탄소 배출 저감 및 C1 자원 회수를 위한 바이오매스 유래 탄소 기반 이산화탄소(CO2) 포집 기술은 탄소중립 목표 달성에 중요합니다. 그러나 높은 CO2 포집 효율을 유지하면서 재생 에너지 소비를 줄이는 바이오매스 기반 다공성 탄소 개발은 여전히 어려운 과제입니다.
본 연구는 바이오매스 기반 탄소의 조절 가능한 기공 구조와 광열 특성을 활용하여, 흡착과 태양광 기반 탈착을 통합한 효율적이고 저에너지 CO2 포집 기술을 제안합니다. 특히, 기계적 압축을 통해 다공성 탄소의 초미세 기공 부피를 25% 증가시켰으며, 이는 CO2 흡착 용량의 25% 향상으로 이어졌습니다.
이론적 계산 및 상관관계 분석 결과, 초미세 기공 부피, 질소 도핑, 산소 도핑이 CO2 흡착에 중요한 역할을 함을 규명했습니다. 또한, 1-sun 조명 하에서 제조된 다공성 탄소의 표면 온도는 6분 이내에 57.1°C로 빠르게 상승하여 약 71.0°C에서 안정화되었고, 75%의 재생 효율을 보였습니다.
이러한 연구 결과는 고효율 저에너지 CO2 포집 기술 개발을 위한 이론적 및 실질적인 통찰력을 제공합니다.
혼농임업 시스템은 경작지 환경 관리 및 탄소 격리 분야에서 상당한 주목을 받고 있으나, 바이오매스 및 토양 탄소 변화에 대한 불확실성은 온실가스 저감의 주요 과제로 남아 있습니다. 특히 다양한 혼농임업 시스템에서 탄소 저장량, 격리율 및 관련 불확실성에 대한 종합적인 글로벌 분석은 부족한 실정입니다. 본 연구는 다양한 기후대와 토양 유형에 따른 혼농임업 시스템의 탄소 저장량과 격리율을 정량화하고, 바이오매스 및 토양 탄소량 추정의 불확실성을 평가하는 것을 목표로 합니다.
129개 및 121개 1차 연구 데이터를 활용하여, 혼농임업 시스템의 글로벌 평균 탄소 저장량을 바이오매스에서 40.9 Mg ha−1, 토양(100cm 깊이)에서 159.1 Mg ha−1로 추정했습니다. 토양에 저장된 탄소량이 바이오매스보다 약 3~4배 더 많았습니다. 탄소 격리율은 각각 38개 및 27개 연구 데이터를 통해 바이오매스에서 5.7 Mg C ha−1 year−1, 토양에서 1.4 Mg C ha−1 year−1로 산정되었습니다.
농림목축 시스템은 더 높은 평균 바이오매스 및 토양 탄소 저장량을 보였으며, 농림 시스템은 더 높은 바이오매스 탄소 격리율을, 농림목축 시스템은 더 높은 토양 탄소 격리율을 달성했습니다. 온대 기후의 혼농임업 시스템은 열대 기후보다 더 많은 바이오매스 및 토양 탄소를 저장했으며, 아열대 기후는 열대 및 온대 지역보다 더 높은 바이오매스 및 토양 탄소 격리율을 보였습니다. 글레이졸(Gleysols) 토양에서는 더 높은 바이오매스 탄소 저장량을, 아레노졸(Arenosols) 토양에서는 더 높은 토양 유기 탄소 저장량을 나타냈습니다.
본 연구는 다양한 혼농임업 시스템에서 바이오매스 및 토양 탄소 저장량과 격리율, 그리고 이와 관련된 불확실성에 대한 최초의 추정치를 제공합니다. 이 결과는 경작지 기반 탄소 격리 전략 수립 및 기후 변화 완화 정책에 중요한 과학적 근거를 제시할 것입니다.
