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논문KCI 등재

순환유동층 석탄재를 이용한 탄소광물화 기술의 온실가스 배출 저감량 및 경제성 분석

Greenhouse Gas Emission Reduction and Economic Benefit Evaluation of Carbon Mineralization Technology using CFBC Ash

김정윤|정은태
한국자원리싸이클링학회|2022.06|자원리싸이클링 (Resources Recycling)|제31권 제3호|pp. 40-52|DOI 10.7844/kirr.2022.31.3.40

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경제성분석Economic Analysis탄소광물화순환유동층 발전소온실가스 감축량Carbon MineralizationCFBC Power PlantCO2 Reduction
주제분류자원공학

초록

탄소광물화 기술은 석탄재와 이산화탄소를 반응시켜 건설재료 등으로 활용이 가능한 복합탄산염 등의 부산물을 생산함과 동시에 이산화탄소를 탄산염에 고정화하여 온실가스 감축효과를 얻을 수 있는 기술로, 이산화탄소 감축 및 경제적 잠재력을 고려하면 국가 온실가스 감축 목표를 실현하기 위한 유용한 방안이 될 수 있다. 그러나 아직까지는 해당 기술의 이산화탄소 감축 성능과 환경적인 이점, 경제성등에 대한 자료가 적어서 기술의 상용화 가능성에 대해서는 명확하지 않은 상태이다. 본 연구는 국내 순환유동층 발전소에서 발생되는 이산화탄소와 석탄재를 이용하는 이산화탄소 투입량 기준 6,000 tonCO2/년 규모의 탄소광물화 설비에 대해 이산화탄소 감축량 및 경제성분석을 수행했다. 공정 분석 결과 1톤의 복합탄산염 생산 시 실질적인 이산화탄소 감축량은 약 45.8 kgCO2eq, 연간 약 805.3 tonCO2로 산정되었으며, 경제적 편익 분석 시 비용편익분석비(B/C Ratio)는 1.04, 내부수익률(IRR)은 10.65 %, 순현재가치(NPV)는 24,713,465 원으로 나타나, 탄소광물화 설비가 어느 정도 경제성을 확보하고 있는 것으로 분석되었다.

Abstract

This study analyzed the amount of carbon dioxide reduction and economic benefits of detailed processes of CO2 6,000 tons plant facilities with mineral carbonation technology using carbon dioxide and coal materials emitted from domestic circulating fluidized bed combustion power plants. Coal ash reacted with carbon dioxide through carbon mineralization facilities is produced as a complex carbonate and used as a construction material, accompanied by a greenhouse gas reduction. In addition, it is possible to generate profits from the sales of complex carbonates and carbon credits produced in the process. The actual carbon dioxide reduction per ton of complex carbonate production was calculated as 45.8 kgCO2eq, and the annual carbon dioxide reduction was calculated as 805.3 tonCO2, and the benefit-cost ratio (B/C Ratio) is 1.04, the internal rate return (IRR) is 10.65 % and the net present value (NPV) is KRW 24,713,465 won, which is considered economical. Carbon mineralization technology is one of the best solutions to reduce carbon dioxide considering future carbon dioxide reduction and economic potential

참고문헌 (39)

