은,

"산화칼슘인 생석회에 물을 용해시켜서 제조된 수산화칼슘 수용액 97.50%에 반응지속제인 수산화나트륨 0.25%와 반응지연제인 산화마그네슘 2.25%을 첨가혼합하여 이루어진 것"을 그 구성적 특징으로 하고 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명은,

연소시 발생된 이산화탄소를 제거함으로서 열량을 높이고, 대기중에 방출되는 이산화탄소량을 저감함으로써 온실효과에 의한 지구온난화 예방에 기여하는 효과가 있다.

수산화칼슘, 산화마그네슘, 수산화나트륨.

Description

연소시 발생되는 이산화탄소를 제거하기 위한 조성물{COMPOSITE FOR REMOVING CARBON DIOXIDE FROM COMBUSTION EXHAUST GAS}

본 발명은 난방기(보일러, 온풍기 등) 및 기타 장치(소각로, 발전기 등)의 가동을 위하여 사용되는 연료 즉 유류(경유, 등유, LPG, 벙커씨유 등) 및 고체연료(갈탄, 괴탄, 조개탄, 성형탄, 목재, 고형화 연료, 팜연료 등)가 연소되고 연도로 배출되는 폐가스중에 있는 이산화탄소가스를 제거하여 대기오염을 방지할 수 있도록 한 연소시 발생되는 이산화탄소를 제거하기 위한 조성물에 관한 것이다.

최근, 폭발적인 인구의 증가, 자동차산업을 포함한 각종 산업의 발달 및 화석연료를 주연료로 사용하는 제반 인간활동에 의하여 대기중으로 방출되는 CO₂가스의 양이 급증하고 있으며, 이와 같이 대기중으로 배출된 CO₂가스는 수증기 및 기타 인간활동에 의하여 배출되는 CH₄, N₂O, 할로겐화 탄소 등과 함께 대기권 상층부에 정체되면서 온실효과를 유발시키고, 이와 같은 온실효과는 해수의 온도를 상승시켜 예측 불가능한 기후변화를 초래하게 된다.

또한, 석탄, 석유와 같은 화석연료의 연소과정에서 온실효과를 유발시키는 CO₂가스 이외에 상당량의 질소산화물(NO_X) 및 황산화물(SO_X)가 발생되는 데, 이들은 산성비 및 오존과 같은 광화학 스모그 문제를 유발하여 인간 및 자연생태계에 악영향을 초래하고 있다.

이와 같이 기후변화를 유발시키는 가스는 배출경로가 다양한 데, 이중 화석연료의 연소를 통해 배출되는 CO₂가스는 각 연료중의 탄소함량이 다르긴 하나 액체연료를 기준으로 약 90wt%의 탄소성분을 포함하고 있으므로 화석연료의 연소과정에서 발생되는 CO₂가스는 연소반응 양론비를 고려할 때, 사용연료의 3.3배{(44/12)×0.9}에 해당하는 양으로 배출되며, 이 양은 다음 표 1에서 나타난 바와 같이 전체 기후변화 유발 가스량의 58%를 차지한다.

표 1 배출원별 온실가스 배출기여도

배출원	기여도
화석연료(석탄,석유,천연가스 등)	58%
산업(시멘트 등)	4%
농업(신진대사, 농경지, 목축 등)	18%
임업(벌채, 토지이용 변화 등)	17%
폐기물(쓰레기, 하수, 매립지 등)	3%
합 계	100%

(자료: 그린피스, 'Fossil Fuels and Climate Protection : Carbon Logic'(1997)

이에 따라서, 기후변화 유발 가스 대책은 화석연료의 연소를 통하여 배출되는 CO₂가스의 저감방안이 중심을 이룬다.

상기한 CO₂를 비롯한 각종 배기가스에 의하여 초래되는 기후의 이상변화가 지구상의 환경문제 중 인류에 미치는 영향범위가 가장 클 것으로 예견되고 있는 주요 사안으로 대두됨에 따라, 최근 기후변화와 관련하여 국제적 인 대처방안이 마련되고 있다.

