[Hybrid Direct Air Capture (HDAC)] Carbon Herald 기사

링크: https://carbonherald.com/commercializing-hybrid-direct-air-capture-system-water-co2-will-kain-ceo-avnos/

"Our Hybrid Direct Air Capture System Captures Both Water And CO2" - Will Kain, CEO Avnos

 

0. Short Introduction

• 2023년 7월 11일 기사이다. 오늘은 2023년 8월 1일이니 3주전, 꽤 최근기사다. 현재 내가 프로젝트에 참여하고 있는 팀의 CEO가 인터뷰를 하였다.
• 이 기술에 대한 파일럿 단계 실증 프로젝트에 참여해서 연구를 수행한다는 조건으로 2년짜리 포닥 펀드를 받을 수 있었고, 덕분에 지금 내가 미국에서 연구할 수 있게되었다.
• 많은 부분들이 외부에 오픈되어 있지 않아서, 논문 작성에서 여러 가지 난관이 있던 찰나에 반가운 기사를 발견했다.
• 기사에서는 기술에 대한 기본적인 컨셉을 공개했기에 이를 기반으로 간단하게 나의 연구도 곁들여서 소개해 본다.

1. Research context

• 기존의 많은 대기중 탄소포집 기술 (DAC)에서 CO2를 포집하고, 포집하는 과정에 물이 필요하다.
• 하이브리드 형태 DAC (일종의 차세대 DAC) 기술을 활용해서 CO2와 물을 동시에 포집한다는 개념이다.
• 대기가 아무리 건조한 조건이라 할지라도 수분이 함께 포함되어 있기에 (사막의 상대습도는 약 20%이다.)
• 대기 중에서 물과 CO2를 동시적으로 포집하는 것은 이론적으로는 타당하다고 할 수 있다.

2. Two subsystems

두 가지 하위 시스템으로 구성되어 있는데, 첫 번째는 우선적으로 대기 중에서 물을 수확하는 것이고,
두 번째는 수확한 물을 활용하여 탄소의 포집과 재생 사이클을 가능케 하는 것이다.

2.1. Atmospheric water harvesting (대기 물 수확)
• 대기 중에 있는 물을 수확하는 기술을 Atmospheric water harvesting (AWH) 또는 Atmospheric water extraction (AWE) 등으로 칭하며,
• 공기가 이산화탄소 포집 시스템으로 보내지기 전에, dehumidification unit (= 쉽게 말해서 제습기)을 통해서 특정 레벨까지의 수분을 제거해준다. 그렇게 건조된 공기가 두 번쨰 시스템으로 흘러들어가게 된다.

2.2. Moisture-swing adsorption (수분 스윙 흡착)
• 건조된 공기는 포집 단계 (= 흡착)에서 탄소를 포집하고, 탄소가 포집된 공기는 밖으로 빠져나간다.
• 그리고 이렇게 포집된 탄소에 수분을 흘려보내면 탄소가 떨어져 나가게 되어서, 결과적으로 농축된 이산화탄소를 모을 수 있게 된다.
• 다시 말해서 수분이 많아진 주변 환경에서 탄소가 쉽게 떨어져 나가는 (=탈착) 물질의 특성을 이용한 것인데,
이는 에너지 측면에서 효율적이라고 할 수 있다.
• 왜냐하면 기존에는 탄소를 탈착시키기 위해서 높은 온도의 열에너지 또는 높은 진공도가 필요했기 때문이다.
• 기존 공정에서는 흡-탈착 사이클에서 온도 혹은 압력의 변화 (상압을 이용하면 P, 음압을 이용하면 V, 이를 둘다 이용하면 VP)를 이용했기 때문에, 이를 각각 temperature-swing adsorption / (vacuum) pressure-swing라고 불렀다.
• 줄여서는 TSA, (V)PSA로 부른다. 여기서 끝에 붙은 A는 adsorption 탈착을 의미한다.
• 이는 수십년 전부터 많은 산업에서 기체의 정제 및 분리를 위해 연구가 많이되어왔고, 특별하게 새로운 개념은 아니다.
• 하지만 스윙의 주체가 온도/압력이 아닌 수분이 대상이 된다는 점에서 보다 새로운 적용 포인트를 발굴했다고 볼 수 있다.
• 이처럼 새로운 주체의 SWING을 이용하는 컨셉이 슬슬 등장한다. MIT에서는 electro-swing (ESA)를 개발해 새로운 회사가 나왔었다.
• 자연에서 존재하는 여러가지 현상들을 활용/응용해서 기술을 개발하는 것이 결국 엔지니어링 아닐까?

 

3. 기술의 실현 가능성 / 향후 전망 등

• 기술의 실현 가능성을 따지기 위해 여러 부분들을 검토한다.
• 공학의 측면에서 에너지 및 열역학, 기술의 실현 가능한 공정 조건 등을 검토한다.
• 그 외에도 경제적 타당성과 환경영향성 등을 평가하게되면 본 기술에 대한 잠재성을 조망할 수 있게 해준다.

• 환경영향성 평가를 위해 미국에 와서 새로운 분야를 하나 공부하기 시작했다: LCA (전 과정 평가) 링크: https://jinsustory.tistory.com/category/%EC%A0%84%EA%B3%B5%20%EA%B3%B5%EB%B6%80/LCA%20%28%EC%A0%84%20%EA%B3%BC%EC%A0%95%20%ED%8F%89%EA%B0%80%29

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• 일반 대중들에게 파급력에 대해 설명하기 수월하다.
• 본 기사에서도 위와 관련된 부분들이 나와있다 - 비즈니스 모델 포함.

 

4. 나의 연구 방향

• 미국 포닥에서의 나의 연구주제 역시 위의 시스템을 실증하기 위해 필요한 여러가지 요소들을 연구/개발하는 중이다.
• 순서대로 퍼즐을 풀어가는 중인데, 그 과정에서 나온 열매들을 아카데믹하게 풀어가면 나의 크레딧 또한 가져갈 수 있다.

• 첫 번째 논문는 "대기 중 물을 추출하는 기술에 대한 시스템 차원에서의 분석"을 주제로 하여 막 원고 작성을 마쳤고,
• 두 번째 논문은 "대기 중 물을 추출파는 기술에 대한 역학 분석과 이에 기반한 재료 선정 및 실제 조업 가이드"를 주제로 하여 원고를 작성 중이다.

• 사소한 느낀점이다. 결국 새로운 기술을 응용하기 위해서는 FANCY한 것이 아니라, 기본기와 펀더멘털이 중요하다. 레퍼런스가 없기 때문에 내가 도출한 결과들을 잘 견주어볼 수 있어야 하기 때문이다.
• World-class level의 엔지니어들, 대가 지도 교수님, 그리고 옆에서 서포팅해주는 대학원생들로부터 많은 도움을 받고 있다. 한국에서는 못했던 탑클래스 논문 출판을 목표로 연구해볼 것.

조만간 논문이 정식 출판되면 곧 업데이트 예정!