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과제기본정보

석탄발전부산물 활용 대기 중 이산화탄소, 질소산화물 동시 저감 다공성 패널 기술개발1년차

사업개요
사업개요
사업명 국토교통기술촉진연구사업 과제번호 21CTAP-C163949-01
국가과학표준분류 1순위 원자력 | None | None 적용분야 건설업
2순위 에너지·자원 | None | None 실용화대상여부 비실용화
3순위 에너지·자원 | None | None 과제유형 응용
과제명 석탄발전부산물 활용 대기 중 이산화탄소, 질소산화물 동시 저감 다공성 패널 기술개발
주관연구기관 가천대학교 산학협력단
총괄연구 책임자 성명 최영철
소속 가천대학교 산학협력단 직위 부교수
전화번호 031-750-5279 FAX 031-755-0296
총 연구기간 2021-04-01 ~ 2022-12-31
당해연도 연구기간 2021-04-01 ~ 2021-12-31

(단위:원)

년도별 비용
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
1차년도 160,000,000 0 0 0 160,000,000
과제기본정보
연구개발개요 『석탄발전부산물 활용 대기 중 CO2, NOX 동시 저감 다공성 패널』
● 본 연구는 석탄화력발전소 부산물인 순환유동층 보일러에서 연소 후 배출되는 애시*와 목질계 활성탄소를 활용하여 대기 중의 유해가스(이산화탄소, 질소산화물)를 흡착저감 시키는 기능성 건설재료 및 제품에 대한 기술로서, 산업부산물의 재활용, 온실가스 저감 및 대기오염물질 저감 기술임.
● 본 기술은 1. 순환유동층 보일러 애시의 고효율 광물탄산화 양생기술 2. 가스상 유해물질의 흡착?분해를 위한 목질계 활성탄소(마이크로 공극 多) 최적배합기술 3 CFBC 경량골재 활용 대기오염물질 저감 다공성 건설제품 기술(1+2)을 포함. 최종 건설제품은 도로변 방음패널을 대상으로 하고 있음.
[요소기술]
: CO2 포집 및 양생효율 증대 강도 발현기술, 질소산화물(NOX) 저감기술, 열린공극의 다공체 성형기술, 프리캐스트 건설제품 적용기술
* 순환유동층 연소보일러 애시(Circulating Fluidized Bed Combustion Boiler Ash, CFBC ash)

- Key Element Technologies -
1. 고효율 광물탄산화 양생기술을 활용한 바인더 기술
2. 질소산화물(NOX) 저감 최적 활성탄소 배합기술
3. 대기오염 저감 다공성 방음패널 제조 기초기술
최종목표 최종목표
석탄화력 부산물을 활용한 CO2 , NOX 동시 저감 기능성 바인더 및 다공체 제조 기술 개발
: 순환유동층 보일러 애시의 고효율 광물탄산화 양생기술, 가스상 유해물질 흡착분해 목질계 활성탄소 최적배합기술, CFBC 경량골재 활용 대기오염물질 저감 다공성 건설제품 적용 기술을 포함.

