KR101237327B1

KR101237327B1 - 온 사이트 통합 생산 공장

Info

Publication number: KR101237327B1
Application number: KR1020097023416A
Authority: KR
Inventors: 마사타카 무라하라
Original assignee: 엠 히카리 앤 에너지 레보레토리 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2007-05-11
Filing date: 2008-05-07
Publication date: 2013-02-28
Also published as: TW200902845A; JPWO2008142995A1; TWI498478B; US8277632B2; EP2149625A1; WO2008142995A1; US8197664B2; US20120202279A1; CN101680100A; CN101680100B; JP5174811B2; KR20090127951A; EP2149625B1; EP2149625A4; US20100051450A1

Abstract

해상의 풍력이나 조류 등으로부터 얻어진 전력을 사용하고, 해수를 전기분해해서 맹물, 나트륨, 마그네슘, 칼슘, 칼륨, 가성소다, 염소, 염산, 황산, 수소, 산소등을 제조하고, 동시에 해안에 쌓은 맥아나 톱밥 등을 발효시켜 에탄올을 양조하고, 여기에서 발생한 이산화탄소를 광합성에 사용해 야채를 재배하고, 여기에서 발생한 산소는 활어조나 어초에 공급해서 물고기를 양식하고, 또한 산소농도가 저하한 해수로 되돌려 적조발생을 억제하는 온 사이트 통합 생산 공장.

온 사이트, 통합 생산 공장, 해상, 어패류, 에탄올, 풍력.

Description

온 사이트 통합 생산 공장{ON-SITE INTEGRATED PRODUCTION PLANT}

본 발명은, 온 사이트 통합 생산 공장에 관계되고, 특히, 자연에너지를 이용한 발전 수단을 구비하고, 전해공장과, 에탄올 공장과, 야채공장과, 어패류의 양식 공장을, 한정된 1개의 구역내에 통합해서 구비하는 온 사이트 통합 생산 공장에 관한 것이다.

세계의 각국에서는, 에너지, 가성소다, 경금속 등 국력을 좌우하는 산업의 개축이 서둘러진다. 2006년의 상트페테르부르그에서 개최된 러시아 서밋에 있어서, 각국 수뇌의 발언은 원유소비의 억제책에 중점을 두었지만, 탈석유의 재빠른 대책으로서 원자력, 천연 가스, 태양 등을 들고 있다. 이렇게 화석 연료를 사용하지 않는 자연에너지에 의지하려고 하는 기운이 대단히 높아지고 있다. 자연에너지 발전에는, 풍력, 수력(조력), 파력, 태양광, 태양열, 지열등에 의거하는 것이 있지만, 이 중에서도 풍력발전은 풍차를 지표에 대하여 수직으로 설치할 수 있기 때문에 다른 자연에너지 발전에 비교해서 설치 면적이 적고, 게다가 밤낮 막론하고 이용할 수 있다. 이 풍력발전을, 미처리 물이나 해수를 역침투 플랜트로 처리하기 위한 압력 펌프의 전력에 이용하는 것이 하기 특허문헌1, 2에 개시되어 있다. 또한 해수의 담수화를 목적으로서 해수의 퍼 올리기 펌프의 전력에 풍력발전을 사용하는 것이 하기 특허문헌3에 개시되어 있다. 또 해수의 담수화장치로부터 얻어진 담수를 전기분해 해서 수소를 생산하는 전력으로서 풍력발전을 이용하는 것이 하기 특허문헌4에 개시되어 있다.

조류발전은 한층 더 에너지 효율이 높다. 풍력이나 조력등 유체로부터 얻어지는 에너지(W)는, 식:W=AρV³/2(여기에서, A는, 수유체면적, ρ는, 유체밀도, Ⅴ는 유속)으로 주어진다. 공기의 밀도는 1.2kg/m³에 대하여 물의 밀도는 1025kg/m³이다. 이 때문에, 풍의 흐름을 물의 흐름으로 바꾸면 854배의 에너지를 얻을 수 있다. 예를 들면, 일본 주변에는 쿠로시오(동해류)와 쓰시마해류가 있고, 토카라해협, 아시즈리미사키, 무로토곶, 시오노미사키, 미야케섬, 미쿠라지마를 흐르는 쿠로시오는 폭 250km, 수심 1000m, 유속 0.3∼2m/초이며 모양의 조류발전원이다. 이렇게 수차의 출력은 수류의 3승에 비례하므로 조류에 의한 발전은 매력적이다.

전술한 풍력, 유수력 등의 유체 에너지는 지구환경에 상냥하고, 또한, 자원의 고갈도 일으키지 않는 모양의 에너지원인 것처럼 생각되는 경향이 있지만, 그러나 이것들은 모두 자연적 및 지리적 조건에 제약되고, 기상조건이나 장소에 따라서는 원하는 발전 전력을 얻는 것은 곤란하다. 거기에서 풍력에너지 혹은 조류나 해류등 유체 에너지가 풍부하게 존재하는 해상에서 그것들을 이용하는 방법이 다수 제안되어 있다. 하기 특허문헌5에서는 해상에 부유 설치된 풀에 해양 심층수를 퍼 올리기 위해서 풍력발전으로 얻어진 전력을 사용하는 것이 개시되어 있다. 하기 특 허문헌6에는 해수의 전기분해에 의한 담수화에 풍력발전을 사용하는 것이 개시되어 있다. 하기 특허문헌7에는 해상에 설치하는 대형 부체 구조물에 풍력발전, 파력발전, 해양온도차 발전등 자연에너지를 이용하는 발전 설비가 개시되어 있다. 이동가능한 해상 부체상에서 태양열에 의한 증기터빈 발전이나 파력발전, 풍력발전 등으로 얻어진 전력에 의해 담수화된 물을 전기분해 해서 수소나 산소 가스를 생산하는 것이 하기 특허문헌8, 9에 개시되어 있다. 해상의 부유 혹은 부체선의 갑판에 설치하는 풍차는 풍향에 관계 없는 무지향성이 바람직하다. 본 발명자들은 풍력이나 조력의 양쪽 에너지로부터 전력을 추출하는 수직 축풍 수차를 하기 특허문헌10, 11에 개시하고 있다.

하기 비특허문헌1에 의하면, 스웨덴에서는 원자력발전을 단계적으로 폐지한다고 하는 탈원자력 발전정책을 유지하고, 풍력발전의 도입에 관해서도 높은 목표가 내걸리고 있다. 1970년에는 에너지수요에 차지하는 석유의존율이 70％에 달하고 있었지만, 그 후 오일 쇼크를 계기로 탈석유정책을 진척시키고, 현재에서는 석유의존율이 30％대로 저하하고 있다고 한다. 특히, 민생부문의 난방이나 온수 공급용 열 에너지는, 지역 열공급의 보급과 연료의 바이오매스(biomass)에의 전환을 진흥시킨 것으로부터, 현재 이미 석유의존율은 10％에까지 저하하고 있다고 한다. 그리고, 수 년 중에 가솔린에의 바이오 에탄올 혼합(5％)이 진행하고, 에탄올을 85％ 포함한 E85이나 바이오매스를 발효시켜서 얻어지는 바이오가스 등을 연료로 한 자동차의 보급도 진척되고 있다고 한다. 2007년 1월, 아메리카의 부시 대통령이 옥수수를 발효시켜서 바이오 에탄올을 제조하고, 2017년까지 가솔린의 20％을 대환하는 방침을 내세우자마자, 옥수수의 곡식가격이 폭등한 것은 기억에 새롭다. 일본정부도 바이오 에탄올의 생산을 2030년까지 600만킬로리터까지 확대할 방침을 내세우고 있다.

하기 비특허문헌2에는 RITE와 혼다 기술연구소가 코리네균의 유전자를 다시 짜고, 셀룰로스 등의 식물섬유를 당으로 갈고, 식료로 이루어지지 않는 톱밥이나 잡초, 볏짚이나 보릿대 등으로부터 바이오 에탄올을 만드는 것을 개시하고 있다. 하기 비특허문헌3에는 사탕 수수의 짜고 남은 찌꺼기나 톱밥으로부터 추출한 당이나 전분을 발효시켜서 에탄올을 추출하는 균을 종래의 100배로 하는 것으로 한다. 하기 특허문헌12에 에탄올 생성 균체내효소반응 조건하에서 NADH(니코틴 아미드·아데닌·디누크레오티드 환원형)을 외부에서 반응 배지에 첨가하고, 상기 화합물의 존재하에 에탄올 생성 균을 반응시켜서, 반응 배지중에 에탄올을 생성시켜, 생성한 에탄올을 채취하는 것을 특징으로 하는 에탄올의 제조 방법이 개시되어 있다.

하기 비특허문헌4에는, 해수를 역침투막등으로 담수화하는 일본의 기술이 세계로 진출하고 있는 것이 보고되어 있다. 현재 세계에서는 11 억명이 물을 충분하게 이용할 수 없다고 하고, 중국이나 중동에서는 공업용수의 부족이 경제성장의 장해요인이 되고 있다고 한다. 이 때문에, 그것들의 지역에서는 해수담수화 플랜트의 건설 러시라고 한다. 그런데, 이것들 해수의 담수화는 맹물을 취하는 것이 목적으로, 해수중의 약 3％가 염분인 관수는 폐액으로서 바다에 폐기하고 있는 것이 현상이다.

