• 터키즈 수소(turquoise hydrogen)를 고로(blast furnace) 공정과 통합하는 공정이 제안되었다. • 열 공급 방식과 수소 순도에 따라 네 가지 사례가 제안되었다. • 주입 온도 상승은 치환 비율 증가와 상관관계가 있다. • 제안된 모든 사례에서 음(陰)의 CO 2 배출이 달성되었다. • 고순도 수소를 공급하는 것이 환경과 경제성 측면에서 최선의 전략이었다. 철강 부문의 탈탄소화 노력은 주로 두 가지 경로를 따른다. 즉, 고로(BF) 기반 철 생산에서 대체 저탄소 연료(예: 수소, 암모니아)를 사용하는 경로와, 전기로(EAF) 기반 철 생산에서 직접환원철을 활용한 전동화 공정을 도입하는 경로이다. 본 연구에서는 수소 기반 고로 철 생산을 위한 공정 통합 시너지가 제안되었으며, 그에 대한 기술경제적 및 환경적 영향을 평가하였다. 천연가스 열분해를 통해 생산되는 터키즈 수소(turquoise hydrogen)는 주입 온도와 수소 순도 변동이 공정 설계, 경제적 성과 및 CO 2 완화 잠재력 간의 균형에 미치는 영향을 네 가지 사례를 통해 검토하도록 설계되었다. 수소 정제 장치를 포함한 열 공급 전략도 함께 고려되었다. 각 사례는 에너지 소비, 고로 주입 성능, 경제적 타당성, 환경적 영향의 관점에서 평가되었다. 그 결과, 사례 A는 60.4%의 최고 에너지 효율을 달성하였고, 사례 D는 47.6%로 최저였다. 고로 성능 측면에서는 고순도 H 2의 주입 온도를 증가시키면 H 2 -코크스(coke) 치환 비율이 1.10에서 1.46 kg_coke/Nm 3 -gas로 향상되어, 최대 41 kg H2 /tHM에 이르는 유의미하게 높은 H 2 주입률을 가능하게 하였다. 경제성 측면에서, 고체 탄소 부산물로 인해 통합은 매우 경쟁력 있는 것으로 나타났으며, 사례 D는 사례 A의 0.016 US$/kg-gas에비해가장유리한단위생산비용(UPC)-0.29US$/kg-gas를 달성하였다. 환경 측면에서도, 사례 D는 kg-gas 당 순(順)음(-)의 CO 2 배출이 − 7.43 kg CO 2 -eq./kg-gas로 나타나 우수한 지속가능성 프로파일을 보였다. 종합하면, 제안된 터키즈 H 2와 고로 철 생산의 통합은 강한 경제적 및 환경적 성능을 보여준다. 남은 과제는 철 생산 공정 내에서 대체 용도에 대해 최적의 수소 정제 수준을 결정하는 것이다.

분자 시뮬레이션, 실험 및 기술-경제성 분석은 LNG 재기화(재가스화) 공정의 통합을 통해 극저온에 가까운 온도에서 비용 효율적인 직접 공기 포집을 제안한다.

직접 공기 포집(Direct air capture, DAC)은 대기에서 이산화탄소를 제거하기 위한 유망한 기술이다. 그러나 광범위한 배치는 높은 에너지 요구, 물 관리, 흡착제(sorbent) 열화, 변동성 재생에너지 원과의 통합, 그리고 변동하는 기후 조건에 의해 제약을 받는다. 고체 흡착 기반 DAC 시스템의 설계, 운전, 제어는 흡착제 재료, 흡착 시스템, DAC 공정, 그리고 상류 및 하류 운영 전반에 대한 총체적 공학적 접근을 필요로 하는 복잡한 문제이다. 본 총설에서는 공정시스템공학(Process Systems Engineering, PSE)이 세 가지 영역에서의 최근 PSE 발전을 부각함으로써 이러한 다중 스케일 시스템 설계 과제를 어떻게 해결할 수 있는지 보여준다: (i) 공정 정보를 반영한 흡착제 선택, (ii) 열 통합 및 물 관리, (iii) 기술적 타당성(viability) 평가이다. 우리는 PSE가 흡착제 특성과 시스템 설계 및 최적화를 연결하는 데 있어 이룬 진전과, 흡착제로부터 포괄적 시스템 평가로 나아가기 위해 필요한 핵심 지표 및 작업 흐름을 요약한다. 우리는 DAC를 열 및 전력 생성과 통합하는 것, 재생 전기 또는 기존 인프라로부터의 활용도가 낮은 자원을 사용하는 것, 그리고 열과 물의 결합 통합과 같은 효과적인 에너지 및 자원 관리 전략을 강조한다. 타당성 평가를 위해서는 흡착제 열화, 지리공간 분석, 그리고 스케일링 예측을 테크노경제성 및 전과정평가(life cycle assessments)와 통합하는 포괄적 접근을 강조한다. 마지막으로, 우리는 변동 에너지 및 기후 조건을 위한 공정 전략, 예측 가능한 흡착제 열화 모델, 에너지와 자본을 균형 있게 맞추기 위한 최적화된 스케줄링을 포함하여, 흡착-DAC의 스케일링에 중요할 향후 PSE 방향으로 결론을 제시한다. • PSE의 흡착제 선택, 열/물 통합, 타당성 평가에 대한 발전. • 공정 정보를 반영한 흡착제 선택은 성능, 비용, 환경적 영향을 균형 있게 고려한다. • 전략적 자원 통합은 에너지 수요를 줄이고 탄소 제거를 개선한다. • 평가는 흡착제와 공정을 지역 및 전 지구적 영향과 연결한다. • PSE는 DAC 비용, 변동하는 기후, 흡착제 열화, 그리고 스케줄링을 다룰 수 있다.

진공에서의 생산은 실험적으로 검증되었다. 본 연구는 수분 스윙 공정에 의해 구현되는 DAC 시스템의 설계 및 최적화를 위한 유용한 정보를 제공하고, MSA 흡착제의 DAC 성능을 평가함에 있어 동적 돌파구(breakthrough) 실험의 중요성을 부각한다.