코로나19 팬데믹은 전 세계 공중 보건 안전 분야에서 특히 공공 인프라가 취약하고 공중 보건 안전 인식이 낮은 농촌 지역에서 심각한 도전 과제가 존재함을 드러냈다. 본 논문은 농촌 방역의 특성화된 요구에 대응하여 기체-고체 흡착 및 고정화 이산화염소 기술을 기반으로 살균, 해충 퇴치 및 탄소 비료 공급을 겸비한 신형 기체조절장치를 개발하였다. 본 장치는 4층 전기스위치 흡착(ESA) 탄소 포집과 압력 스윙 흡착(PSA) 질소 생산 순환을 결합한 방법으로 CO2 및 N2를 농축하며, 동시에 흡착제에 고정화된 이산화염소를 적용하여 일정 강도의 살균 효과를 달성한다. 시험 데이터와 시뮬레이션 모델을 바탕으로 탄소 포집 순환 내 흡착 및 탈착 온도차, 질소 생산 순환 내 출구 유속 및 흡착 압력이 본 기체조절장치의 분리 성능(회수율, 순도, 생산성) 및 에너지 효율 성능(비에너지 소비량, 최소 분리 작업, 제2법칙 효율)에 미치는 영향을 분석하였다. 결과는 CO2의 회수율, 순도, 생산성이 온도차 증가에 따라 상승하며, N2 순도는 출구 유속 증가에 따라 감소하고 흡착 압도 증가에 따라 상승함을 보여준다. N2 회수율과 생산성은 출구 유속 및 흡착 압도 증가에 따라 모두 상승하는 경향을 보이며, 시스템의 비에너지 소비량은 흡착 압도 증가에 따라 상승하지만 온도차 및 유속 증가에는 감소하는 경향을 나타낸다. 제2법칙 효율은 비에너지 소비량과 반대 방향의 변화를 보였다. 시뮬레이션 결과, 온도차 105 K, 출구 유속 0.01 m/s, 흡착 압도 1 MPa일 때 CO2와 N2의 순도는 최대값에 도달하며, 체적 분율(VOL)은 각각 80.6% 및 97.05%이고, 이때 시스템 비에너지 소비량은 2.13 MJ/kg, 제2법칙 효율은 4.71%로 에너지 효율이 우수한 수준임을 나타낸다. 다른 운전 조건에서도 CO2 순도는 대체로 60%VOL 이상, N2 순도는 95%VOL 이상으로 유지되며, 시스템의 다른 성능 지표들도 높은 수준을 기록할 수 있다.

기체조절기술; 이산화탄소 포집; 기상 비료공급; 친환경 소독; 고정화 이산화염소