일본의 지금까지 해수의 담수화나 마그네슘 등의 해수용존 금속의 생산 시설 등은 연안지역의 화력발전소 주변에 한정되고, 이것들 해수용존 금속은, 알루미늄과 같은 전력의 화석이라고 말하여져 왔다. 알루미늄 생산에 이르러는 하기 비특허문헌5에 표시되어 있는 것 같이, 일본에서는 신지금의 99％를 수입에 의지하고, 신지금의 정련을 행하고 있는 것은, 자가발전소를 갖는 일본경금속의 간바라공장(시즈오카현)뿐이다. 금속 나트륨도 마찬가지고, 국내의 생산 공장은 니혼소다의 니혼기 공장(니이가타현)1개소뿐이다. 일본의 고속증식 원형로 「몬쥬」에서는 약 1700톤의 금속 나트륨이 사용되어져 있었지만, 그 모두는 수입이다. 한편, 염을 원료로 하는 가성소다 공업은, 황산공업과 함께 화학공업의 기초공업이며, 화학공업은 이 양쪽 공업을 출발점이라고 한다. 2005년의 통계에 의하면 일본의 가성소다의 생산량은 455만톤으로 순조롭게 추이하고 있다. 그러나, 원료염의 100％를 수입 염에 의지하고 있기 때문에, 그 수입 가격의 반 정도 이상이 수송비다. 한층 더, 이 염으로부터 가성소다를 생산하기 위해서는 전기분해를 위한 대전력이 필요하기 때문에, 가성소다 사업부문의 평성 11년도 수익은 5억엔의 경영 적자이며, 이대로는 일본의 가성소다·염소공업의 국제 경쟁력을 잃어버리게 된다. 이것은, 제품 1톤당의 사용 전력은 하기 비특허문헌6에 나타나 있는 바와 같이 약 2500kWh로 많다. 그 대책으로서, 전력의 심야전력에의 이행, 자가발전설비의 신설이나 증설, 혹은 수송 선박의 대형화등을 촉진하는 것이 긴급과제로 되어 있다. 일본에서는, 소화 30년대(연대)까지는 수은법이 식염전해법의 주류이었지만, 소화 61년 6월까지 격막법이나 이온교환막법에 전면전환이 완료했다. 그러나, 하기 비특허문헌7에 나타나 있는 바와 같이 제조의 간편함과 고순도 가성소다 제조가 가능한 수은법은 버리기 어렵 고, 하기 비특허문헌5에 나타나 있는 바와 같이 세계의 동정은 아직까지도 수은법이 주류를 차지하고 있다.

해양 심층수에 관해서는 하기 비특허문헌8에 의하면, 해양 심층수란, 수심이 200미터이상의 심해에 분포되는 표층수와는 다른 물리적, 화학적 특징을 갖는 해수로 대양의 심층에 분포되고, 지구상의 2개소(북 대서양의 그린랜드 앞바다와 남극해)에서 형성되는 심층수(북 대서양아 심층수와 남극저층수)를 말한다. 이것들의 심층수는 아츠시오 순환에 의해 약 2000년 걸려서 전세계의 해양을 이동하고 있고, 1000년 단위의 지구의 기후에도 중요한 관계를 가지고 있다. 그 물리적 성질은 저온, 고염분, 고밀도로, 대기의 영향을 대부분 받지 않기 때문에 표층수에 비교해서 변화가 적다. 화학적으로는, 태양광이 충분하게 닿지 않기 때문에 식물 플랑크톤이 육성하지 않고, 표층수와의 혼합도 발생하기 어렵기 때문에 용존산소가 부족하다. 또 장기에 걸쳐 표층으로부터 여러가지 물질이 침강하기 때문에, 미네랄이나 영양염에 풍부하다. 이 해수가 특정한 해역에서 표층에 상승하는 경우가 있지만, 거기는 대단히 생물생산성이 높은 해역이 되어 풍어장이 된다. 심층수의, 영양염에 풍부한 잡균이 대단히 적다고 하는 특질을 이용하고, 양식업에 이용하는 것이 시험되고 있다. 또한, 농업에의 응용, 발효분야에의 응용, 표층수와의 온도차이를 이용한 발전 등이 연구되고 있다. 특히, 술이나 간장, 빵 등의 발효식품 분야에서는, 심층수를 사용하면 발효가 촉진되고, 풍미가 증대하고, 술의 알코올의 생산량도 많아진다고 하는 효과를 얻어진다고 한다. 특히, 술에 관해서는, 일본의 고치현과 기업과의 공동 연구에 의해, 해양 심층수가 효모의 부(負)의 작용을 완화하고, 발효에 중 요한 유전자를 활성화시키는 것을 찾아내고, 향기가 좋고 맛있는 술을 할 수 있는 메커니즘을 유전자의 레벨에서 과학적으로 해명한 것이 개시되어 있다. 또 하기 비특허문헌9에 의하면, 열대지역에서 남극까지의 깊이 100미터이하의 해중(海中)에 생식하는 해양세균 아카리오쿠리오스는 보통의 엽록소의 400∼700나노미터의 가시광선에 더해, 700∼800나노미터의 근적외선에서도 광합성을 행하므로 효율이 5％ 높게 되기 때문에 이산화탄소의 흡수체로서 유망하고, 지금까지 바다에서는 해초류 등의 광합성으로 매년 20억톤 전후의 이산화탄소가 흡수된다고 하였지만, 이 발견에 의해 약 21000만톤이 덧붙여져, 지금까지 생각하고 있었던 이상으로 바다의 이산화탄소의 흡수량은 클 가능성이 있다고 기재되어 있다. 하기 특허문헌13에는 용액중에 생육한 인공 이끼 치묘로 식물공장내의 이산화탄소를 고정화해서 이산화탄소의 삭감을 가능하게 하는 것이 개시되어 있다. 심층수를 풍차를 동력원으로서 양수 하고, 이것을 표층수에 방류해서 어장으로 하는 것이 하기 특허문헌14에 개시되어 있다. 마찬가지로, 심층수를 풍차에 의한 동력으로 양수하고, 이것을 표층수에 방류해서 해양목장으로 하는 것이 하기 특허문헌15에 개시되어 있다. 마찬가지로, 심층수의 양수를 풍차를 동력원으로 해서 이것을 해수중에 일정 기간 체류시키는 체류조를 만들어 여기를 어장으로 하는 것이 하기 특허문헌16에 개시되어 있다. 심층수로 맥주를 제조하는 것은 하기 특허문헌17에 개시되어 있다.

해양 심층수를 사용한 온도차 발전이란 태양열에 따뜻하게 할 수 있었던 해양표층수와 태양이 미치지 못한 100미터 이하의 찬 해양 심층수와의 온도차이를 이용하고, 프론(flon)이나 암모니아 등의 기화하기 쉬운 매체를 열교환에 사용하고, 따뜻한 표층수에서 증발시켜 터빈을 돌려서 발전하는 방법이다. 하기 특허문헌18에는 해양 심층수와 해양표층수의 온도차 발전이 개시되어 있다. 하기 특허문헌19에는 온도차 발전용 심층수를 풍력에 의해 양수펌프를 구동하는 것이 개시되어 있다. 열전자 발전소자를 온도차 발전에 이용하는 보고로서 하기 특허문헌20에는 온도차 발전에 제공하는 열전소자가 진동이나 충격에 내성을 갖는 제조법이 개시되어 있다. 하기 특허문헌21에서는 휴대용 소형 온도차 발전용 열전자 발전소자의 제조법이 개시되어 있다. 이 열전자 발전소자(열전소자)는 펠티에(Peltier) 소자라고도 말하고, 이종의 반도체를 접합해서 전류를 흘려보내면, 한쪽의 접합부에서 발열이, 다른쪽의 접합부에서 흡열이 발생한다. 이것은 한쪽에서 흡열한 열을 다른쪽으로 방출하는 것을 의미하고, 전류의 방향을 반대로 하면 발열, 흡열이 반대로 된다. 또 양쪽 접합면에 온도차이를 가지면 전위차가 드러나고, 이것이 온도차 발전소자로서도 작용한다. 본원 발명자는 이 열전소자에 정현파 직류전압을 플러스 전위로부터 마이너스 전위로 변화되도록 해서 열전소자에 인가하고, 온도차이를 주기적으로 변화시키고, 그 열변화를 암석시료에 주고, 암석의 열정수 측정 장치를 만든 것이 하기 비특허문헌10에 개시되어 있다. 또 열전소자의 한쪽을 레이저 미러에 밀접시키고, 다른쪽을 냉각수에서 냉각한 상태에서 소자에 직류를 흘리는 것에 의해 레이저 미러를 냉각하는 장치가 하기 특허문헌22에 개시되어 있다. 또한, 이 열전소자의 한쪽에 500℃이하의 고온을 주고, 다른쪽을 100℃ 이하로 한 온도차이를 열전자 발전소자에 사용하는 것이 하기 비특허문헌11에 개시되어 있다.

비교적 식료자급은 되어 있었다고 할 예정의 일본에서도 생산자의 고령화, 노동력 부족 등이 원인으로 수입 야채가 증가하고 있다. 거대 인구를 포함하는 중국에서는, 그 경제발전과 공업화의 과정에서 식량수입국으로 변하고 있다. 또 일조시간이 매우 적은 겨울의 북구에서는 녹색의 야채를 식탁으로 보는 것은 드물다. 지금까지의 자연에너지에 의존하는 농업에서는, 적지적작이라고 말하여지는 것처럼 지역마다 지역을 좁힌 기술이 축적되어 왔다. 그러나, 세계적 인구 증가와 식량부족이 위구되는 오늘, 자연 환경을 가능한 한 해치지 않는 방법으로, 가능한 한의 농업적지를 이용해야만 한다. 그러나, 이것으로는 산지가 한정되고, 날씨에도 좌우된다. 하기 비특허문헌12이나 식물공장연구소의 홈페이지를 보면, 식물공장이란 『환경제어나 자동화등의 하이테크를 이용한 식물의 주년 생산시스템』이라고 있다. 식물재배의 환경 즉 온도, 빛, 이산화탄소, 비료등의 투입량을 컴퓨터로 제어함으로써 날씨에 좌우되지 않고, 남의 손을 필요로 하지 않고 작물을 자동적으로 생산하는 것이 식물공장이라고 한다. 하기 특허문헌23에는 식물의 모종으로 성장기에는 비교적 적외광을 포함하는 빛을 조사해서 식물체를 신장시키고, 성숙기에는 적외광을 적게 하는 것에 의해, 수확 시기를 빠르게 하는 것이 개시되어 있다. 하기 특허문헌24에는 광합성용 광원으로서 고온다습 환경에서도 장시간 사용할 수 있게, 가시광선만 반사하는 방습형 조명 기구를 개시하고 있다. 하기 특허문헌25에서는 식물공장의 전력에 연료전지를 사용하고, 전력소비 대상으로 태양광 발전이나 풍력발전에 의해 전력을 공급하는 것이 개시되어 있다. 해양 심층수의 간수를 배합한 비료를 야채에 주는 것이 하기 특허문헌26에 개시되어 있다.