이와 같은 국제적인 대처방안의 일환으로서, 1992년 6월 리우 UN환경개발회의에서 기후변화협약이 채택된 이래 1997년 12월 교토 제 3차 당사국 회의에서는 2008∼2012년 온실가스배출량을 1990년 대비 유럽연합(EU)8%, 미국 7%, 일본 6% 씩 감축하는 것을 비롯하여 총 38개국이 평균 5.2%를 줄이고, 1백 30여 개발도상국은 자발적으로 감축에 참여할 것을 촉구하는 「교토의정서」를 채택하였으며, 국가간의 배출권 거래 등을 허용하는 유연성 체제가 확립되었다.

한편, 철강, 석유화학 등 에너지 다소비형 산업구조인 우리나라의 경우, 최근 10년간 CO₂가스의 배출량 증가율이 연간 10%로 세계 1위를 보이고 있으며 큰 변화가 없다면 2010년 CO₂가스의 배출량은 1990년 대비 3.3배가 될 것으로 전망되고 있다.

특히, 경제기반이 취약한 동유럽국가들이 의무감축 대상인 점을 감안하면, 비록 1998년 11월 부에노스아이레스의 4차 총회에서 협약가입이 성시되지 않았다고하여도 OECD회원국인 우리나라에서는 곧 국제사회의 압력을 수용하지 않을 수 없는 절박한 상황이다.

이와 같은 국제사회의 압력에 의하여 협약에 가입하는 경우에, 1990년 배출 수준으로 CO₂가스배출 감출목표가 설정된다면, 2010년 기준 CO₂가스 배출량의 약 70% 감축이 이루어져야 하므로 장기적인 적절한 대응책이 준비되지 못할 경우IMF체제 이상으로 심각한 경제위기에 직면하게 될 것으로 전망된다.

한편, CO₂가스의 배출을 저감시킬 수 있는 기술은 크게 CO₂가스 배출억제기술과 CO₂가스 처리기술로 구분되는 데, CO₂가스 배출억제는 에너지 대체기술에 해당되며, CO₂가스 처리기술은 분리회수 실용화기술과실용자원화 기술로 세분화된다.

CO₂가스의 배출을 억제하는 적극적인 방법은 태양에너지, 조력, 수력, 지열, 바이오매스, 핵분열 및 핵융합기술을 이용하여 화석연료를 연소시키지 않고도 대체 에너지원을 개발하는 것이며, 소극적인 방법은 에너지 효율을 개선하고, 발전효율을 증대시키며, CO₂가스를 분리·회수·변환하는 기술을 개발하는 것이다.

한편, 배출된 CO₂가스를 흡착, 흡수, 막분리하는 기술은 현재의 기술 수준으로 보아 규모와 경제적인 측면에서 부정적인 견해가 많으며, 배출된 CO₂가스를 임야 및 해양플랑크톤, 심해흡수 등과 같이 자연계 내에서 고정화 시키는 기술은 제 2의 환경파괴를 초래할 우려가 높고, 화학적 촉매, 생물학적 고정화, 전기화학적 고정화, 광화학적 고정화, 광촉매 등을 이용하여 배출된 CO₂가스를 인공적으로 고정화시키는 기술은 완벽한 기술 구현이 확립되지 않고 있는 실정이다.

디모토 토시타케(Dmoto Toshitake)에 따르면, CO₂가스의 회수 및 심해 저장 기술, 회수 및 화학적 유효 이용기술, 회수 및 생물학적 유효이용기술, 대규모 녹화기술은 세계적인 중심기술로 평가되고 있다.