세부목표
■ 이산화탄소 포집 성능 10g CO2 g/100g of Binder 이상.
■ CO2 양생 강도발현율 100%완료
■ 질소산화물 (NOX) 저감율 10%이상.
연구내용 및 범위 ■ CO2 포집 및 NOX저감 요구 성능 도출
CO2 포집 재료의 건설재료 적용을 위한 현황조사 및 분석
- 국내 ? 외 논문, 특허 분석을 통한 CO2 포집, 저장 재료의 반응 메커니즘 분석
- CO2 포집, 저장 재료의 물리,화학적 특성 분석
■ CFBC ash의 CO2 포집, 저장 및 반응 메커니즘 분석
CFBC ash의 생성 배출 환경 분석
- 유연탄과 탈황 물질로 혼합되는 석회석의 비율 : 애시 중 f-CaO, CaO, CaSO4 함량 예측
- 애시의 광물 분석(XRD), 애시의 화학성분 분석(XRF, 습식분석) 애시의 수화반응성 영향 인자 확인
CFBC ash의 CO2 포집, 저장 및 반응 메커니즘 분석 정립
■ CFBC ash의 CO2 포집, 저장 및 반응성 향상을 위한 개질 기술
CO2 양생 광물탄산화 반응성 증가를 위한 표면 개질
- Particle size distribution control, 유기촉진제 도입에 따른 Particle surface 개질 등의 표면 개질
: CO2 포집, 저장 성능 분석(TG-DTA 탈탄산온도에서의 질량변화 분석)
: CO2 포집, 저장에 따른 역학적 성능 평가(응결시간, 압축강도 발현율, 수화생성물 분석 평가)
■ NOX 저감 목질계 활성탄소 최적화 배합 기술
목질계 활성탄소의 NOX 저감 성능 증대를 위한 미세기공 size and distribution control
목질계 활성탄소 성능 극대화 산화촉매제 선택 도입 : 결정구조가 다른 산화촉매제의 혼입 비율에 따른 성능평가
목질계 활성탄소의 배합 조정을 통한 최적화 배합 도출
■ CFBC ash 및 목질계 활성탄소 혼입 바인더 제조 기술
CFBC ash 및 목질계 활성탄소의 혼입율에 따른 바인더의 대기오염 유해가스 저감 성능 평가 분석
탄산화양생에 의한 CFBC ash 및 목질계 활성탄소 혼입 바인더의 물성 변화 분석

■ 방음패널 요구 성능 도출
방음패널 기본 물리적 요구 성능 도출
- 방음패널 중 적용 대상 도출 : 차음형, 흡음형
- 적용 대상 방음패널의 압축강도, 휨강도 등 역학적 요구 성능 도출
CFBC ash 및 목질계 활성탄 혼입 바인더의 방음패널 제조 원료화 가능성 분석
- CO2, NOX 저감 성능 유지 다공체 제조 가능성 검토
■ CO2 , NOX 동시 저감 기능성 다공체 제조 기술
Open Pore 유지 다공체 제조 수법 개발
- Open Pore의 다공체 표면 노출 유지 및 극대화 수법 개발 : 배합 설계 최적화
CFBC ash 및 목질계 활성탄소 혼입 바인더 활용 다공체 제조 기술 개발
- CFBC ash 경량 골재 도입
- 탄산화양생, 증기양생 도입에 따른 다공체 제조 수법 다각화
CO2 ,NOX 동시 저감 기능성 다공체 성능평가
- 이산화탄소 포집효율, NOX 제거효율 등