  1. 한종훈, "친환경성 및 패시브 디자인 특성을 중심으로한 도심형 한옥에 관한 연구", 석사, 건축학과, pp.2013
  2. "A strategy to promote carbon neutrality" (2022)[URL]
  3. 이원기, "이산화탄소 저감형 생분해성 고분자", Clean Technology, 17(3), pp.191~200 (2011), 한국청정기술학회
  4. 정철진, "석탄재 활용 액상탄산화를 통한 이산화탄소 저감 연구", 한국환경기술학회지, 19(1), pp.1~9 (2018), 한국환경기술학회[DOI]
  5. Huijgen, W. J. J., "Mechanisms of aqueous wollastonite carbonation as a possible CO2 sequestration process", Chemical Engineering Science, 61(13), pp.4242~4251 (2006)
  6. 남성영, "가속탄산화를 통한 Ca-rich Waste Mineral의 정량적인 CO2 고용량 평가", 한국세라믹학회지, 51(2), pp.64~71 (2014), 한국세라믹학회
  7. Punia, A., "Carbon dioxide sequestration by mines:implications for climate change", Climatic Change, 165(1-2), pp.10~ (2021)
  8. Skocek, J., "Carbon Capture and Utilization by mineralization of cement pastes derived from recycled concrete", Scientific Reports, 10(1), pp.5614~ (2020)
  9. Snæbjörnsdóttir, S. Ó., "Carbon dioxide storage through mineral carbonation", Nature Reviews Earth & Environment, 1(2), pp.90~102 (2020)
  10. Uliasz-Bocheńczyk, A., "The potential of FBC fly ashes to reduce CO2 emissions", Scientific Reports, 10(1), pp.9469~ (2020)
  11. Liu, W., "CO2 mineral carbonation using industrial solid wastes : A review of recent developments", Chemical Engineering Journal, 416, pp.129093~ (2021)
  12. 한건우, "국내 산업 여건을 고려한 CO_2 저장 방안으로서 광물 탄산화 기술의 타당성", Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHAK), 49(2), pp.137~150 (2011), 한국화학공학회
  13. "Global Roadmap for Imple-menting CO2 Utilization" (2016)[URL]
  14. Mineral commodity summaries 2020, "USGS", 204~ (2020)
  15. 송해정, "규회석-증류수 현탁액을 이용한 고농도 CO2 가스의 탄산염 광물화", 대한환경공학회지, 36(5), pp.342~351 (2014), 대한환경공학회[DOI]
  16. Qin, L., "Influences of coal fly ash containing ammonium salts on properties of cement paste", Journal of Environmental Management, 249, pp.109374~ (2019)
  17. Tayara, L., "Feasibility Analysis for Carbon Capture and Utilization In Cement-Concrete Industries", pp.2012
  18. Stolaroff, J. K., "Using CaO- and MgO-rich industrial waste streams for carbon sequestration", Energy Conversion and Management, 46(5), pp.687~699 (2005)
  19. Mayoral, M. C., "Optimization of mineral carbonation process for CO2 se-questration by lime-rich coal ashes", Fuel, 106, pp.448~454 (2013)
  20. Ukwattage, N. L., "A laboratory-scale study of the aqueous mineral carbonation of coal fly ash for CO2 sequestration", Journal of Cleaner Production, 103, pp.665~674 (2015)
  21. Lee, J. H., "Development Status of CO2 Utilization Technology", The Korean Society of Industrial And Engineering Chemistry, 18(3), pp.28~40 (2015)
  22. Shim, J. G., "Current status of CCU technology development", KEPCO Journal on Electric Power and Energy, 2(4), pp.517~523 (2016)
  23. Jo, H. Y., "Evaluation of factors affecting mineral carbonation of CO2 using coal fly ash in aqueous solutions under ambient conditions", Che-mical Engineering Journal, 183, pp.77~87 (2012)
  24. Doosan Lentjes, "Starobeshevo circulating fluidised bed combustion", ~ (2021)
  25. Operating experience of low grade fuels in circulating fluidised bed combustion (CFBC) boiler, "Barnes, I.", IEA Clean Coal Centre, 68~ (2015)
  26. 백철승, "유동층보일러형 화력발전소의 석회석 활용 탈황기술 연구동향", 자원리싸이클링, 24(5), pp.3~14 (2015), 한국자원리싸이클링학회[DOI]
  27. 김영미, "청정화력발전 기술 육성 방안 연구", 한국기후변화학회지, 9(2), pp.197~207 (2018), 한국기후변화학회[DOI]
  28. Park, Y., "Developing the procedure for the uncer-tainty analysis and its reduction for GHG emission model output: Considering the contribution for the uncertainty and data quality", pp.2015
  29. Lee, G., "Life Cycle Assessment requirements and guidelines", 10~21 (2004)
  30. International Organization for Standardization, "Environmental management: life cycle assessment; require-ments and guidelines", ISO, ~ (2006)
  31. Techno-economic assessment of the conditions for the development of a potential unconventional gas and oil industry: Review of experiences outside Europe and analysis of the European potential, "EU", ~ (2017)
  32. "TEA(Techno-Economic Analysis) trend analysis" (2022)[URL]
  33. Zimmermann, A. W., "Techno-economic assessment guidelines for CO2 utili-zation", Frontiers in Energy Research, 5 (2020)
  34. 박성호, "재생에너지기반 수전해 생산 수소와 바이오매스 가스화 하이브리드 공정의 기술 경제성 분석", 한국가스학회지, 24(5), pp.65~73 (2020), 한국가스학회[DOI]
  35. Ruokonen, J., "Modelling and Cost Estimation for Conversion of Green Methanol to Renewable Liquid Transport Fuels via Olefin Oligomerisation", Processes, 9(6), pp.1046~ (2021)
  36. Park, S., "Thermodynamic and economic investigation of coal-fired power plant combined with various supercritical CO2 Brayton power cycle", Appl. Therm. Eng, 130, pp.611~623 (2018)
  37. Towler, G., "Principles, practice and conomics of plant and process design, Chemical En-gineering Design" (2008), Butterworth-Heinemann
  38. Tsagkari, M., "Early stage capital cost estimation of biorefinery processes : a comparative study of heuristic techniques", ChemSusChem, 9(17), pp.2284~2297 (2016)
  39. "Carbon emission market platform" (2021)[URL]

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