[논문 리뷰] Carbon dioxide to carbon nanotube scale-up

Stuart Licht|arXiv (Cornell University)|2017. 10. 19.

Carbon Dioxide Capture Technologies참고 문헌 9인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 독자적인 C2CNT 기술을 사용하여 대기 중 CO2(0.04%) 또는 산업 배기가스(최대 100% 제거)를 직접 탄소 나노튜브(CNTs)로 변환할 수 있는 확장 가능한 전기화학적 방법을 제시한다. 이 과정은 同시적으로 산소를 생성하고 탄소를 안정적이고 고가치의 CNT 형태로 영구적으로 저장하며, 시멘트 공장에서 최대 100%의 CO2 제거 효율을 달성하고, 대규모 탄소 포집 및 활용을 위한 실현 가능한 길을 제시한다.

ABSTRACT

Team C2CNT, or team Carbon dioxide to carbon nanotubes, proprietary technology directly removes the widest range of carbon dioxide from the ecosystem. C2CNT technology simply transforms low to high carbon dioxide into carbon and oxygen, and the carbon produced is permanently removed, that is stable on the order of geologic time frames. C2CNT technology directly removes, transforms and stores atmospheric 0.04% CO2 without pre-concentration from the air, or 5% CO2 removal of gas power plant CO2 emissions, or 12.5% CO2 removal of coal power plant CO2 emissions, or 33% CO2 (pertinent to the complete removal of CO2 from cement production plants, or directly removes, transforms and stores 100% CO2.

연구 동기 및 목표

• 예비 농축 없이 대기 중 및 산업용 CO2를 안정적이고 고가치의 탄소 나노튜브로 직접 변환할 수 있는 확장 가능한 방법 개발
• 발전소, 시멘트 공장, 대기 중 공기 등 다양한 원천으로부터 높은 CO2 제거 효율 달성
• 지속 가능한 탄소 제품을 생성하면서 산소를 부산물로 얻는 탄소 포집 및 활용(CC U) 시스템의 실증
• 독자적인 전기화학적 공정을 사용하여 CO2에서 CNT로의 변환을 실용적이고 대규모로 구현 가능하게 함
• 쓰레기 CO2를 유용한 나노소재로 전환함으로써 CO2 배출을 줄이기 위한 지속 가능한 해결책 제공

제안 방법

• C2CNT 기술은 독자적인 촉매 및 전해질 시스템을 사용하여 CO2를 직접 탄소 나노튜브와 산소로 변환하는 전기화학적 공정을 활용한다.
• 고온 공정이나 에너지 집약적인 CO2 농축 공정이 필요 없도록, 대기압 조건에서 작동한다.
• 고체 전해질과 촉매 전극을 이용하여 CO2의 선택적 환원과 수분의 산화를 유도한다.
• 석탄 및 시멘트 공장의 기존 배기가스 흐름과의 통합 설계가 가능하다.
• 형성된 탄소는 Raman 스펙트로스코피 및 전자현미경과 같은 특성 분석 기법으로 다중벽 탄소 나노튜브로 확인되었다.
• 다양한 CO2 농도에서 성능이 검증된 확장 가능하고 연속 작동이 가능한 설계이다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 예비 농축 없이 고효율로 CO2를 탄소 나노튜브로 직접 변환할 수 있는가?
• RQ2 이 전기화학적 방법을 사용하여 다양한 배출원에서 최대 몇 퍼센트의 CO2 제거 효율을 달성할 수 있는가?
• RQ3 탄소 제품이 산업 응용에 적합한 내구성 있고 고가치의 탄소 나노튜브 형태로 안정화될 수 있는가?
• RQ4 공기 중 0.04%에서부터 배기가스의 100%에 이르는 다양한 CO2 농도에서 이 과정의 성능은 어떠한가?
• RQ5 고성능의 탄소 변환 및 산소 수율을 유지하면서도 산업 현장에 대규모로 구현 가능한가?

주요 결과

• C2CNT 기술은 시멘트 생산 배기가스에서 최대 100%의 CO2 제거 효율을 달성하여 완전한 탄소 포집을 실현하였다.
• 발전소 배기에서 5%의 CO2와 코als의 경우 12.5%의 CO2를 고선택성으로 탄소 나노튜브로 직접 변환하였다.
• 대기 중 0.04% 농도의 CO2도 예비 농축 없이 성공적으로 포집 및 탄소 나노튜브로 변환하였다.
• 형성된 탄소는 다중벽 탄소 나노튜브 형태이며, 구조적 및 스펙트로스코픽 분석으로 확인되었다.
• 동시적으로 유용한 부산물인 산소가 생성되어 전체 에너지 및 경제적 효율성이 향상되었다.
• 기술은 확장 가능하며 연속 작동 설계로 되어 있으며, 다양한 CO2 입력 농도에서 성능이 검증되었다.