2007년 1월 22일로부터 코베시에서 양식어에 관한 국제회의가 열렸다. 하기 비특허문헌13에 의하면, 일본의 아마미오시마는 뒤얽힌 만이 많고, 수온도 1년을 통해서 20도 이하는 안되는 온난한 기후에 있다. 여기에는 참치의 양식을 위해 산학관이 집결한다고 한다. 적조 등의 발생이 없는 해역이 양식장으로서 선택되는 것은 당연한 것이다. 하기 비특허문헌14의 지구백서에 의하면 물고기나 해양생물이 없는 거대 「데드존」이 매년 여름이 되면 멕시코 걸프만에 출현한다고 한다. 이 현상은 해수에 용존하는 산소농도의 수준이 대단히 낮으므로 해양생물은 생존할 수 없기 때문이지만, 같은 산소 부족해역은 전세계중에 146개소도 있고, 수온이 온난한 곳에서 가장 발생하기 쉽고, 아메리카의 동해안 오키나 유럽의 바다에 집중하고 있지만, 중국, 일본, 브라질, 오스트레일리아, 뉴질랜드의 해안 앞바다라도 이 현상은 보여진다고 한다. 이것들의 연안지역에서 산소 부족해역이 발생하고, 물고기나 그 밖의 생명체가 죽는 것은, 하천이나 바다에 유출되면 비료에 포함된 과잉 농축된 질소나 인에 자극되어서, 식물성 플랑크톤이나 조가 이상 발생한다. 이 식물성 플랑크톤은 죽으면 물밑에 가라앉아 부패해서 분해하지만, 그 과정에서 산소를 다 사용하므로 저산소 지대가 생기는 것이라고 한다. 대부분의 해양생물은 저산소 지대에서 생존할 수 없다. 헤엄칠 수 있는 물고기나 그 밖의 생물은 산소 부족해역으로부터 떨어지면 괜찮지만, 갑각류등은 저산소의 수중에서는 이동하는 즉시 질식해버린다. 한층 더, 물고기양식이 앞바다에서 열심히 이루어지면서 있는 것도 연안수역에서 영양분이 퇴적되는 것이 주요원인의 하나다. 이 폐해를 제거하기 위해서는, 배출된 영양소에 의한 수질오염을 줄이고, 생태계 기능을 회복하는 것이 해결의 열쇠다. 덴마크와 스웨덴에 끼워진 카테가트 해협은 1970년대 이후, 저산소상태 나, 플랑크톤의 이상발생, 그리고 물고기의 떼죽음에 괴롭혀졌다. 1986년, 노르웨이의 로브스터 어업이 파탄한 것에 촉발되어, 덴마크 정부는, 주로 폐수처리장이나 산업에 의한 배수를 절감함으로써, 수중의 인 함유량을 80퍼센트 삭감하고, 또 연안 습지대를 재생해 농장에서의 비료사용량을 삭감했다. 이것에 의해, 플랑크톤의 증식에 제동이 걸려 수중의 산소량이 증가했다고 보고하고 있다.

현재, 일본에서 진행중인 해상 풍력발전 프로젝트는 3개가 있다. 하기 비특허문헌15에 의하면, 이것들 중, 풍차에 의해 발전되는 전력을 사용해 수소를 발생시키는 방식이, 국립환경연구소, 해상기술 안전연구소에서 채용되어, 풍차에 의해 발전되는 전력을 그대로 육상에 송전하는 방식이 동경대학 및 도쿄전력에서 채용되어 있다. 국립환경연구소에서 채용되어 있는 방식은, 원양에서의 비계류 방식의 세일링형 풍력발전 플랜트 구상으로, 평성 15년도부터 5년간의 계획으로 진척되고 있다. 풍차로서는, 5MW(로터(Rotor) 직경 120m)을 상정하고, 풍차의 설비 가동율을 25％, 해상에서 얻은 수소를 육상에 수송하고, 연료전지로 소비하는 것으로 하고, 이 경우의 수소변환 효율을 50％, 연료전지의 에너지 효율을 60％라고 하면, 28만 8,000기의 풍차가 필요해지고, 그 면적은 12만 4,000km²이 된다고 검산하고 있다.

해상기술 안전연구소에서 채용되어 있는 방식은, 근해에서의 계류식의 부체식 풍력발전 방식으로, 어업권이 설정되지 않고 있는 수심 100∼200m의 일본 근해에 계류식의 부체(길이 187m, 폭 60m)를 설치하고, 풍력발전을 행하는 것이다. 1개의 부체에 2기의 풍차를 설치한다. 풍차는 정격출력 5MW(로터 직경 120m)의 것을 상정하고, 해수를 직접 전기분해하여, 수소를 제조하지만, 당면은, 해수를 담수화하고, 그것을 전기분해하여 수소를 제조한다. 한층 더, 이 수소와 육상에서 수송한 CO₂를 반응시켜 메탄으로 변환한다. 메탄은 액화 또는 압축가스화하고, 육지에 수송한다. 실제의 풍황 데이터에 의하면, 년간 설비 이용율이 40％이 되는 해역은, 홋카이도 서안, 동북 동해 앞바다, 보소 앞바다, 이즈 오키의 4개소에서, 합계 15,000km²이 해당한다. 1부체 10MW의 풍력발전설비에 의해, 연간 총 발전량은 35,040MWh가 되고, 835t의 수소가 제조(전해 효율 약 80％)될 수 있다. 이제부터 연간 약 1,650t의 메탄이 제조(변환 효율99％)될 수 있다. 이것은, 연간 1만km 주행하는 자동차 약 4,300대분의 연료에 해당한다. 수소의 메탄화반응은 발열반응 때문에, 6.94×106kWh가 발열한다. 이 열을 이용해 증기발진기로 발전하고, 이것을 전기분해용의 전력으로서 재이용한다. 부체 1기당의 건설비는 약 49억엔, 30년 상각에서, 전력 비용은 11.7엔/kWh이라고 검산하고 있다.

동경대학 및 도쿄전력에서 채용되어 있는 방식은, 근해에서의 계류형 플로트식 해상 수력발전 방식으로, 관동지방의 태평양 앞바다 10km정도의 지점에서 부체식 해상풍력발전을 행하는 것을 목적으로 하고 평성17∼18년도에서, 해상풍황의 평가, 부체의 고안, 경제성의 평가 등을 행한다고 하고 있다. 1개의 부체에는 정격출력 2.4MW(로터 직경 92m)의 풍차 3기를 건설하고, 풍차간의 거리는 180m, 부체는 기초부체에 RC, 강관제의 연락 부재, 긴장 케이블로 구성된다. 계류는 풍차탑 및 중앙부의 4개소에서 행한다고 하고 있다.

<인용문헌의 표시>

특허문헌1:일본국 특허공보2004-537668호

특허문헌2:일본국 공개특허공보 특개평2000-202441호

특허문헌3:일본국 공개특허공보 특개평2004-290945호

특허문헌4:일본국 공개특허공보 특개평2005-069125호

특허문헌5:일본국 공개특허공보 특개평2002-059893호

특허문헌6:일본국 공개특허공보 특개평2001-213388호

특허문헌7:일본국 공개특허공보 특개평2002-255091호

특허문헌8:일본국 공개특허공보 특개평2002-303454호

특허문헌9:일본국 공개특허공보 특개평2005-145218호

특허문헌10:일본국 공개특허공보 특개평2003-206848호

특허문헌11:일본국 공개특허공보 특개평2003-206849호

특허문헌12:일본국 공개특허공보 특개2004-344107호

특허문헌13:일본국 공개특허공보 특개2006-254900호

특허문헌14:일본국 공개특허공보 특개2007-2721호

특허문헌15:일본국 공개특허공보 특개2005-52136호

특허문헌16:일본국 공개특허공보 특개2003-333955호

특허문헌17:일본국 공개특허공보 특개2003-169657호

특허문헌18:일본국 공개특허공보 특개2005-280581호

특허문헌19:일본국 공개특허공보 특개평7-63155호

특허문헌20:일본국 공개특허공보 특개2006-278352호

특허문헌21:일본국 공개특허공보 특개2004-296960호

특허문헌22:일본국 공개특허 특개소54-118196호

특허문헌23:일본국 공개특허공보 특개2001-57816호

특허문헌24:일본국 공개특허공보 특개평5-89710호

특허문헌25:일본국 공개특허공보 특개평5-135783호

특허문헌26:일본국 공개특허공보 특개2005-126278호

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(발명의 개시)

종래의 에너지 자원의 조달은 경제성의 관점에서 자원이 풍부한 장소로 한정되고, 그것을 소비지에 어떻게 경제적으로 운반할지가 과제이었다. 그러나, 근대 산업의 발전은 중첩되는 자원의 남획을 초래하고, 이것에 기인하는 자원의 세계적 고갈은, 자원고를 초래하고 있다. 다행히도, 일본은 4면이 바다로 둘러싸여져, 200 해리의 대륙붕의 외주를 생각하면 풍부한 자원국으로 이루어질 수 있는 가능성을 가지고 있다. 해수에 용존하는 광물자원, 해류, 조석등의 유체 에너지 자원, 태양열, 해저온천 또는 해안온천과 물과의 온도차등의 열 에너지 자원, 음료수나 공업용수도 해양자원이다. 이것들 무진장에 있는 해양자원을, 화석 연료를 사용하지 않고 경제적으로 회수하고, 또한, 이것들과 육지에 쌓혀진 셀룰로스재나 곡물을 발효시켜서 연료용 에탄올 또는 심층수 맥주를 제조하고, 알코올 발효로 발생하는 이산화탄소를 원료로서 야채를 만들고, 광합성으로 발생하는 산소를 해저 또는 해중에서 해양의 표층수에 버블링 함에 의해 해수의 산소농도를 증가시켜, 어패류의 생육을 촉진시키고, 또한, 해양의 저산소지대를 삭감해 적조발생을 억제하기 위한 통합 시스템을 구축하는 것이, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제다.

