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학술

음식물쓰레기, 가축분뇨로 고효율 이산화탄소 흡착제 대량생산!

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




고려대학교(총장 정진택) 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 신소재다. 

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.


     


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.




저자소개


옥용식 교수[교신저자] 

인적사항
·   소속: 고려대학교환경생태공학부
·   전화: 02-3290-3044
·   이메일: yongsikok@korea.ac.kr

학력
·   2003고려대학교환경생태공학부 박사

경력사항
·   2019. 05–현재 환태평양대학협의회 지속가능폐기물관리 프로그램 총괄책임자
·   2019. 01–현재 호주 University of Queensland 명예교수
·   2017. 09–현재 고려대학교 환경생태공학부 정교수
·   2018. 12–현재 중국 칭화대학교 방문교수
·   2016. 12–2017.02 싱가포르 NUS 방문교수
·   2015. 06–2015.07 벨기에 Ghent University 방문교수
·   2014. 12–2015.02 홍콩 PolyU 방문교수
·   2013. 06–2014.06 캐나다 University of Alberta 방문교수
·   2011. 01–현재 한국바이오차연구센터 센터장
·   2007. 03 - 2017. 06 강원대학교 환경융합학부 전임강사, 조교수, 부교수, 정교수



이기봉 교수[교신저자] 

인적사항
·   소속: 고려대학교 화공생명공학과
·   전화:02-3290-4851
·   이메일: kibonglee@korea.ac.kr

학력
·   1999고려대학교화학공학과학사
·   2001고려대학교화학공학과 석사
·   2005Purdue University화학공학과박사

경력사항
·   2001. 06 - 2001. 12 한국과학기술연구원,위촉연구원
·   2006. 01 - 2007. 12Lehigh University, Research Associate
·   2008. 01 - 2009. 02한국에너지기술연구원, 선임연구원
·   2015. 01 - 2016. 01  Purdue University, 방문교수
·   2009. 09 - 현재고려대학교 화공생명공학과 조교수/부교수/교수




Pavani D. 연구원[제 1저자] 

인적사항
·   소속: 고려대학교환경생태공학과
·   전화: 02-3290-3926
·   이메일: pavanidissanayake@ymail.com

학력
·   2012University of Peradeniya,학사
·   2017University of Peradeniya,Environmental Soil Science 석사
·   현재고려대학교 환경생태공학부 박사과정 (지도교수: 옥용식 교수)

경력사항
·   2014. 01–현재 Coconut Research Institute of Sri Lanka,Research Officer
·   2019. 01 - 2019. 03홍콩 교육대학교,Research Assistant




최승완 연구원[제1저자] 

인적사항
·   소속: 고려대학교 화공생명공학과
·   전화: 010-2033-4703
·   이메일: csw8890@korea.ac.kr

학력
·   2010. 3 - 2014. 2: 고려대학교화공생명공학과 (공학학사)
·   2014. 3 - 2019. 8: 고려대학교대학원화공생명공학과 (공학박사)

경력사항
·   2019. 10-현재한국과학기술연구원 수소연료전지연구단 박사후연구원





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