안녕하세요.오늘은 대기 중 이산화탄소 (CO2)와 당사에서 생산하는 CO2제거장치에 대해 알아볼까 합니다.
미국해양대기청(NOAA)은 2015년 3월, 전 세계 청정지역에서 채취한 공기 시료를 분석한 결과 전 지구 이산화탄소 농도가 처음으로 400ppm을 넘었다고 발표했습니다.
1958년 최초 관측 이래 처음 있는 일이며, 1750년대 산업화 이래 120ppm이 증가한 결과입니다.
이산화탄소, CO2라고 불리는 이 물질은 탄소나 그 화합물이 완전히 연소하거나 생물이 호흡 또는 발효할 때 생기는 기체입니다.
대기 중 약 0.035%를 차지하고 있어 그 비중은 높다고 할 수 없지만 우리 생활에 있어 산소 못지않게 큰 영향을 미치고 있는 기체입니다.
우리 인간을 포함한 생명체는 호흡을 통해 유기물을 분해하는 한편 생활에 필요한 에너지를 얻는데, 이 과정에 서도 이산화탄소가 만들어집니다!
우리가 호흡하는 공기 중에는 질소와 산소 이외에도 이산화탄소 (CO2)는 소량이지만 포함되어 있습니다.
오늘날 우리 주변 공기의 CO2 농도는 약 410ppm입니다.
압축기로 공기를 압축하는 동안 CO2는 더 추가되지 않지만 제거되지도 않습니다.
따라서 압축공기에는 CO2도 소량이지만 포함되어 있는 것입니다.
우리가 호흡하는 공기와 마찬가지로 CO2는 대부분의 압축 공기 응용 분야에 해가 되지는 않습니다.
앞에서도 말씀드린 바와 같이 압축공기의 CO2는 대부분의 응용 분야에 해가 되지 않습니다. 그러나 일부 응용 분야에서는 초 건조 상태의 CO2가 없는 공기가 필요합니다. 이러한 응용 분야에서 압축공기에 포함된 두 가지 물질이 적절하게 제거되지 않은 상태로 사용되면 최종 제품 품질에 심각한 문제가 생길 수 있습니다.
몇 가지 예를 들면 다음과 같습니다.
CO2는 리튬 배터리 셀에 사용되는 화학 원료의 수명과 품질에 부정적인 영향을 미칩니다.
산업용 가스 산업에서 공기가 질소, 산소 및 아르곤 가스로 분리되면 CO2가 공기 분리 장치의 콜드 박스에서 동결됩니다.
이로 인해 공기가스 분리가 저해되어 생산 손실과 가동 중지 시간이 발생합니다.
실험실 환경의 기기는 안정적이고 일정한 측정 결과를 얻기 위해 수분과 CO2가 최소로 정제된 공기가 필요합니다.
혼합된 가스를 분리하는 기술로는 저온 분리법과 흡수법, 막 분리법, 흡착법 등이 있습니다.
이 중 흡착법은 미세기공을 가지는 고체 표면에 기체 혼합물질이 선택적으로 흡착되는 원리를 이용하는 기술로 흡착제의 역할이 매우 중요합니다.
탄소분자체(CMS, Carbon Molecular Sieve)는 세공의 크기가 일정하게 조절된 탄소 흡착제입니다.
세공의 크기보다 작은 분자만 통과시키는 특성을 이용해 온실 가스인 이산화탄소와 메탄가스를 분리할 수 있습니다.
탄소분자체는 기체 분자와 유사한 크기의 기공이 표면에 균일하게 분포하고 있어 흡착 및 탈착 속도가 빠른 특징이 있습니다. 덕분에 기체 분리공정에 널리 사용되고 있는 소재입니다.
일반적으로 가스 및 정제 공정인 ‘압력스윙흡착’(PSA·Pressure Swing Absorption)을 통해 공기 중 산소와 질소 또는 메탄가스와 이산화탄소를 각각 분리하는 데 쓰입니다.
이산화탄소는 메탄에 비해 흡착 속도가 빠르며, 산소도 질소보다 앞섭니다.
탄소분자체는 이러한 분자의 확산속도 차이를 이용해 특정 가스를 분리할 수 있는 것인데요.
다른 가스 분리 방법에 비해 많은 에너지가 필요하거나 고가의 장치가 필요하지 않아 경제적이면서도 효율이 높습니다.
또한 고분자 분리막과 제올라이트 분자체에 비해 판상 구조분자에 대한 높은 선택 분리성과 소수성(물과의 친화력이 적은 성질) 표면, 내약품성, 내열성을 자랑하는 한편 재활용도 할 수 있다는 장점을 지니고 있습니다.
수분 및 CO2가 포함된 압축공기는 두 개의 흡착탑 중 흡착 공정이 진행되는 타워의 하부로 유입된 후 흡착제 층을 통과하며 상부로 이동합니다. 상부로 이동하는 과정에서 흡착제의 세공에 의한 확산 속도 차이에 의해 수분과 CO2는 압축공기에서 분리되고 CO2가 제거된 건조압축공기 공급되게 됩니다.
두 개의 흡착탑 중 1개의 흡착탑이 흡착 공정을 진행하는 동안 다른 흡착탑은 재생공정이 수행됩니다.
재생공정은 가열 공정과 냉각 공정으로 이루어지며가열 공정은 전기히터에 의해 가열된 고온의 공기를 이용하여 흡착제에 흡착된 수분및 CO2 성분을 탈착한 후 대기로 방출하는 공정입니다.
공기로부터 CO2를 제거하는 방법은 무엇이 있을까요?
당사는 당사의 흡착식 에어 드라이어 설계와 유사한 검증된 설계의 전용 CO2제거장치를 생산/공급합니다.
당사의 CO2제거장치의 흡착탑 하부에는 활성알루미나(Activated Alumina)를 포함하고 있어 압축공기 내의 수분을 제거하며, 상부에는 Molecular Sieves가 충전되어 소량의 수분 및 CO2를 흡착하여 압축공기 내의 수분과 CO2를 효과적으로 제거합니다.
통상 -65℃이하의 노점과 5ppm 혹은 그 이하로 CO2를 제거합니다.
당사에서 설계 제조하는 CO2제거장치는 실내 및 실외 사용에 적합한 제품으로 탄소강 또는 스테인레스강으로 제조됩니다.
위는 당사의 CO2제거장치가 설치된 현장의 사진입니다.
오늘 알려드린 CO2제거장치에 대한 정보들을 알아가시는 유익한 시간이 되었으면 좋겠습니다!
감사합니다.
