본 연구는 작물생산성 향상 및 온실가스 저감을 위한 biochar이용 스마트팜 내 CO2의 포획 및 재순환기술을 개발하기 위하여 (1) CO2 흡수 및 재순환이 가능한 기능성 biochar를 제조기술을 개발하고, (2) 개발된 기능성 biochar의 CO2 흡수 및 재순환 효율성 및 메카니즘을 평가하고자 하며, 최종적으로 (3) 개발된 기능성 biochar...
탄소 포획
탄소 재순환
탄소네가티브
Biochar
스마트팜
온실가스
기후변화
2
주관|
2022년 2월-2025년 2월
|122,575,000원
탄소-네가티브형 biochar 제조 및 활용기술 개발
1차년도(2022): CO2 흡수 및 재순환이 가능한 기능성 biochar의 제조기술 개발
1차년도는 국내 농산업분야 배출량이 많은 유기성 바이오매스를 선정하여 다양한 열분해 온도 및 물리화학적 활성화 기술을 적용에 따른 기능성 biochar를 제조하고, 이들의 이화학적 특성을 평가할 것이며, CO2 반응조 내에 제조된 기능성 biochar를 충진하여 CO2 흡수효율을 평가할 것임.
‣ 기능성 biochar의 제조
- 유기성 바이오매스: 낙엽, 커피찌거기, 농산림잔여물, 가축분뇨 등 3종 선택
- 열분해 온도: 350, 500 및 600℃
- 활성화 기술: 물리적 (스팀) 및 화학적 (산-염기처리, 금속첨착, 질소 및 황 작용기 추가 등)
- 활성화 방안: post-activation 및 pre-activation기법을 적용
- 기능성 biochar제조과정시 발생되는 syngas 및 bio-oil 분석 (안전성 확보)
‣ 기능성 biochar의 물리⸱화학적 특성
- 물리적 특성: 수분흡수율, 밀도, 공극률, 비표면적
- 화학적 특성: pH, EC, 각종 원소분석 및 무기성분 함량
- 구조적인 특성: 관능기 (FTIR), 표면구조 (SEM-EDS), 원소결합 (XPS), 표면결정형(XRD) 등
‣ 제조된 기능성 biochar의 CO2 흡수 및 재순환 가능성 평가
- 소형 CO2 흡수반응조 설계 및 제작
- 반응 조건에 따른 CO2 흡수 및 탈착 효율 평가 및 모델식 적용
- CO2 흡수 및 재순환을 위한 최적 기능성 biochar 제조기술 확립
2차년도(2023): 개발된 기능성 biochar의 CO2 흡수 및 재순환 효율성 및 메카니즘을 평가
2차년도에는 1차년도 개발된 기능성 biochar를 실제 스마트팜과 유사한 구조를 가진 pilot 모델에 적용하여 CO2 흡수 및 재순환 효율성과 메커니즘을 분석하고, 동시에 기능성 biochar가 토양개량제로 효과를 평가함으로써 기능성 biochar를 실제 현장에 적용하기 위한 기반기술을 확립하고자 함.
‣ CO2 흡수 및 재순환을 위한 소형 pilot 장치의 설계 및 제작
- 소형 시설하우스 제작시스템을 적용
‣ 기능성 biochar의 CO2 흡수 및 재순환 효율성 평가
- CO2 주입량 및 기능성 biochar 주입량에 따른 CO2 흡수 및 재순환 효율성 평가
- 온도 및 습도 조건에 따른 기능성 biochar의 CO2 흡수 및 재순환 효율성 평가
- 반응시간에 따른 CO2 흡수 및 재순환 효율성 평가 (모델식 적용)
‣ 기능성 biochar에 의한 CO2의 흡수 및 재순환 메커니즘 분석
- CO2의 흡수 및 탈착 관련 물리⸱화학적⸱구조적 메커니즘 분석
‣ 제조된 기능성 biochar의 토양개량효과 검증
- 물리성 (용적밀도, 공극률, 수분보유력) 및 화학적 (C, N, P, CEC, 무기성분 및 중금속)
‣ 기능성 biochar를 스마트팜 내에 적용하기 위한 최적조건 확립
3차년도(2024): 기능성 biochar 적용 스마트팜의 효율성 및 안정성 평가
3차년도에는 1차 및 2차년도된 확립된 기술들을 실제 스마트팜 내에 적용하여 기능성 biochar의 적용에 따른 작물생산성, 토양개량, 온실가스 감축 및 탄소포획 및 재순환 효율성을 평가할 것이며, 최종적으로 모든 자원의 유입 및 유출량을 고려하여 기능성 biochar 적용에 따른 스마트팜 내 탄소물질수지를 평가할 것임.
‣ 기능성 biochar 적용 스마트팜내 효율성 평가
- 기능성 biochar 적용에 따른 작물생산성 향상 효과
- 기능성 biochar 적용에 따른 토양개량효과
- 기능성 biochar 적용에 따른 온실가스 감축효과
- 탄소 포획 및 재순환 효율성 검증
‣ 탄소순환형 기능성 biochar 적용 시스템 내 탄소수지를 고려한 탄소 안정성 평가
Biochar 기반된 heterogeneous Fenton 산화 촉매제 개발 및 그것의 난분해성 유기오염물질 제거에 대한 효율성 평가
1) 1차년도 (2019)
농업부산물로 제조된 biochar 기반 heterogeneous 펜톤산화 촉매제 개발을 위한 최적조건 확립
‣ 난분해성 오염물질 제거를 위한 biochar 기반된 heterogeneous 펜톤산화 촉매제를 개발하기 위하여 다양한 금속 용액내에서 목질계 바이오매스 (농업부산물)의 금속 흡수효율을 평가하고, 열분해 과정을 통해 생성된 촉매제들의 물리화학적 특성 및 이들 촉매제의 난분해성 오염물질들에 대한 분해효율 평가를 통하여 최적화된 heterogeneous 촉매제를 개발하고자 함.
2) 2차년도 (2020)
Biochar 기반 heterogeneous 펜톤산화 촉매제의 촉매활성 평가 및 메커니즘 구명
‣ 1차년도에서 최적화된 heterogeneous 촉매제를 농경지와 하수처리시설에 적용하기 위한 최적조건 확립에 관한 연구로서 온도, pH 및 외부오염원 유입등과 다양한 환경변이 하에서 개발된 촉매제의 오염물질 분해속도 및 그것의 메커니즘을 평가하고자 하며, 이 촉매제의 반응전 후 안정성 및 재활용성을 평가하여 최적화된 biochar 기반 heterogeneous 펜톤산화 시스템을 구축하고자 함.
3) 3차년도 (2021)
소형 pilot장치에 biochar 기반 heterogeneous 펜톤산화 촉매제의 적용 및 효율성 평가
‣ 1차 및 2차년도에서 도출된 최적결과를 이용하여 실증모델과 유사한 소형 실험장치를 설계 및 제작하고, 이 촉매제를 적용한 소형모델에서 장기적인 오염물질들의 분해효율 및 안정성을 평가하고자 하며 최종적으로 실제현장에 적용할 수 있는 실증모델을 제시하고자 함.