우리나라의 경우, 배출된 CO₂가스를 분리시키기 위하여 흡수법, 흡착법, 막분리기술 등이 연구되고 있고, 촉매환원법, 화학적 전환기술들을 중심으로 기초연구가 수행되고 있으며, 광촉매를 이용하여 처리하는 기술은 최근에 점진적으로 연구되고 있으나, 아직 전자빔을 이용하는 방식은 개발되어 있지 않은 실정이다.

CO₂가스를 고정화시켜 처리하는 방식도 알려져 있는 바, 고정화 기술은 크게 생물학적 처리와 화학적인 처리방법으로 진행되고 있다.

CO₂가스를 전기분해하거나 촉매를 이용하여 메탄, 메탄올 등을 만드는 방식은 실제 배가스를 처리할 때 CO₂의 순도를 유지하기 위하여 부가적인 분리, 회수공정이 필요하다. 따라서 실제공정에 사용하기에는 부적합하다는 문제가 있다.

또한, CO₂가스를 생물학적으로 처리하는 공정은 반응속도가 매우 느리고 해수의 온도상승 등 또 다른 환경문제를 일으킬 가능성이 크다는 문제가 있으며, 게다가 이러한 방식들은 아직 실험실 규모의 공정으로서 대형 빌딩이나 산업시설의 보일러, 대규모의 소각설비 등과 같은 대단위 공정에서 배출되는 CO₂가스를 처리하기에는 부적합하다는 문제가 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서,

화석연료를 주연료로 사용하는 대형 빌딩이나 산업시설의 보일러 또는 대규모 소각시설로부터 발생되는 배연가스중에 포함된 CO2가스를 대기로 배출되기 전단계에서 보다 효과적으로 제거 또는 감소시킴으로서 더욱 나아가서는 온실효과에 의한 지구온난화 예방에 기여하고자 하는데 그 목적이 있는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 구체적인 해결적 수단은,

"산화칼슘인 생석회에 물을 용해시켜서 제조된 수산화칼슘 수용액 97.50%에 반응지속제인 수산화나트륨 0.25%와 반응지연제인 산화마그네슘 2.25%을 첨가혼합하여 이루어진 것"을 그 구성적 특징으로 함으로서 상기의 목적을 달성할 수 있는 것이다.

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본 발명을 적용하면, 연소시 발생되는 배기가스로 인한 대기오염문제가 현저하게 개선되기 때문에 삶의 질이 향상되며, 청정기술의 개발에 따라 환경에 대한 일반 대중의 인식도를 앙양시키게 되고, 유류사용 보일러나 소각로 설치에 대한 부정적인 인식을 근본적으로 변화시킬 수 있으며,

특히, 대기중에 방출되는 이산화탄소량을 저감함으로써 온실효과에 의한 지구온난화 예방에 기여하는 효과가 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를들어 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

이하 본 발명인 연소시 발생되는 이산화탄소를 제거하기 위한 조성물에 대하여 구체적으로 설명하고자 한다.

본 발명인 연소시 발생되는 이산화탄소를 제거하기 위한 조성물의 구체적인 구성은, 산화칼슘인 생석회에 물을 용해시켜서 제조된 수산화칼슘 수용액 97.50%에 반응지속제인 수산화나트륨 0.25%와 반응지연제인 산화마그네슘 2.25%을 첨가혼합하여 이루어진 것이다.

