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Advanced Carbon & Energy Laboratory (ACE Lab)

서울과학기술대학교 미래에너지융합학과

문석윤 교수

Hydrogen Storage

Methane Storage

Carbon Mineralization

Advanced Carbon & Energy Laboratory (ACE Lab)

미래에너지융합학과 문석윤

ACE Lab(Advanced Carbon & Energy Laboratory)은 탄소, 자원, 에너지의 융합적 연구를 통해 순환 경제와 탄소 중립 사회 실현을 목표로 하는 연구실입니다. 본 연구실은 산업 폐기물 및 부산물에서 유용 금속을 회수하고, 이산화탄소를 안정적인 고체 탄산염으로 전환하는 탄소 광물화 기술을 개발하여 자원 재활용과 온실가스 저감에 기여하고 있습니다. 특히, pH Swing 방법을 활용한 금속 회수 및 탄소 광물화 공정, 철강 및 시멘트 산업 슬래그의 활용, 희토류 및 리튬 등 희귀 금속의 선택적 회수 등 다양한 자원 회수 기술을 연구하고 있습니다. 이러한 기술은 자원의 국내외 의존도를 낮추고, 자원 순환 체계 구축에 중요한 역할을 합니다. 또한, 크러스레이트 하이드레이트 기반의 가스 저장 및 분리 기술을 통해 천연가스, 수소, 이산화탄소 등 다양한 가스의 효율적 저장 및 분리 솔루션을 제시하고 있습니다. 하이드레이트의 열역학 및 동역학 특성 연구, 첨단 소재를 활용한 하이드레이트 시스템 엔지니어링 등은 미래 에너지 저장 및 운송, 탄소 포집 및 저장(CCUS) 분야에서 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 도시광산 기술을 통한 희귀 금속 및 유가 자원의 회수, 혁신적 에너지 회수 기술 개발 등은 자원 고갈 및 환경 오염 문제 해결에 직접적으로 기여합니다. 본 연구실은 실험적 연구와 이론적 모델링을 병행하여, 기술의 실용화와 산업 적용을 위한 다양한 산학협력 및 국제 공동연구를 활발히 수행하고 있습니다. 이처럼 ACE Lab은 자원 회수, 탄소 광물화, 하이드레이트 기반 에너지 저장 및 분리, 도시광산 등 다양한 분야에서 융합적이고 혁신적인 연구를 통해 지속 가능한 미래 에너지 및 환경 솔루션을 제시하고 있습니다.

