인조석유 - 다양한 CO2 고정화 기술

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대기중의 이산화탄소 (화합물) [二酸化炭素, carbon dioxide]는 소중한 자원입니다.

공기엔진으로 대기중의 공기에서 에너지를 회수하면 액체이산화탄소가 부산물로 발생합니다.

공기엔진은 이산화탄소라는 이 소중한 자원을 활용할 수 있는 길을 열어 놓았습니다.

지금까지는 식물이 탄소동화작용 (생리학) [炭素同化作用, carbon dioxide assimilation]을 하였지만 앞으로는 공기에서 얻어낸 에너지를 이용하여 공장에서 이산화탄소와 물을 원료로 탄소화합물을 대량생산할 수 있습니다.

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	다양한 CO2 고정화 기술
	2000/05/09
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	다양한 CO2 고정화 기술 자연계에서의 이산화탄소 순환은 대기중 이산화탄소가 빛에너지에 의해 물과 반응하여 식물에 의하여 탄수화물이 주성분인 바이오매스로 전환되고 이들 바이오매스는 동물 및 인간에 의해 다시 이산화탄소와 물로 분해되어 순환되며 바이오매스 중 일부는 오랫동안의 탄화과정을 거쳐 화석에너지로 변환된다. 그러나 이러한 자연순환계는 산업혁명이후 연료의 사용량이 급속도로 증가함에 따라 대기 중에 방출되는 이산화탄소의 양이 지속적으로 증가되어 왔으며 이 결과로 이산화탄소 증가에 의한 지구 온난화문제는 인류에 큰 재앙으로 여겨지고 있으며 이에 대한 대책이 시급한 상태이다. 이산화탄소를 포함하고 있는 배기가스의 처리공정은 크게 분리회수와 고정화로 분류되며 고정화에는 화학적 고정화(chemical fixation)와 생물학적 고정화(Biological fixation) 두 가지가 있다. 이산화탄소의 고정화에 대한 기술은 이산화탄소의 변환을 통해 탄소성분을 생성해내고 이를 연료 및 산업공정에 필요한 기초화합물로 전환하는데 그 궁극적 목적이 있으며 이산화탄소를 탄화수소 등의 유용한 물질로 전환시킴으로써 지구온난화를 일으킬 수 있는 물질인 이산화탄소를 제거하는 방법을 제공하는 환경적 측면과 이산화탄소를 미래의 에너지로 이용할 수 있는 새로운 에너지 생산법의 개발에 응용할 수 있다. 이산화탄소의 성질 현재 이산화탄소는 공업적으로 냉매(40%), 탄산음료제조(20%), 석유의 2차 회수(5~10%)등에 주로 사용되고 약 10%정도만이 화학제품 제조에 사용되고 있다. 이산화탄소는 지극히 안정한 화합물이기 때문에 (생성 표준 자유에너지,ΔG0f = -396kJ/㏖) 이를 유용한 화합물로 전환하기 위해서는 이산화탄소중의 산소와 싶게 반응할 수 있는 높은 에너지를 가진 환원제를 사용하거나 외부로부터 높은 에너지의 공급을 필요로 한다. 이와 같이 열역학적으로 안정한 이산화탄소의 이용에 사용되는 이산화탄소의 고정화기술은 화학적 방법, 접촉수소화법, 광합성법, 해양 폐기법이 있다. 또 다른 방법으로는 전기 화학적 방법이 제시되고 있는데 이 방법은 전기에너지를 CO2에 공급시켜 환원하는 것으로 전극을 이용하여 직접 전자를 CO2에 투입하는 직접법과 전자운반체에 의하여 간접적으로 투입하는 간접법이 있다. 이밖에도 TiO2와 같은 촉매를 이용하여 CO2를 환원하여 methane, methanol을 합성하는 방법과 촉매에 빛을 쪼여 CO2를 환원하는 광화학법이 실험실적 규모로는 성공한 것으로 알려져 있으나 효율이 낮은 관계로 실용화에는 상당한 시간이 필요할 것으로 여겨진다. 이산화탄소 고정화 또한 이산화탄소를 유용한 물질로 전환할 경우에 사용되는 에너지를 공급하는 문제점과 재이용 물질의 수요에 관한 문제를 고려해 볼 필요가 있다. 즉 회수한 이산화탄소를 유용한 물질로 전환하기 위해서는 화석연료를 연소하여 발생한 에너지와 동등한 에너지를 필요로 하기 때문이다. 예를 들어 접촉수소화법에 이용할 대량의 수소를 제조하기 위해서는 막대한 에너지를 필요로 하며 이 에너지를 얻기 위하여 또 다른 화석연료를 소비해야 한다면 이산화탄소 저감이라는 목표는 무의미한 결과가 될 것이다. 또한 이산화탄소 재이용으로 만들 수 있는 물질 중 메탄올이 주목을 받고 있는데 이는 다른 화학제품은 그 수요가 한정되어 있는 반면에 메탄올은 다양한 유도체를 합성할 수 있는 주요 중간체이고 특히 methanol-to-gasoline(MTG) 공정에 의해 전통적 연료로 전환되거나 직접 연료로 사용할 수 있는 대체 에너지원으로 각광받고 있기 때문이다. 현재 메탄올은 에틸렌과 암모니아 다음으로 세계적으로 년간 2천 만 톤 규모의 큰 시장을 확보하고 있고 그 수요는 지속적으로 증가할 전망이다. 이와 같이 이산화탄소의 화학적 고정화는 분리, 회수된 이산화탄소를 유용한 물질이나 에너지연료로 전환되는 과정을 포함하고 있다. 따라서 이산화탄소의 고정화는 태양에너지 혹은 수력에너지와 같은 천연의 값싼 에너지원이 화학적 에너지로 전환되어 사용되어 질 수 있는 경우에만 경제성을 가질 수 있다는 주장이 제기된다. 이산화탄소의 고정화를 살펴보면 첫째, 태양광을 이용한 전형적인 이산화탄소의 광화학적 환원으로서 CO2변환을 통한 CO, HCOO-, CH3OH, CH4등의 생성. 둘째, 태양열 전지로부터의 에너지를 이용한 물과 이산화탄소의 전기적 환원에 의한 CO와 HCOO-,수소의 생성. 셋째, 표면조작 전극과 반도체 물질을 상용하여 이산화탄소를 광전자적으로 환원. 넷째, 이산화탄소의 균일 혹은 비균일 촉매에 의한 수소화를 통한 메탄올, formic acid, formamide, 고분자물질, 탄화수소 화합물 등을 생성. 다섯째, 유전적으로 개량된 광합성 박테리아와 조류에 의한 이산화탄소의 고정화와 수소 생성 등이 있다. [목차] 1. 화학적방법 2. 촉매를 이용한 화학적 고정법 3. 전기화학적 환원반응 4. 광촉매적 환원반응 5. 생물학적 고정화 방법 6. 참고문헌
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