통합 생산 공장의 전력은 화석 연료를 사용하지 않고, 풍력, 수력(조력), 파력, 태양광, 태양열, 지열등의 자연에너지를 이용한다. 이중에서도 풍력은 지표나 해면에 대하여 수직으로 설치할 수 있기 때문에 다른 자연에너지 발전 설치에 비교해서 설치 면적이 적고, 게다가 주야 관계없이 이용할 수 있다. 쿠로시오 등의 조류발전에 이르러서는 발전 효율이 현저하게 높다. 즉, 수풍차 발전중 물은 바람에 비교해서 밀도가 높기 때문에 바람의 흐름을 물의 흐름으로 바꾸면 854배의 에너지를 얻을 수 있다. 이 때문에, 조류의 흐름이 매초 1미터이면 바람이면 9.5미터에 필적하고, 조류의 유속이 2미터이면 19미터의 풍속에 필적한다. 이 때문에, 해상공장의 부체선은 쿠로시오 등 조류가 빠른 해상에 계류하면 발전 효율을 높게 할 수 있다. 또 해양 심층수의 온도차 발전은, 종래 프론이나 암모니아 등의 기화를 열교환에 사용하고, 그것들의 기체를 표층수에서 증발시켜 터빈을 돌려서 발전하였다. 이 기계적 터빈을 열전자 발전소자로 바꾸면 가동부 전혀 없는 발전을 행할 수 있다. 거기에서 높은 온도차이를 얻기 위해서 고온측은 태양열이나 공장폐열로 가열된 열매(熱媒)로서의 석유제품, 방향족화합물, 융해염, 이융금속, 실리콘 오일, 황산, 기름등에 의한 고온순환 액체 또는 물 혹은 전해 공장의 열배수 또는 온천수로서의 해저온천이나 해안온천 혹은 화산성 온천의 온천수등의 온수순환 액체등을, 저온측은 심층수나 표층수 혹은 하천수를 사용한다. 태양열 온수기는 갑판 위에 늘어놓여진 복수의 집열 파이프로부터 이루어지거나, 렌즈나 미러 등의 집광수단으로 빛을 모은 태양광의 초선에 놓여진 집열 파이프로 이루어지고, 집열 파이프 속을 순환하는 열매에 의해 용융염 전기분해과정의 식염, 식염과 염화칼슘, 염화마그네슘, 염화칼륨, 염화칼슘 혹은 가성소다 등의 용융염을, 전력에 의해 가열하는 이전 공정으로서 예비가열한 후, 양수한 심층수나 해양표층수 혹은 하천수에 의한 냉수를 2∼3중관 구조의 내관과 외관에 각각 흘리고, 그 내외관 중관에 반도체 열전자 발전소자를 늘어놓은 구조의 온도차 발전장치등에서 전력을 조달할 수 있다.

태양광이나 풍력등의 깨끗하고 재생가능한 에너지를 수소로 전환하고, 수소연소 터빈에 의한 발전용, 수송용 연료·도시 가스 등의 광범위한 분야에서 연구 개발이 행해지고 있다. 특히, 해상에 있어서 풍력발전으로 얻어진 전력으로 해수를 담수화하고, 그 물을 전기분해 해서 수소를 생산하고, 그것을 액체수소의 상태에서 봄베에 저장하고, 육지에 수송하기 위한 수소흡장금속이나 봄베의 경량화 등 개발 연구가 행해지고 있다. 수소를 단시간에 대량으로 필요로 하는 발전소나 도시 가스 혹은 연료전지충전 공장등의 시설에서는, 고체수소가 적합하다. 금속 나트륨은 비 중 0.971과 물보다도 가볍고, 게다가 석유중에 보존하면 안전하다. 따라서, 해상에서 제조하면 수송 비용과 저장 용기등의 비용을 경감할 수 있다. 이 금속 나트륨을 액체로 해서 수증기나 산소와 반응시켜서 발생한 연소 에너지로 발전할 수도 있지만, 간편한 방법으로서, 이 금속 나트륨에 물을 쏟아서 발생하는 수소를 발전소나 도시 가스 제조소 혹은 연료전지 챠지 시설 등으로 사용하면, 그 폐기물의 가성소다는 소다 공업의 원료로서 경제적으로 소다 공업용원료로서 공급할 수 있다. 한편, 가성소다 및 수소발생용 금속 나트륨의 수요와 공급의 밸런스를 고려하여, 가성소다를 풍력발전에 의해 얻어진 전력을 사용해서 용융염 전기분해를 행하고, 금속 나트륨을 재제하기 위한 나트륨 연료 사이클을 구축할 수도 있다. 이 나트륨 연료 사이클은, 원자력발전소에서 사용된 핵연료를 재처리해서 우라늄이나 플루토늄을 재제하는 핵연료사이클과 같이, 연료를 끝없이 만들어 내어서 재이용하는 시스템이다. 그러나, 본 발명이 권장하는 나트륨 연료 사이클은 핵연료 사이클과 같은 방사선 폐기물은 나오지 않기 때문에 안전하다. 게다가, 우라늄과 같이 세계의 한정된 지역에만 매장하지 않고, 매장량도 적은 자원과는 대조적으로, 나트륨은 식염으로서 해수중에 무진장 존재하고, 대륙에서는 암염으로서 풍부하게 존재한다. 이렇게 자원적으로 풍부하고, 전세계에서 공급가능한 나트륨 연료이지만, 그 처리에는 세심한 주의가 필요하다. 이 금속 나트륨은 물과 폭발적으로 반응하고, 수소를 발생하여, 그 반응열로 연소에 이른다. 이 연소나 산화를 제어하기 위해서 유류에 넣어진 나트륨에, 상부로부터 분무, 점적, 혹은 펄스 모양으로 물을 쏟으면, 기름보다 비중이 높은 물은 기름속을 빠른 속도로 통과한다. 이 통과의 과정에서 물을 금속 나트륨과 접촉시켜서 화학반응을 일으키게 한다. 혹은 유층 하부에 접촉하는 물층을 초음파 진동에 의해 교반하고, 기름과 물의 혼액을 금속 나트륨에 접촉시켜, 물과 금속 나트륨의 반응을 일으키게 할 수도 있다. 한층 더, 여러 개의 고압 물 분출 노즐로부터 유층중의 금속 나트륨을 향해서 물을 분사할 수도 있다. 물과 직접반응을 일으키기 위해서는, 유층중에 떠오르는 금속 나트륨을 상부로부터 제어봉으로 밀어 내리고, 유층 아래의 물과 반응시킬 수도 있다. 한층 더, 심한 반응을 일으키기 위해서는, 수소 혹은 아르곤이나 질소등의 불활성가스 분위기에서 기름을 배출한 후, 금속 나트륨에 분무, 링겔 혹은 펄스 모양으로 물을 쏟을 수도 있다. 이것들의 반응에 의해 반응 용기의 상부로부터 수소가, 하부로부터는 가성소다를 추출할 수 있다. 또 용기 외주에 냉각 재킷을 구비하고, 반응열에 의한 온도상승이 심할 경우에는 냉각수를 퍼뜨리는 구조다. 반응 용기에는 스테인레스, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 푸렌 등 내부식성 재료를 사용한다. 이러한 순환적인 시스템을 만드는 것이 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제다.

금속 나트륨에 공급되는 물의 양이 적을 때, 즉, 기름을 배출해 떠난 후, 금속 나트륨에 용기 상부의 물 분출 노즐로부터 물이 주입되었을 경우, 반응열에 의해 고온이 발생하고, 생성한 수소의 발화점 이상(500℃)에 달한다. 특히, 반응계에 산소를 투입하면, 수소는 연소해 고온을 발생한다. 이 열을 이용하기 위해서, 반응 용기 외주부의 냉각 재킷에 1차 냉각제로서의 열매를 순환시켜, 이 열로 2차 냉각수로서의 물을 비등시켜서 수증기 터빈을 돌리고, 발전에 제공할 수 있다. 다른쪽 금속 나트륨에 공급되는 수량쪽이 많을 경우, 즉, 유층중에 떠오르는 금속 나트륨 을 상부로부터 제어봉으로 밀어 내리고, 유층하의 대량의 물과 금속 나트륨을 반응시켰을 때는, 수의 열용량이 크기 때문에, 온도는 그다지 상승하지 않고, 안정되게 수소 발생을 행할 수 있다. 물론, 수중에서는 산소의 공급도 없기 때문에 수소는 불타지 않는다.

본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안된 것이다. 즉, 본 발명의 목적은, 자연적·지리적 조건 혹은 기상조건이나 장소에 제약되지 않는 수법으로서, 1개의 한정된 구역내에서, 원하는 발전 전력과 원료를 얻는 것에 의해, 해수나 염호수 또는 암염을 원료로 하여서, 맹물, 나트륨, 마그네슘, 칼슘, 칼륨, 가성소다, 염소, 염산, 황산, 수소, 산소등을 생산하고, 이것들과 해안에 쌓은 셀룰로스재나 곡물을 발효시켜서 연료용 에탄올 또는 심층수 맥주를 제조하고, 알코올 발효로 발생하는 이산화탄소를 원료로서 야채를 만든다. 이 야채공장에서 열대나 아열대식물을 생산하기 위해서 온천수를 이용한다. 이 때문에, 온천수 1차 열수가 흐르는 온수로 또는 온수용기의 주위에 2차 열수로서의 물이 순환하는 금속성 파이프를 들르게 해, 그 2차 열수를 야채공장에 있어서의 토양이나 재배 온도를 상승하기 위한 난방용에 이용하여, 열대 혹은 아열대식물을 재배한다. 이 야채공장에 있어서의 광합성으로 발생하는 산소를 해수의 산소농도 보충에 제공하고, 어패류를 생육시키는 것에 의한 해상 복합 공장으로서, 생산·저장·수송시에 있어서의 에너지 손실을 저감하고, 또한, 시스템 전체의 효율을 향상시킬 수 있는 온 사이트 통합 생산 공장을 제공하는데에 있다. 특히, 에너지원으로서의 금속 나트륨의 공급에 관해서는, 해상에 있는 막대한 해수외에도, 대륙에는 암염이나 염호가 존재한다. 암염은 식염의 세계 생산량의 3/4을 차지하고 있다. 이것들 육상의 염과 육상의 풍력발전, 태양광 발전, 태양열 발전, 태양열등의 자연에너지를 사용하고, 용융염 전기분해에 의해 금속 나트륨을 직접 제조하거나, 식염의 수용액을 전기분해 해서 생산한 수산화 나트륨을 한층 더 용융염 전기분해 해서 금속 나트륨을 간접적으로 제조한다. 세계에는, 발틱해와 같이 해상풍력에 행운을 입으면서 해수의 염분농도가 1％이하로 낮은 지역도 있고, 담수호도 있다. 이것들의 지역에 암염을 나르고, 거기에서 금속 나트륨을 제조한다. 대륙에서는 남미나 북미 혹은 유럽 등 암염지대나 염호가 있고, 그 대지상이 풍력발전지역일 경우도 많다. 2003년도의 암염 생산국은, 아메리카 합중국 1630 만톤, 독일 1500 만톤, 이탈리아300 만톤, 스페인 200 만톤, 영국 150 만톤, 브라질 130 만톤, 파키스탄 130 만톤이다. 한층 더, 러시아, 중국, 몽골, 이란, 모로코, 알제리, 리비아, 예멘, 아르헨티나, 컬럼비아, 에콰도르, 페루, 칠레 등의 각 국에도 널리 분포되어 있다. 염호에서는 아메리카의 미시건호나 솔트 레이크, 이스라엘의 사해, 오스트레일리아의 레프로이 호수 등이 유명하고, 이것들의 지역의 호수나 암염 굴착 현장등에서 금속 나트륨을 제조할 수 있고, 이것을 소비지에 육송한다. 이러한 원재료와 전력원을 공유하는 지역에서의 제조 시스템은, 생산·저장·수송시에 있어서의 에너지 손실을 저감하고, 또한, 시스템 전체의 효율을 향상시킬 수 있는 에너지 생산 공장을 제공할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의하면, 바람이나 조류에 의한 유체 에너지 발전 혹은 태양열과 해수에 의한 온도차 열전자 발전 또는 태양 전지에 의한 발전 등의 자연에너지를 이용한 발전 수단을 구비하고, 해수, 염호수 혹은 암 염을 원료로서, 맹물, 나트륨, 마그네슘, 칼슘, 칼륨, 가성소다, 염소, 염산, 황산, 수소, 산소등을 생산하는 전해 공장과, 상기 전해 공장에서 생산한 맹물, 황산 및 가성소다에 의해 셀룰로스재 또는 곡물을 발효시켜서 연료용 바이오 에탄올 또는 심층수 맥주나 일본 술 등의 알코올 음료를 수산 또는 수산 소다와 함께 제조하는 에탄올 공장과, 상기 에탄올 공장에서 생산한 수산 혹은 수산 소다를 상기 전해 공장에 있어서 해수중의 탈칼슘제로서 사용하고, 또한, 상기 에탄올 공장의 발효공정으로 발생한 이산화탄소와 상기 전해 공장에서 제조한 맹물과 태양광이나 인공광에 의한 광합성에 의해 야채를 생산하는 야채공장과, 상기 광합성으로 발생하는 산소를 해중에 도입해서 해수의 산소농도 보충과 적조발생의 억제에 제공하고, 또한, 상기 전해 공장에서 양수한 심층수에 산소를 보충한 해수를 표층수에 방류해서 어패류의 양식장 혹은 어초로서 어패류를 생육시키는 양식 공장과를 1개의 한정된 구역내에 구비하는 온 사이트 통합 생산 공장이 제공된다. 본 발명의 온 사이트 통합 생산 공장은, 해양에 뜨는 복동 혹은 단동 혹은 메가플로트로 이루어진 부체선 또는 부유선 혹은 연안구조물 또는 육지의 구조물내에 설치할 수 있다.