■ CO2, NOX 동시 저감 기능성 방음패널 흡착 성능 향상을 위한 설계(안) 도출
CO2, NOX 흡착 성능 향상을 위한 산화촉매제 적용 검토
Macro Open Pore, Micro pore 연결 배합 적용 배합 도출
■ CFBC ash 및 목질계 활성탄소 혼입 바인더 사용 방음패널의 제조 및 성능 평가
역학적 성능 평가
- 적용 대상 방음패널의 압축강도, 휨강도 등 물리적 성능 평가 분석
탄산화양생에 따른 물성 변화 분석
- CO2 농도, 습도, 증기양생에 따른 성능 검증
방음패널 제품 단위의 CO2, NOX 저감 성능 평가
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
1차년도 유동층 보일러(CFBC) 애시 및 목질계 활성탄소를 활용한 대기 중 유해가스 저감 기능성 바인더 및 최적 배합기술 개발 ■ CO2 포집 및 NOX저감 요구 성능 도출
CO2 포집 재료의 건설재료 적용을 위한 현황조사 및 분석
- 국내 외 논문, 특허 분석을 통한 CO2 포집, 저장 재료의 반응 메커니즘 분석
- CO2 포집, 저장 재료의 물리 화학적 특성 분석
■ CFBC ash의 CO2 포집, 저장 및 반응 메커니즘 분석
CFBC ash의 생성 배출 환경 분석
- 유연탄과 탈황 물질로 혼합되는 석회석의 비율 : 애시 중 f-CaO, CaO, CaSO4 함량 예측
- 애시의 광물 분석(XRD), 애시의 화학성분 분석(XRF, 습식분석) 애시의 수화반응성 영향 인자 확인
CFBC ash의 CO2 포집, 저장 및 반응 메커니즘 분석 정립
■ CFBC ash의 CO2 포집, 저장 및 반응성 향상을 위한 개질 기술
CO2 양생 광물탄산화 반응성 증가를 위한 표면 개질
- Particle size distribution control, 유기촉진제 도입에 따른 Particle surface 개질 등의 표면 개질
: CO2 포집, 저장 성능 분석(TG-DTA 탈탄산온도에서의 질량변화 분석)
: CO2 포집, 저장에 따른 역학적 성능 평가(응결시간, 압축강도 발현율, 수화생성물 분석 평가)
■ NOX 저감 목질계 활성탄소 최적화 배합 기술
목질계 활성탄소의 NOX 저감 성능 증대를 위한 미세기공 크기분포 제어기술
목질계 활성탄소 성능 극대화 산화촉매제 선택 도입 : 결정구조가 다른 산화촉매제의 혼입 비율에 따른 성능평가
목질계 활성탄소의 배합 조정을 통한 최적화 배합 도출
■ CFBC 애시 및 목질계 활성탄소 혼입 바인더 제조 기술
CFBC 애시 및 목질계 활성탄소의 혼입율에 따른 바인더의 대기오염 유해가스 저감 성능 평가 분석
탄산화양생에 의한 CFBC 애시 및 목질계 활성탄소 혼입 바인더의 물성 변화 분석
연구성과 기술적 기대성과 ■석탄화력발전 부산물 활용 CO2 포집, 저장 및 반응성 향상 기술은 온실가스 감축을 위한 새로운 원천기술이며, 제품의 가치를 높여 고부가가치 창울이 가능한 시장 선도 기술임
■ 산업부산물 활용 / CO2 , NOX 동시 저감 / 건설재료 및 2차제품의 적용 등 분야 간의 기술 개발을 통한 시장 창출
■ 한국과학기술기획평가원에 따르면 온실가스 저감기술의 기술순환주기는 최소 10년에서 30년까지의 매우 긴 기술혁신 사이클을 갖는 것으로 나타나, 기술개발에 따른 선점 효과가 매우 클 것으로 판단하고 있음.
사회 경제적 파급효과 ■ 산업부산물의 고부가가치화 인한 기술 적용 생산 업체의 신규 이익 발생
■ 산업부산물 활용으로 인한 생산 원가 절감 효과
■ 석탄발전부산물, 활성탄소 활용 이산화탄소, 미세먼지 흡수 다공체 기술은 기존의 저부가가치의 재료를 고부가가치로 탈바꿈하여 경제적으로 광범위한 파급효과가 있는 원천 기술임.
■ 현재 세계 환경산업 중 대기분야의 시장규모는 528억 달러 이며, 연평균 16% 이상 성장할 것(환경부, 환경기술동향보고서)으로 예상되는 큰 규모의 시장임.
■ 건설제품을 활용한 대량의 이산화탄소, 미세먼지 저감 기술은 국내 온실가스 저감을 위한 국가예산 감축 및 질병 등 인명 피해를 크게 감소시킬 수 있을 것으로 판단됨.
활용방안 ■ 기능성 프리캐스트 제품 적용 : 방음패널 / 블록 / 주차장 바닥블록
■ 도로환경 콘크리트 구조물 적용 : 터널 / 중앙분리대 / 경계석
■ 건축 내외장재 적용 : 외장재 / 내장재 / 바닥마감몰탈
핵심어
핵심어
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 이산화탄소포집 질소산화물 저감 석탄화력 부산물 다공체 방음패널
영문 CCU NOX reduction Coal power by-products Porous body Soundproof panel
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