환경공학과 임동희 교수 및 공동연구팀(윤여명 환경공학과 교수, 홍혜진 환경공학과 교수, 강동우 공업화학과 교수)이 한국연구재단에서 지원하는 「2024년 기초연구실지원사업(Basic Research Lab, BRL)」에 최종 선정되었다.

 

 

과제명은 “계산과학 기반 탄소중립 핵심기술 고도화 기초연구실”로서, 본 연구팀은 고엔트로피 폐기물을 활용하여 우리나라 탄소중립 10대 핵심기술 중, CO2 포집 및 고부가가치 소재화 활용 기술, 바이오에너지 고품질화 기술, 그리고 수송 모빌리티 탈탄소화를 위한 리튬 금속자원 회수 기술을 상호 유기적으로 고도화하기 위한 에너지 자원순환 기술을 개발할 계획이다.

 

 

본 기초연구실 연구는 계산과학 양자화학 모델링 기술 적용을 기반으로, 고엔트로피 유/무기성 폐기물의 유기적 연계 활용을 통해 탄소중립 실현을 위한 핵심기술을 고도화하고 창의적으로 융합함으로써, 지속가능한 에너지 및 자원 활용을 위한 새로운 관점을 제시하고자 한다.

 

 

이를 위해 먼저, ① 기존의 높은 휘발성 및 독성을 나타내는 용매 대신 수계 활용이 용이한 공융용매(DES)를 활용한 친환경 CO2 포집 기술을 개발하고, 해당 기술을 활용하여 ② 유기성 폐기물로부터 생산된 바이오가스 중 CO2를 포집함으로써 고순도 바이오에너지를 생산한다. 또한 포집한 CO2는 무기성 폐기물(해수담수화 농축수, 염호수 등) 중 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca)과의 광물탄산화 반응을 통해 고부가가지 소재로 도출되고, ③ 이때 활용되는 무기성 폐기물로부터 탄소중립 핵심광물인 리튬을 선택적 흡착소재로 회수하고자 한다.

 

 

본 연구의 독창성으로는, CO2 포집을 위한 DES 최적 공융용매 설계, 바이오가스 생산 효율 증가를 위한 설계 인자 도출, 리튬 회수를 위한 선택적 흡착소재 설계에 계산과학 양자화학 모델링 기법을 접목시켜 기존에 실험적으로 해결이 어려운 기술적 난제를 극복하고자 한다.

 

 

본 기초연구실 연구 개발 성과로서, 우리나라 탄소중립 달성과 고품질 메탄 에너지원의 활용을 동시에 추진할 수 있음으로써 국내 산업·에너지 사용 구조를 고려한 최적의 탄소중립 핵심기술로 역할이 가능할 것이며, 급격한 전기차 및 에너지 저장용 배터리 시장 성장에 따른 국가 전략적 핵심 광물인 리튬 확보 전략에 기여할 것으로 기대한다.