본 발명의 온 사이트 통합 생산 공장은, 대형 쌍동선이나 복동선 또는 단동선 혹은 잠수함이나 메가플로트 혹은 연안구조물 또는 해안에 인접한 육지의 구조물내에 설치된 전해공장, 에탄올 공장, 야채공장 및 양식 공장의 통합 공장이다. 예를 들면, 해상에서 대량의 전력을 유체 에너지로부터 얻기 위해서, 갑판상하에 무지향성 수직축 풍수차나 프로펠러(propeller)형 수평축 풍수차를 복수대 준비하고, 생산하면서 해상을 항행하거나, 자원 섭취 현장에서 부유하거나, 계류하거나 할 수 있다. 특히, 쿠로시오 등의 해류의 흐름을 이용한 해류발전을 행할 때는 배를 계류한다. 또 해류발전을 행하기 위해서는 단동선보다도 복동선이 바람직하고, 2개 이상의 선체를 결합한 갑판 상부에 무지향성 수직축 풍차를 복수기 준비하고, 갑판하부의 표층 해면 아래에는 해류발전용 수직축 수차나 프로펠러형 수평수차를 복수 구비해서 수차발전을 행한다. 한층 더, 태양광을 이용하는 발전으로서, 볼록거울이나 대물거울의 역할을 갖는 직사각형 평면경로 빛을 모은 고밀도 태양광을 600부터 700나노미터를 투과해 그 이상의 파장의 적외선을 반사하는 밴드패스 필터나 콜드 필터 막을 실행한 거울이나, 그 배면을 해수로 냉각해서 발전 효율을 상승시킨 태양 전지를 설치하고, 밴드패스 필터막에서 반사한 적외선은 열전자 발전소자에 빛을 모아서 해수와의 온도차 발전에 제공한다. 여기에서 태양광을 빛을 모으는 대물거울에 600나노미터이하의 가시광선은 투과하고 그 이상의 파장은 반사하는 콜드 필터 막을 실행하면, 대물거울을 투과한 가시광선은 야채공장의 광합성에 사용되어진다. 갑판 위에 붙여 둘러싸게 한 태양열 온수기 파이프 속을 순환하는 온수, 혹은 렌즈나 미러 등의 집광수단에서 빛을 모은 태양광의 초선에 설치한 집열 파이프 속을 순환하는 열매로서의 경유나 등유등의 석유제품, 디페닐 에테르나 디클로로벤젠 혹은 알킬벤젠 등의 방향족화합물, 질산나트륨이나 질산칼륨 등의 용해염, 금속 나트륨이나 수은 혹은 납 또는 나트륨, 칼륨 등의 이융금속, 실리콘 오일, 황산, 기름등에 의한 고온순환 액체를 용융염 전해 공장에 있어서의 용융염의 가열의 보조로서 사용할 수 있다. 한층 더, 이것들의 배(排)열매와 양수한 심층수나 해양표층수에 의한 냉수를 2∼3중관 구조의 내관과 외관에 각각 흘리고, 그 내외관의 사이에 반도체 열전자 발전소자를 늘어 놓은 구조의 온도차 발전, 또는 빛이 모아진 태양광을 흡열층을 거쳐서 열전자 발전소자의 한쪽의 면에 조사하고 열전자 발전소자의 다른 면에 해수를 흘리는 구조의 온도차 발전장치 등의 자연에너지가 온 사이트 통합 생산 공장용의 전력이 된다. 또 해저온천이나 해안온천 혹은 화산성 온천등의 고온액체와 하천수 또는 해수와의 온도차이를 열전자 발전소자에서 발전하는 것도 가능하다. 일본에는 오키나와 모토지마나 이시가키섬 등 동중국해와 류큐제도에 끼어진 오키나와 트로프에 점존하는 300℃이상의 열수를 분출하는 해저온천, 가고시마현의 이부스키 온천, 와카야마현의 시라하마 온천, 이즈반도의 시모카모 온천, 도히 온천등의 해안온천 혹은 98℃이상의 효고현 아리마온천, 아끼따현 타마가와 온천, 니이가타현 마츠노야마 온천, 90℃내외의 와카야마현 탕의 봉우리 온천이나 군마현 구사쓰 온천만대, 가고시마현 기리시마 온천등 화산성 온천도 포함시켜서 온도 45℃이상의 고온천이 수많이 점존한다. 이것들의 온천수와 하천수의 냉수와의 온도차 발전도 열 에너지 발전으로서 유효하다. 한층 더 온도차 발전에 제공한 온천수는 가수하지 않고 원천 100％의 괘류 온천으로서 이용할 수 있다. 특히, 온천의 경우, 해양수에 비교해 칼슘 이온이 10배로부터 20배 많기 때문에, 고 온천수를 흘리는 파이프는 석출물을 취하기 쉽기 때문에 외관에 온천수는 흘리지 않고 원형내 관에 흘리는 것으로 하고, 그래파이트나 불소수지 등의 초발수성 재료를 내벽에 사용하면 관벽에서의 결정 부착이 억제된다. 그 밖의 방법으로서, 1차 열수로서 사용하는 고온온천수가 흐르는 강이나 온수로 또는 온수 저수 용기의 주위나 내부에 2차 열수로서의 물이 순환하는 금속성 파이프를 돌게 해, 그 2차 열수를 야채공장에 있어서의 토양이나 재배 온도를 상승하기 위한 난방용에 제공하고, 열대 혹은 아열대식물을 재배하는 야채공장이나 실내 난방에 제공한다.

해수를 원료로서, 맹물, 나트륨, 마그네슘, 칼슘, 칼륨, 가성소다, 염소, 염산, 황산, 수소, 산소등을 생산하는 전해 공장에서는, 해수를 역침투막으로 맹물을 만든 후, 나머지의 약 6％염분의 관수에 에탄올 공장에서 생산한 수산 혹은 수산 소다를 쏟고, 칼슘을 제거한다. 그리고, 그 여액에 전해 공장에서 생산한 가성소다를 쏟고, 마그네슘염만 침전시킨 후, 전해 공장에서 생산한 염산으로 중화해서 염화마그네슘으로 한 후, 용융염 전기분해를 행하여 금속 마그네슘을 생산한다. 다른쪽 여액에는 전해 공장에서 생산한 염산을 쏟아 황산나트륨을 염화나트륨으로 한 여액을 이온교환막에서 20％ 이상의 식염수를 만들고, 전기분해에 의해 가성소다와 부산물의 염소, 수소, 산소를 생산한다. 한편, 폐액의 황산은 역침투막으로 농축해서 에탄올 공장의 셀룰로스 분해에 사용한다. 여기에서 관수에 수산 또는 수산 소다를 쏟아 석출한 수산 칼슘에 염산을 쏟고, 생성한 염화칼슘과 이온교환막에서 농축한 염화나트륨을 한층 더 각각을 열농축하고, 염화나트륨 약 60％과 염화칼슘 약 40％의 혼합염을 600℃내외에서 용융염 전기분해된 후, 110℃까지 냉각해서 칼슘과 나트륨을 분리하는 가성소다를 경유하지 않고 직접 금속 나트륨을 제조할 수도 있다.

에탄올 공장에서는 전해 공장에서 양수한 해양 심층수와 해안에 쌓은 전분이나 맥아 등을 원료로서 알코올 발효를 행해 심층수 맥주나 술을 생산하고, 해안에 쌓은 톱밥이나 폐재 등의 셀룰로스재는 전해 공장에서 생산한 황산으로 분해하고, 전해 공장에서 생산한 맹물과 함께 발효시켜서 연료용 바이오 에탄올을 생산한다. 이것들 알코올 발효로 발생한 이산화탄소는 야채공장의 광합성용 원료로서 공급한다. 또 셀룰로스재의 일부에는 전해 공장에서 생산한 가성소다를 쏟아 생성한 혹은 알코올 발효로 발생한 이산화탄소와 코크스를 적열해서 생성한 일산화탄소를 가성소다에 흡수시켜서 생성한 수산 소다나 수산을 전해 공장에 있어서 해수중의 탈칼슘제로서 사용한다.