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이하 구체적으로 설명하면,

본 발명은 난방기(보일러, 온풍기 등) 및 기타 장치(소각로, 발전기 등)의 가동을 위하여 사용되는 연료 즉 유류(경유, 등유, LPG) 및 고체연료(갈탄, 괴탄, 조개탄, 성형탄, 목재)가 연소되고 연도로 배출되는 폐가스중에 함유되어 있는 이산화탄소를 효과적으로 제거하기 위한 조성물을 제공하기 위한 것으로, 여러가지 시험을 거쳐서 이산화탄소를 제거하기 위해서 수산화칼슘 수용액 97.50%에 반응지속제인 수산화나트륨 0.25%와 반응이 너무 빨리 발생됨에 따른 문제점을 해소하기 위해서 반응지연제인 산화마그네슘 2.25%를 포함시킨다.
즉, 수산화칼슘 수용액은 이산화탄소와 신속하게 반응을 하고, 수산화나트륨 과도 반응을 급격하게 진행됨에 따른 경제적인 비효율성을 해소하기 위해 반응지연제인 산화마그네슘을 추가 함유하여 반응의 속도를 조절하면서 이산화탄소를 제거함으로서 정제효과를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
상기 수산화칼슘과 수산화나트륨에 의해서 이산화탄소와 화학반응을 하여 불용성의 탄산칼슘입자를 생성하게 되며, 이를 제거함으로서 이산화탄소를 제거할 수 있다. 그 화학반응은 하기 반응식 1과 같다.
반응식 1
Ca(OH)₂ + CO₂ →CaCO₃ + H₂O

즉, 칼슘이온이 이산화탄소와 반응하여 불용성 탄산칼슘이 생성되며, 반응 지속제인 수산화나트륨(NaOH)에 의해 반응지속현상과 반응지연제인 산화마그네슘(MgO)에 의해 반응지연현상을 동시에 발생함으로서 일정속도를 유지하면서 반응토록 하는 것이다.
이에 대하여 본원인과 위탁기관인 주식회사 경인환경이 각각 송도청라소각장에 설치된 장치에 본 발명을 투입하여 2010년 3월 19일부터 3월 22일까지 이산화탄소의 발생량에 대한 시험데이터를 표 1에 게재하면 다음과 같다.
표 1

상기 표 1에서 보는 바와 같이, 전단의 측정점과 후단의 측정점에서 이산화탄소의 발생량을 본원인은 각각 3회 주식회사 경인환경은 2회 측정한 결과 본원인의 전단 측정점에서의 이산화탄소 평균농도 측정치는 8.33%이고 후단 측정점에서의 이산화탄소 평균농도 측정치는 6.70%로서 전체 이산화탄소 제거효율은 19.60%로서 기존의 이산화탄소 제거율에 비해 매우 효과적으로 나타나고 있으며,
특히, 주식회사 경인환경에서 측정한 결과는 전단 측정점에서의 이산화탄소 평균농도 측정치는 2.06%이고 후단 측정점에서의 이산화탄소 평균농도 측정치는 0.00%로서 전체 이산화탄소 제거효율은 100%의 획기적인 시험 결과가 도출되었다.
이와 같은 결과에 대한 주식회사 경인환경의 시험 성적서를 표 2에 게재하면 다음과 같다.
표 2

바람직하게는 본 발명의 색상을 발휘하기 위해 붉은색의 염료를 20PPM 함유할 수도 있는 것으로서 공지된 기술로 알카리성인 pH 11의 소석회에 붉은색의 지시약 페놀프탈레인(phenolphthalein)을 투입한 상태에서 이산화탄소와 반응하면 소석회가 pH 8 정도의 중성으로 변화되고 상기 페놀프탈레인은 무색을 띠는 것으로서 이와 같이 지시약의 색 변화로 이산화탄소의 제거정도를 파악할 수 있도록 한 것이며 이는 이미 공지된 기술인 것이다.

상기와 같이 본 발명인 연소시 발생되는 이산화탄소를 제거하기 위한 조성물을 폐가스에 함유된 이산화탄소와 결합되면 이산화탄소가 제거 또는 저감됨으로서 결국 환경오염 및 온실효과 등등의 문제점을 해결할 수 있는 것이다.

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Claims (3)

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2. 산화칼슘인 생석회에 물을 용해시켜서 제조된 수산화칼슘 수용액 97.50%에 반응지속제인 수산화나트륨 0.25%와 반응지연제인 산화마그네슘 2.25%을 첨가혼합하여 이루어진 것을 특징으로 하는 연소시 발생되는 이산화탄소를 제거하기 위한 조성물.
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