객실 실내공간 이산화탄소의 화학적 흡착저감에 관한 연구

초록

본 연구의 목적은 알칼리금속과 이산화탄소의 화학반응을 이용하여 CO2를 상온 상압의 조건에서 흡착저감시키는 기술의 개발이다. 현재 다중이용시설 등의 실내공기질관리법에 의해 실내공간의 CO2 농도를 1,000 ppm 이하 로 유지하도록 하고 있으며, 철도차량 객실에 대해서는 대중교통수단 실내공기질 관리 가이드라인에 의해 첨두시간에는 3,500 ppm, 비첨두시간에는 2,500 ppm 이하로 유지하도록 하고 있다. 그러나, 지하철의 경우 다량의 미세먼지로 오염된 지하터널을 운행하기 때문에 환기에 의해서 CO2 농도를 낮추는 것은 매우 어렵다. 이에 인위적으로 CO2를 흡착저감하는 기술의 적용이 객실 CO2 농도를 제어하는 한 가지 방안으로 제시되고 있다. 기존의 물리적 흡착제들은 재생이 가능한 장점이 있으나, 단위 무게당 CO2 흡착량이 매우 적고, 또한 흡착에 많은 시간이 소요되어, 실제 실내공간에서 단기간에 원하는 수준으로 CO2 농도를 낮추는 것은 매우 어렵다. 이에 본 연구에서는 화학적 흡착제를 이용한 실내공간 CO2 저감을 목표로 실험을 수행하였다. 본 연구에서는 다양한 알칼리금속 및 알칼리토금속으로 개질한 제올라이트를 2 mm 정도 크기의 펠렛으로 성형하였다. 알칼리금속 및 알칼리토금속의 종류, 알칼리금속의 함량비, 전처리 및 후처리 온도, 초기 CO2 농도, 처리유량 등을 다양하게 변화시키면서 CO2 저감성능을 최적화할 수 있는 조건을 알아보았다. 또한, 이렇게 제조한 흡착제를 실제 실내공간에 적용할 수 있도록 lab-scale의 소형 CO2 저감시스템을 제작하고, 이를 24 m3 크기의 챔버에 설치한 후에 실내 CO2 농도를 인위적으로 높인 상태에서 CO2 흡착저감성능을 알아보았다. 실험결과, 물리적 흡착을 하는 제올라이트를 사용할 경우에는 실내공간의 CO2 농도를 거의 낮출 수 없었으나, 화학적 흡착을 하는 개질한 제올라이트를 사용할 경우에는 단기간에 낮출 수 있었다. 현 연구에서는 화학적 흡착의 경우 재생이 불가능하므로 1회 사용후 폐기하여야 하는 단점이 있다. 따라서, 이를 보완할 수 있는 흡착제 재생방안 및 실내공간의 CO2 농도에 따라 물리적 흡착과 화학적 흡착을 선택적으로 일어나게 하는 기술 등의 추가 연구가 필요하다.