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Aug 23, 2023

바닷물에서 이산화탄소를 빼내는 방법

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지구 대기에 이산화탄소가 계속 축적됨에 따라 전 세계 연구팀은 공기에서 가스를 효율적으로 제거하는 방법을 찾는 데 수년을 보냈습니다. 한편, 대기 중 이산화탄소의 세계 최대 “흡수원”은 바다인데, 바다는 인간 활동으로 생산되는 전체 가스의 약 30~40퍼센트를 흡수합니다.

최근 해수에서 직접 이산화탄소를 제거하는 가능성이 CO2 배출을 완화하기 위한 또 다른 유망한 가능성으로 대두되었으며, 이는 잠재적으로 언젠가는 전체 순 마이너스 배출로 이어질 수도 있습니다. 그러나 공기 포집 시스템과 마찬가지로 이 아이디어는 아직 널리 사용되지는 않았지만 이 분야에 진출하려는 회사가 몇 군데 있습니다.

이제 MIT 연구진은 정말 효율적이고 저렴한 제거 메커니즘의 열쇠를 찾았을 수도 있다고 말합니다. 이번 연구 결과는 MIT 교수 T. Alan Hatton과 Kripa Varanasi, Postdoc Kim Seoni, 대학원생 Michael Nitzsche, Simon Rufer, Jack Lake의 논문으로 Energy and Environmental Science 저널에 이번 주에 보고되었습니다.

바닷물에서 이산화탄소를 제거하기 위한 기존 방법은 막 스택에 전압을 가하여 물 분해를 통해 공급 흐름을 산성화합니다. 이는 물 속의 중탄산염을 CO2 분자로 변환한 다음 진공 상태에서 제거할 수 있습니다. 화학 공학과의 Ralph Landau 교수인 Hatton은 멤브레인이 비싸고 스택의 양쪽 끝에서 전체 전극 반응을 구동하기 위해 화학 물질이 필요하므로 공정의 비용과 복잡성이 더욱 가중된다고 지적합니다. "우리는 양극과 음극 반쪽 전지에 화학 물질을 도입할 필요성을 피하고 가능하다면 멤브레인의 사용을 피하고 싶었습니다."라고 그는 말합니다.

연구팀은 막이 없는 전기화학 전지로 구성된 가역적 공정을 생각해 냈습니다. 반응성 전극은 세포에 공급되는 해수에 양성자를 방출하여 물에서 용해된 이산화탄소를 방출하는 데 사용됩니다. 이 과정은 주기적입니다. 먼저 물을 산성화하여 용해된 무기 중탄산염을 분자 이산화탄소로 변환하고, 이는 진공 하에서 가스로 수집됩니다. 그런 다음 물은 반전된 전압으로 두 번째 셀 세트에 공급되어 양성자를 회수하고 산성수를 다시 알칼리성으로 만든 후 다시 바다로 방출합니다. 주기적으로 한 세트의 전극에서 양성자가 고갈되고(산성화 중) 다른 세트가 알칼리화 중에 재생되면 두 셀의 역할이 바뀌게 됩니다.

이산화탄소를 제거하고 알칼리수를 재주입하면 이산화탄소 축적으로 인해 발생한 바다의 산성화가 적어도 국지적으로 서서히 역전되기 시작할 수 있으며, 이는 결국 산호초와 조개류를 위협하게 된다고 바라나시 교수는 말합니다. 기계 공학. 알칼리수의 재주입은 생태계를 교란시킬 수 있는 알칼리도의 국지적 급증을 피하기 위해 분산된 배출구를 통해 또는 멀리 떨어진 바다에서 이루어질 수 있다고 그들은 말합니다.

“우리는 지구 전체의 배출을 처리할 수 없을 것입니다.”라고 Varanasi는 말합니다. 그러나 재주입은 물을 산성화하는 경향이 있는 양어장과 같은 장소에서 수행될 수 있으므로 이는 그러한 효과에 대응하는 데 도움이 되는 방법이 될 수 있습니다.

물에서 이산화탄소를 제거한 후에도 다른 탄소 제거 공정과 마찬가지로 폐기해야 합니다. 예를 들어, 해저 아래의 깊은 지질 구조에 묻힐 수도 있고, 운송 연료로 사용할 수 있는 에탄올과 같은 화합물이나 기타 특수 화학 물질로 화학적으로 변환될 수도 있습니다. Hatton은 “포집된 CO2를 화학물질이나 재료 생산을 위한 공급원료로 사용하는 것을 확실히 고려할 수 있지만 모든 것을 공급원료로 사용할 수는 없을 것입니다.”라고 말합니다. “생산하는 모든 제품의 시장이 고갈될 것이므로 어떤 일이 있어도 포집된 CO2의 상당량을 지하에 매장해야 합니다.”