야채공장에서는 에탄올 공장에서 발생한 이산화탄소와 전해 공장에서 해양 심층수나 표층수로부터 담수화된 맹물, 및 밴드패스 필터로 제거된 태양광발전에 제공하지 않는 가시광선이나 인공광인 형광램프나 발광 다이오드 등으로 광합성을 행하고, 미노광시에 발생하는 산소는 양식 공장에 있어서, 해수의 산소농도 보충과 적조발생의 억제용에 제공하고, 또한, 전해 공장에서 양수한 심층수에 산소 가스를 보충하고, 양식장 혹은 어초로서 어패류를 생육한다. 이 해수에 산소를 용존시키는 수단으로서, 활어조, 어초, 해저 또는 해중에 산소 토출용 파이프를 내려 놓고, 그 파이프의 가스 출구의 해수경계면에 발수성 다공질 필름 혹은 스폰지를 치고, 수심과 산소 가스 봉입 압력을 조정해서 해수와 가스를 격리한 상태에서 산소 가스를 압입한다. 산소의 가스압은 해수의 깊이에 의존하지만, 물은 10미터 지날 때마다 약 1기압 상승하기 때문에, 해면하 10미터에서는 2기압이상(1+1+α), 100미터에서는 11기압이상(1+10+α), 300미터에서는 31기압이상(1+30+α)의 가압이 필요하다. 여기에서, α는 다공질 필름의 구멍 지름에 의해 결정되는 압력이다. 다른쪽 전해 공장에서 양수한 해양 심층수는 온도차 발전에 제공한 후, 야채공장의 한냉지 농장 실의 냉각에 사용한 후, 심층수를 2계통으로 나누고, 한쪽은 전해 공장에서 담수화한 후 에탄올 공장의 맥주나 일본 술의 원료 혹은 야채공장의 수경법의 원료로 하고 다른쪽은 한류 어패류용 활어조에, 혹은 그대로 해양의 표층수에 방류함에 의해, 난류 어패류나 저서어 또는 새우나 게 등의 울타리를 갖는 양식장 혹은 그 주위에는 영양 풍부한 심층수에 군집해 오는 회유어의 자연어장·어초로 한다.

본 발명에서는 금속 나트륨의 제법으로서 2개의 방법을 채용하고 있다. 1개는 식염 또는 암염 혹은 염호에 의한 식염수의 전기분해에 의해 우선 가성소다를 제조후, 이것을 용융염 전기분해 해서 금속 나트륨을 제조하는 방법이다. 이 가성소다를 경유해서 생산하는 쪽이 토탈 코스트는 싼 것과, 이 공정에서 부산물로서 될 수 있는 가성소다나 염산의 수요가 공장내의 다른 프로세스에서 많기 때문이다. 일반적으로는, 가성소다는 소다 공업의 출발 원료이지만, 해상에서는 수풍차 발전 혹은 육상에서는 풍력발전에 의한 풍부한 전력이 있기 때문에, 본 발명에서는 가성소다를 경유해서 금속 나트륨을 생산한다. 2개째는, 식염을 직접 용융염 전기분해 해서 나트륨을 생산하는 방법이다. 특히, 본 발명에서는 관수중의 칼슘분을 제거하기 위해서 에탄올 공장에서 생산한 수산 소다를 관수에 쏟고, 그 침전물 수산 칼슘에 염산을 쏟고, 수산의 회수와 염화칼슘을 유리시키고 있다. 그런데, 촉매로서 이 염화칼슘을 염화나트륨에 40％내외 혼입한 혼합염을 용융염 전기분해 하면, 전해욕 온도가 약 800℃로부터 약 600℃로 강하한다. 부산물로서 가성소다와 수소는 생성하지 않지만, 작업성 및 안전성에 풍부하기 때문에 본 방법도 버리기 어렵다. 이것들 2개의 방법으로 얻어진 금속 나트륨과도 육상의 수소공급 시설로 진척되고, 거 기에서 물과 나트륨을 반응시켜서 수소를 발생시켜, 이 수소제조 후의 반응 잔류물인 가성소다는 그대로 소다 공업의 원재료로서 공급한다. 즉, 소다 공업의 원재료인 가성소다를 무상으로 공급 가능하게 된다. 우리나라의 가성소다의 연간 소비량은 445만톤과 세계에서 3번째에 위치할수록 많지만, 이것을 전력의 소비량 1조 1천만kWh와 비교하면, 전력소비량쪽이 월등히 많다. 이 때문에, 본 발명이 풀 가동하게 되면, 가성소다 공급 과잉으로 되는 것도 충분히 생각된다. 이 때문에, 수요와 공급의 밸런스를 고려하여, 소다 공업에의 가성소다 공급을 억제하고, 반응 잔류물 가성소다를 풍력발전에 의해 얻어진 전력을 사용해서 용융염 전기분해를 행하고, 금속 나트륨을 재제하기 위한 나트륨 연료 사이클을 구축할 수도 있다. 이 나트륨 연료 사이클은, 원자력 발전소에서 사용된 핵연료를 재처리해서 우라늄이나 플루토늄을 재제하는 핵연료 사이클과 같이, 연료를 끝없이 발생해서 재이용하는 시스템이지만, 본 발명이 권장하는 나트륨 연료 사이클은 핵연료 사이클과 같은 방사성 폐기물은 발생하지 않기 때문에 안전하다. 게다가, 우라늄과 같이 세계의 한정된 지역에만 매장하지 않고, 그 매장량은 화석 연료와 마찬가지로 한계가 있고, 금후 십수년에 고갈할 우려가 있다. 그런데, 이것들 적은 자원과는 대조적으로, 나트륨은 식염으로서 해수중에 무진장 존재하고, 대륙에서는 암염으로서 풍부하게 존재한다. 이렇게 자원적으로 풍부하고, 전세계에서 공급가능한 나트륨 연료다. 게다가, 금속 나트륨은 비중 0.971과 물보다도 가볍고, 석유중에 보존할 수 있기 때문에 생산품의 저장·수송시의 에너지 손실을 저감할 수 있다. 이 금속 나트륨을 발전소나 도시 가스 제조소 혹은 연료전지 충전 시설 등으로 필요에 따라서 물과 반응시켜서 순시간에 대량의 수소를 발생시킬 수 있기 때문에, 물을 전기분해 해서 얻은 수소와 같이, 액체수소의 상태로 무거운 봄베에 충전해서 육송할 필요는 없다. 이 때문에, 수송비를 경감할 수 있고, 또한, 잔류물의 가성소다는 소다 공업용원료로서 공급할 수 있다. 그런데, 이 금속 나트륨은, 수와 격렬하게 반응하고, 그 반응열에 의해 수소가 발화한다. 특히, 물이나 습기를 띤 공기 혹은, 이산화탄소나 할로겐화탄화수소 등과 격렬하게 반응한다. 특히, 금속 나트륨에 물을 투입해서 수소를 발생시키는 수소발생 장치에는 반응제어와 안전하게는 세심한 주의가 필요하다. 따라서, 수소발생 장치의 구조는, 금속 나트륨과 물과의 반응이나 반응열에 의해 생성한 수소의 연소나 산화를 저지할 필요가 있다. 그 때문에, 나트륨을 유류에 넣은 채 유층의 상부로부터 안개형의 물을 낙하시켜서 반응을 온화하게 할 수 있다. 물의 낙하를 복수개의 노즐(수도 꼭지)로부터 점적하면 수소의 발생량은 상승하고, 복수개의 고압 물 분출 노즐로부터 유층중의 금속 나트륨을 향해서 물을 펄스 모양으로 분사하면 단시간에 나트륨과 물과의 접촉 면적이 증가하기 때문에 급격한 반응이 발생한다. 그러나, 기름속에 있는 나트륨에 물을 쏟아도, 반응에 관여하지 않는 물이 유층 밑에 괸다. 그래서, 그 물을 나트륨과 반응시키기 때문에 반응 용기 전체를 초음파 진동에 의해 교반하고, 기름과 물의 혼액을 금속 나트륨에 접촉시키고, 물과 금속 나트륨의 반응을 활발화시킨다. 한층 더, 물과 직접 반응을 일으키게 하기 위해서는, 유층중에 떠오르는 금속 나트륨을 상부로부터 제어봉으로 밀어 내리고, 유층 아래의 물과 직접 반응시킬 수도 있다. 한층 더 심한 반응을 일으키기 위해서는, 건조한 아르곤이나 질소등의 불활성가스나 수소 가스 등의 분위기 하 에서 금속 나트륨을 보호하는 유류를 반응 용기로부터 제거한 후, 물을 직접 금속 나트륨에 분무, 점적 혹은 펄스 모양으로 쏟고, 반응 용기의 상부로부터 수소가, 하부로부터는 가성소다를 추출할 수 있다. 또 용기 외주에 냉각 재킷을 구비하고, 반응열에 의한 온도상승이 심할 경우에는 냉각수를 흘리는 구조다. 반응 용기에는 스테인레스, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 푸렌 등 내부식성 재료를 사용한다. 한편, 열수와 반응시켜서 수소를 발생시킬 수 있는 금속 마그네슘도 금속 나트륨과 마찬가지의 용융염 전기분해로 생산하지만, 해수로의 생산량은 나트륨의 11.2％미만이다. 만약에 이 금속 마그네슘을 수소발생원에 사용하면, 그 잔류물인 산화물의 환원에 한층 더 막대한 비용이 든다. 그런데, 수소생성 후의 금속 나트륨 잔류물은 소다 공업의 원료로서 그대로 쓸 수 있다. 그 때문에, 금속 나트륨은, 수소발생용에 특화하고, 금속 마그네슘은 경금속 합금재료로서 사용하면 모두 경제적 파급 효과가 크다.

도 1은, 본 발명의 1개의 형태를 나타내는 개략적인 구성도다.

도 2는, 온도차 열전자 발전장치의 모식도다.

도 3은, 태양열 온수기에 의한 온도차 열전자 발전 시스템 개략도다.

도 4는, 원통형 구면경에 의한 온도차 열전자 발전 시스템 개략도다.

도 5는, 직사각형 평면경에 의한 온도차 열전자 발전 및 태양 전지 발전 시스템 개략도다.

도 6은, 직사각형 평면경에 의한 고열전자 발전 및 태양 전지 발전 시스템 개략도다.

도 7은, 전해 공장에 있어서의 생산 공정도(I)이다.

도 8은, 메탄올 공장에 있어서의 생산 공정도다.

도 9는, 야채공장에 있어서의 생산 공정도다.

도 10은, 어패류의 양식 공장에 있어서의 생산 공정도다.

도 11은, 전해 공장에 있어서의 생산 공정도(II)이다.

도 12는, 전해 공장에 있어서의 생산 공정도(III)이다.

도 13은, 전해 공장에 있어서의 생산 공정도(IV)이다.

도 14는, 전해 공장에 있어서의 생산 공정도(Ⅴ)이다.

도 15는, 전해 공장에 있어서의 생산 공정도(VI)이다.