Hydrogen Storage
Methane Storage
Carbon Mineralization
자원 회수 및 탄소 광물화 기술
자원 회수 및 탄소 광물화 기술은 산업 폐기물 및 부산물에서 유용 금속을 효율적으로 회수하고, 동시에 이산화탄소를 안정적인 고체 탄산염 형태로 전환하는 혁신적인 연구 분야입니다. 본 연구실에서는 pH Swing 방법을 활용하여 폐배터리, 슬래그 등 다양한 산업 폐기물 속에 포함된 희토류, 리튬 등 유가 금속을 선택적으로 회수하는 기술을 개발하고 있습니다. 이 과정은 금속의 pH별 용해도 차이를 이용하여 특정 금속을 PMO(Precipitated Metal Oxide) 형태로 회수함으로써, 자원의 재활용률을 극대화하고 환경 오염을 최소화하는 데 기여합니다. 탄소 광물화는 이산화탄소(CO2)를 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg) 등 알칼리 금속과 반응시켜 안정적인 탄산염으로 전환하는 기술입니다. 이 과정은 대기 중 이산화탄소 농도를 줄이고, 탄산염을 다양한 산업 분야에서 활용할 수 있는 부가가치를 창출합니다. 특히 철강 및 시멘트 산업에서 발생하는 슬래그를 활용한 탄소 광물화 연구는 탄소 중립 실현에 중요한 역할을 하고 있습니다. 이러한 자원 회수 및 탄소 광물화 기술은 순환 경제 실현과 지속 가능한 미래 에너지 시스템 구축에 핵심적인 역할을 합니다. 본 연구실은 관련 공정의 효율성 향상, 새로운 촉매 및 반응 조건 개발, 그리고 실제 산업 적용을 위한 스케일업 연구를 활발히 수행하고 있습니다.
크러스레이트 하이드레이트 기반 에너지 저장 및 가스 분리
크러스레이트 하이드레이트(Clathrate Hydrate)는 물 분자가 수소 결합을 통해 형성한 격자 구조 속에 다양한 가스 분자를 포집할 수 있는 특별한 화합물입니다. 본 연구실은 이러한 하이드레이트를 활용하여 천연가스, 수소, 이산화탄소 등 다양한 가스의 저장 및 분리 기술을 개발하고 있습니다. 하이드레이트 기반 가스 저장 기술은 기존의 압축 또는 액화 방식에 비해 에너지 효율이 높고, 안전성이 뛰어나 차세대 에너지 저장 솔루션으로 각광받고 있습니다. 특히, 천연가스-수소 혼합물에서 메탄(CH4)과 수소(H2)를 선택적으로 분리하거나, 이산화탄소를 효과적으로 포집하는 기술 개발에 주력하고 있습니다. 이를 위해 하이드레이트의 열역학적 특성 및 반응 속도(kinetics)를 정밀하게 제어하고, 구조적으로 엔지니어링된 하이드레이트 시스템을 설계하여 가스 포집 및 저장 효율을 극대화하고 있습니다. 최근에는 슈퍼흡수성 고분자, 나노입자 등 첨단 소재를 도입하여 하이드레이트 형성 및 안정성 향상에도 연구를 확대하고 있습니다. 이러한 연구는 에너지 저장 및 운송, 탄소 포집 및 저장(CCUS), 수소 경제 실현 등 다양한 미래 에너지 및 환경 분야에 적용될 수 있습니다. 본 연구실은 실험적 접근과 이론적 모델링을 병행하여 하이드레이트 기반 에너지 및 환경 솔루션의 상용화 가능성을 높이고 있습니다.
순환 경제를 위한 도시광산 및 혁신적 에너지 회수
도시광산(Urban Mining)은 사용이 종료된 전자제품, 배터리, 산업 폐기물 등에서 유가 금속 및 자원을 회수하는 기술로, 자원 고갈 문제와 환경 오염 문제를 동시에 해결할 수 있는 미래 지향적 연구 분야입니다. 본 연구실에서는 도시광산 기술을 활용하여 희귀 금속, 리튬, 망간 등 다양한 금속 자원을 효율적으로 회수하는 공정 개발에 집중하고 있습니다. 이를 통해 자원의 국내외 의존도를 낮추고, 자원 순환 체계를 강화하는 데 기여하고 있습니다. 혁신적 에너지 회수 분야에서는 천연 메탄 하이드레이트 매장지로부터의 에너지 회수, 산업 부산물의 에너지화 등 다양한 에너지 회수 기술을 연구하고 있습니다. 특히, 메탄 하이드레이트는 해저에 대량으로 존재하는 차세대 에너지원으로 주목받고 있으며, 본 연구실은 하이드레이트의 안정적 생산 및 에너지 회수 효율 극대화를 위한 열역학적, 동역학적 연구를 수행하고 있습니다. 이와 같은 도시광산 및 에너지 회수 기술은 자원과 에너지의 효율적 이용, 환경 보호, 그리고 지속 가능한 순환 경제 실현에 필수적인 역할을 합니다. 본 연구실은 관련 기술의 실용화와 산업 적용을 목표로 다양한 산학협력 및 국제 공동연구도 활발히 추진하고 있습니다.
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Uranium removal from radioactive wastewater using biochar-based adsorbents: A review on synthesis, performance, and mechanism
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