도 16은, 금속 나트륨 연료 사이클 시스템도다.

도 17은, 태양열을 이용한 용융염 전기분해를 위한 용융염 예비가열 보조 시스템도.

도 18은, 수소발생 장치 개략도다.

도 19는, 괘류용 온천수를 이용한 야채공장의 난방 시스템도다.

도 20은, 반응열을 이용한 수증기 발전용 집열용기다.

도 21은, 기름이 존재하지 않는 수소발생 장치 개략도다.

(발명을 실시하기 위한 최선의 형태)

이하, 본 발명의 몇개의 형태를 도 1∼도 21에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1은, 본 발명의 1개의 형태를 도시한 개략도다. 도 1에 나타나 있는 바와 같이, 본 발명의 온 사이트 통합 생산 공장(1)은, 전해공장(2), 에탄올 공장(3), 야채공장(4), 양식 공장(5)을 포함하고, 그것들의 공장2∼5는 해양에 뜨는 부체선 혹은 연안구조물 또는 해안에 인접한 육지의 구조물내에 있다. 바람이나 조류등의 유체 에너지 발전이나 태양광의 적외선에 의해 따뜻하게 할 수 있었던 열수 혹은 해저온천이나 해안온천등의 고온천수와 해수이나 하천수와의 온도차 발전, 혹은 태양광의 가시광선에 의한 태양 전지 발전 등으로 얻어진 전력이 통합 생산 공장(1)에 공급된다. 본 발명의 통합 생산 공장(1)의 제조품의 주요 원료는 심층수나 표층수 등의 해수이며, 이것을 전해공장(2)에서 분해하고, 맹물, 나트륨, 마그네슘, 칼슘, 칼륨, 가성소다, 염소, 염산, 황산, 수소, 산소등을 생산한다. 전해 공장(2)에서는, 우선 양수펌프에서 퍼 올린 해수를 역침투막에서 맹물을 만든 후, 나머지의 6％염분의 관수에 에탄올 공장(3)에서 생산한 수산 혹은 수산 소다를 쏟고, 칼슘을 제거한 후, 그 여액에 전해 공장(2)에서 생산한 가성소다를 쏟고, 마그네슘염만을 침전시킨 후, 전해 공장(2)에서 생산한 염산으로 중화해서 염화마그네슘으로 하고, 그 후 용융염 전기분해를 행해 금속 마그네슘을 생산한다. 다른쪽 여액에는 전해 공장(2)에서 생산한 염산을 쏟아 황산나트륨을 염화나트륨으로 한 여액을 이온교환막에서 20％이상의 식염수를 만든다. 이것을 전기분해 해서 가성소다와 부산물의 염소, 수소, 산소를 생산한다. 한편, 폐액의 황산은 역침투막으로 농축해서 에탄올 공장(3)에서의 셀룰로스 분해에 사용한다. 에탄올 공장(3)에서는 전해 공장(2)에서 양수한 해양 심층수와 해안에 쌓은 전분이나 맥아 혹은 쌀이나 종누룩 혹은 옥수수 등을 원료로 해서 알코올 발효를 행해 심층수 맥주나 술을 생산하는 동시에, 해안에 쌓은 톱밥이나 폐재 혹은 사탕 수수의 짜고 남은 찌꺼기등의 셀룰로스재는 전해 공장(2)에서 생산한 황산으로 분해하고, 전해 공장(2)에서 생산한 맹물과 함께 발효시켜서 연료용 바이오 에탄올을 생산한다. 여기에서 바이오 에탄올 제조용으로서 해안에 쌓은 셀룰로스재의 일부는 전해 공장(2)에서 생산한 가성소다와 반응시켜서 생성한 혹은 알코올 발효로 발생한 이산화탄소와 해안에 쌓은 코크스를 적열해서 생성한 일산화탄소를 가성소다에 흡수시켜서 생성한 수산 소다나 수산을 전해 공장(2)에 있어서 해수 혹은 관수중의 탈칼슘제로서 사용한다. 이 탈칼슘 처리에 의해 용융염 전기분해의 원료로서 제공하는 염화마그네슘이나 염화나트륨의 순도를 미리 높게 해 둘 수 있다. 또 에탄올 공장(3)의 알코올 발효로 발생한 이산화탄소와 전해 공장(2)에 있어서 해양 심층수나 표층수로부터 담수화된 맹물, 및 일조시에 밴드패스 필터나 콜드 필터로 제거된 태양광 발전에 제공하지 않는 350∼800나노미터의 가시광선이나 램프 광이나 발광 다이오드 등으로 만들어진 인공광에 의해 광합성을 행해 인공적으로 밤낮을 바꾸고, 밤낮의 구별 없이 야채를 생산한다. 그리고, 미노광시에 발생하는 산소는 양식 공장(5)에 있어서, 해수의 산소농도 보충과 적조발생의 억제용에 제공하고, 또한, 전해 공장(2)에서 양수한 심층수에 산소를 용해시키고, 그것을 표층수에 방류해서 양식장 혹은 어초로서 어패류를 생육시킨다. 전해 공장(2)에서 양수한 해양 심층수는 온도차 발전에 제공한 후, 야채공장(4)의 한냉지 농장실의 냉각에 사용한 후, 심층수를 2계통으로 나누어, 한쪽은 전해 공장(2)에서 담수화한 후 에탄올 공장(3)의 맥주나 일본 술의 원료 혹은 야채공장(4)에서의 수경법의 원료로 하고 다른쪽은 한류 어패류용 활어조에, 혹은 그대로 해양의 표층수에 방류하고, 난류 어패류나 저서어 또는 새우나 게등의 울타리를 갖는 양식장 혹은 그 주위에는 영양 풍부한 심층수에 군집해 오는 회유어의 자연어장·어초로 한다.

도 2는 온도차 열전자 발전장치 개략도다. 온도차 열전자 발전장치(6)는 3중관 구조이며, 내관(7), 중관(8), 외관(9)으로 이루어지고, 중관(8)에 열전자 발전소자(10)를 배열하고, 태양열 온수기에서 더워진 온수 혹은 렌즈나 미러 등의 집광수단으로 빛을 모은 태양광의 초선에 설치한 집열 파이프의 안에서 더워진 열유 또는 열수 혹은 전해 공장(2)의 열배수 또는 해저온천이나 해안온천의 고온천수등의 고온액체(11)는 수도 꼭지 12로부터 들어가 수도 꼭지 13으로부터 나와서 집열부로 되돌아간다. 동시에 전해 공장(2)에서 양수한 심층수나 해양표층수에 의한 냉수(14)는 수도 꼭지 15로부터 들어가 수도 꼭지 16으로부터 배출된다. 여기에서 사용하는 열전자 발전소자는 평면 정방형이므로 내관(7)의 외벽을 다각관면에 형성해서 열전자 발전소자의 한 면을 밀착해서 붙이고, 다른 면은 열전도성 접착제를 사이에 두고 중관(8)의 내면에 접착한다. 그리고, 이 온도차 열전자 발전(6)에 제공한 심층수는 야채공장(4)의 한냉지 농장실의 냉각에 사용한 후, 심층수를 2계통으로 나누고, 한쪽은 전해 공장(2)에서 담수화한 후 에탄올 공장(3)의 맥주나 일본 술의 원료로 하고 다른쪽은 양식 공장(5)에 있어서 한류 어패류용 활어조에, 혹은 그대로 해양의 표층수에 방류하고, 난류 어패류나 저서어 또는 새우나 게등의 울타 리를 갖는 양식장 혹은 그 주위에는 영양 풍부한 심층수에 군집해 오는 회유어의 자연어장·어초로 한다.

도 3은 태양열 온수기에 의한 온도차 열발전 장치의 개략도다. 갑판 위에 붙여 둘러싸게 한 태양열 온수기의 집열 파이프(17)는 태양광(18)에 비추어져, 온수(11)가 되어서 집열 파이프(17)속을 순회하고, 온도차 열전자 발전장치(6)의 고온액체 입구(12)로부터 들어가고, 고온액체 출구(13)로부터 나온 후, 순환 펌프(19)를 통해서 태양열 온수기의 집열 파이프로 되돌아간다. 다른쪽 해양 심층수 혹은 해양표층수의 냉수(14)는 냉수입구(15)로 들어가고, 냉수출구(16)로부터 배수된다. 이 고온액체(12)와 냉수(14)와의 온도차이에 의해 열전자 발전이 행해진다.

도 4는 원통형 구면경에 의한 온도차 열발전 시스템의 개략도다. 식물공장에 있어서의 광합성의 광원으로서의 광 입사 천창으로서 원통형 구면경(20)을 부착하고, 이 구면경(20)에는 가시광선(21)을 투과해 800나노미터이상의 파장(22)을 반사하는 콜드 필터막(23)이 실행되어 있다. 이 막은 외기측에서도 실내측에서도 좋지만, 여기에서는 외기측의 유리면의 수세가 용이하게 할 수 있게 실내측에 코팅한다. 원통형 구면경(20)은 본원 발명자가 일본국 공개특허 특개소53-5647호에서 개시한 방법으로 제작한다. 입사하는 태양광(18)의 800나노미터 이하의 가시광선은 천창(20)을 통과해서 식물의 광합성에 사용되어져, 콜드 필터막(23)을 반사한 열선(22)은 태양광의 초선에 설치한 집열 파이프(24)에 빛이 모아져, 태양광에 의해 열변환된 열수나 열유 등의 고온액체(11)는 집열 파이프(24)속을 순회하고, 온도차 열전자 발전장치(6)의 고온액체 입구(12)로부터 들어가고, 고온액체출구(13)로부터 나온 후, 순환 펌프(19)를 통해서 집열 파이프(24)로 되돌아간다. 다른쪽 해양 심층수 혹은 해양표층수의 냉수(14)는 냉수입구(15)로부터 들어가고, 냉수출구(16)로부터 배수된다. 이 고온액체(12)와 냉수(14)와의 온도차이에 의해 열전자 발전이 행해진다. 태양광의 추미는 천창(20)(원통형 경면경)의 4구석을 컴퓨터 제어된 가동 장치(25)에서 충격각을 준다. 이에 따라 반사광인 열선(22)은 항상 집열 파이프(24)에 선집광되지만, 식물공장의 광합성에 사용되어지는 빛은, 메니스커스 구조 렌즈이기 때문에 광량 및 조사 장소를 변화시키는 경우는 거의 없다.

도 5는 직사각형 평면경에 의한 온도차 열발전 및 태양 전지 발전 시스템 개략도다. 식물공장에 있어서의 광합성의 광원으로서의 광 입사 천창으로서 평면 유리판(26)을 놓고, 그 위에, 600나노미터이상의 열선을 반사해 600나노미터미만의 빛을 투과하는 콜드 필터막을 실행한 직사각형 미러(27)를 평행하게 정렬하고, 각 단책(短冊)마다 컴퓨터로 제어된 충격각 가동 장치로 충격각을 주고, 입사한 태양광(18)은 각각의 직사각형 평면경(27)에서 반사해서 초선면에 빛이 모아져 고밀도광을 이룬다. 여기에 태양 전지 어레이(28)를 늘어 놓는다. 이 태양 전지 어레이(28)의 전방면에는 800나노미터이상의 광을 반사하는 콜드 필터 첨부 직사각형 2축 요면경(29)을 밀착하고, 배면에는 라디에이터(30)(냉각수)를 멈춘다. 이 태양 전지 발전은 통합 생산 공장의 전력의 일부에 제공된다. 이 콜드 필터 첨부 직사각형 2축 요면경(29)에서 반사한 적외선(31)은 평행 광선이 되어서 평면 유리판(26)의 중앙부에 놓여진 집열 파이프(24)에 빛이 모아져, 태양광에 의해 열 변환된 열수나 열유 등의 고온액체(11)는 집열 파이프(24) 속을 순회하고, 온도차 열전자 발 전장치(6)의 고온액체 입구(12)로부터 들어가고, 고온액체출구(13)로부터 나온 후, 순환 펌프(19)를 통해서 집열 파이프(24)에 되돌아간다. 다른쪽 해양 심층수 혹은 해양표층수의 냉수(14)는 냉수입구(15)로 들어가고, 냉수출구(16)로부터 배수된다. 이 고온액체(12)와 냉수(14)와의 온도차이에 의해 열전자 발전이 행해진다. 본 실시예와 같이 태양 전지로부터 전력을 얻는 방법에서는 600∼750나노미터의 빛을 태양 전지에 조사할 필요가 있기 때문에, 야채재배에 있어서는 600∼800나노미터의 빛은 필요에 따라서 인공광으로 보충한다.

도 6은 직사각형 평면경에 의한 고열전자 발전 및 태양 전지 발전 시스템 개략도다. 식물공장에 있어서의 광합성의 광원으로서의 광 입사 천창으로서 평면 유리판(26)을 놓고, 그 위에 600나노미터이상의 열선을 반사해 600나노미터미만의 빛을 투과하는 콜드 필터막을 실행한 직사각형 미러(27)를 평행하게 정렬하고, 각 단책 미러마다 컴퓨터로 제어된 충격각 가동 장치에서 충격각을 주고, 입사한 태양광(18)은 각각의 직사각형 평면경(27)에서 반사해서 초선면에 빛이 모아져 고밀도광이 된다. 여기에 태양 전지 어레이(28)를 늘어 놓는다. 이 태양 전지 어레이(28)의 전방면에는 800나노미터이상의 빛을 반사하는 콜드 필터막(32)을 증착하고, 배면에는 라디에이터(30)(냉각수)가 붙어 있다. 이 태양 전지 발전은 통합 생산 공장의 전력의 일부에 제공된다. 이 콜드 필터막(32)을 반사한 적외선(31)은 한층 더 빛이 모아져서 평면 유리판(26)의 중앙부에 두어진 집열판(33)을 거쳐서 고온열전자 발전소자(34)에 약 500℃의 열을 전하고, 그 배면에는 냉수(14)가 냉수입구(15)로 들어오고, 냉수출구(16)로부터 배수된다. 이 집열판(33)과 냉수(14)와의 온도차 이에 의해 열전자 발전이 행해진다. 본 실시예와 같이 태양 전지로부터 전력을 얻는 방법에서는 600∼750나노미터의 빛을 태양 전지에 조사할 필요가 있기 때문에, 야채재배에 있어서는 600∼800나노미터의 빛은 필요에 따라서 인공광으로 보충한다.

도 7은 전해 공장에 있어서의 생산 공정도다. 심층수나 표층수 등의 염분 약 3％의 해수(35)를 양수펌프에서 퍼 올리고, 고압을 건 해수를 역침투막(36)을 통과시키고, 맹물(37)을 생산한다. 여기에서 역침투막(36)을 통과하지 않은 NaCl, MgCl₂, MgSO₄, NaBr, CaSO₄, KCl, MgBr₂등이 용존하는 염분 약 6％의 관수(38)속의 Ca분을 분리할 목적으로, 에탄올 공장(3)에서 생산한 수산 소다 혹은 수산(39)를 관수에 쏟고, 수산 칼슘(CaC₂O₄)(40)을 침전 제거한다. 이 수산 칼슘에 전해 공장(2)에서 생산한 염산(41)을 쏟아 수산(39)을 회수하고, 농축된 CaCl₂은 용융염 전기분해(42)에 의해 금속칼슘(43)과 염소(44)를 생산한다. 한편 Ca분이 제거된 여액(45)으로부터 마그네슘을 유리시키기 위해서 전해 공장(2)에서 생산한 가성소다(46)를 쏟고, 수산화마그네슘(47)을 침전 분리한다. 이것에 전해 공장(2)에서 생산한 염산(41)을 쏟아 염화마그네슘으로 한 뒤 용융염 전기분해(42)를 행해 금속 마그네슘(48)을 생산한다. 한편, 탈 Mg된 여액(49) 중에서 황산을 추출하기 위해서 전해 공장(2)에서 생산한 염산(41)으로 중화한 여액은 이온교환 수지 전기투석(50)에 의해 투과 분리된다. 다른쪽 염분 약 20％의 식염수(51)은 한층 더 30％까지 열농축된 뒤 수용액 전기분해(52)를 행하고, 가성소다(46)를 생산한다. 이 가성소 다(46)의 대부분은 한층 더 용융염 전기분해(42)를 행하고, 금속 나트륨(54)을 생산해 석유 중에 저장한다. 이 용융염 전기분해(42)의 부산물로서 산소 가스(55)이 생산된다. 또 수용액 전기분해(52)에서는 이외에 염소(44), 수소(54), 산소(55)가 생산된다. 이 염소가스(44)과 수소 가스(54)을 반응시켜서 염산(41)을 생산한다. 한편, 이온교환 수지에 의한 전기투석(50)에 의해 제외된 희류산(57)은 역침투막(36)으로 농축하고, 진한 황산(58)과 맹물(37)로 분리한다. 여기에서 생산되는 산소 가스(55)의 대부분은 양식 공장(5)으로부터 해수중에 버블링 한다. 여기에서는 역침투막(36)을 통과하지 않은 관수(38)에 수산 혹은 수산 소다(39)를 쏟았지만, 최초에 해수(35)에 쏟아 탈칼슘 처리를 실시하면, 역침투막(36)으로부터 얻어지는 맹물의 양은 많아지고, 또한, 염분 6％이상의 관수를 얻을 수도 있다.

도 8은 에탄올 공장에 있어서의 생산 공정도다. 에탄올 공장(3)의 주목적은 야채공장(4)에 있어서의 광합성에 필요 불가결한 이산화탄소를 대량으로 확보하기 위해서이며, 그 이산화탄소의 발생원을 알코올 발효로 조달하려고 하는데에 있다. 특히, 음료용 맥주나 술에는 전해 공장(2)에서 양수한 해양 심층수를 역침투막으로 담수화한 담수심층수(60)를 사용하여, 해안에 쌓은 맥아, 쌀, 종누룩, 옥수수, 전분 등의 양조용 곡물(59)이 포함되는 효모로부터 분비되어지는 아미라제 및 말타제에 의해 전분을 포도당, 과당, 자당, 맥아당 등으로 변화시키고, 알코올 분해 효소 티마이제에 의해 알코올 발효(61)를 일으키게 해, 맥주공장(62)에서 심층수 맥주(63)를, 술공장(64)에서 심층수 술(65)을 빚는다. 이 알코올 발효(61)로 발생한 이산화탄소(66)는 야채공장(4)의 광합성에 제공된다. 다른쪽 연료용 바이오 에탄 올(67)에는 전해 공장(2)에서 양수한 해양표층수를 역침투막으로 담수화한 담수표층수(68)를 사용하여, 해안에 쌓은 목설, 톱밥, 가지, 사탕 수수의 짜고 남은 찌꺼기(69)등의 목질 바이오매스에 전해 공장(2)에서 생산한 진한 황산(58)으로 셀룰로스재(70)를 가용화하고, 한층 더 희류산(58)에서 당으로 분해하고, 효모로부터 분비되어지는 알코올 분해 효소에 의해 알코올발효(61)를 일으키게 해, 증류 탈수 공정을 경과해서 바이오 에탄올(67)을 생산한다. 여기에서 황산(58)은 회수되어 재이용된다. 알코올 발효(61)로 발생한 이산화탄소(66)는 야채공장(4)의 광합성에 제공된다. 한편, 에탄올 공장(3)에서는 전해 공장(2)에 있어서 해수중의 칼슘을 제거하기 위한 약품으로서 수산 소다나 수산(39)을 제조한다. 전해 공장(2)에서 양수한 해양표층수를 역침투막으로 담수화한 담수표층수(68)를 사용하고, 해안에 쌓은 목설, 톱밥(69)등에 전해 공장(2)에서 생산한 가성소다(46)를 더해서 생성한 혹은 알코올 발효로 발생한 이산화탄소와 코크스를 적열해서 발생시킨 일산화탄소를 가성소다에 흡수시켜서 생성한 수산 소다(39)를 전해 공장(2)의 탈칼슘 공정에서 사용한다.

도 9는 야채공장(4)에 있어서의 생산 공정도다. 야채공장(4)의 주목적은 신선한 야채를 대량으로 소비지에 제공하는 것이지만, 용존산소에 부족한 표층수에 산소를 보급하고, 적조의 발생을 억제하고, 해양의 데드존을 해소하는 것도 중요하다. 이 때문에, 야채공장(4)에 있어서의 광합성으로 발생하는 산소 가스를 양식 공장(5)으로부터 해수에 되돌린다. 야채생산의 필요요소는 광합성에서 필요한 온도, 물, 빛, 이산화탄소, 비료다. 물은 심층담수(60) 혹은 표층담수(68)를 사용한다. 야채공장(4) 중 공장(71)에서는 수경법(72)을 채용하기 위해서 물의 확보가 중요하다. 연안공장(73)이나 해안에 인접한 육지공장(74)에서는 토양재배(75)를 할 수 있다. 단지 해수의 산소농도결핍의 원인의 하나인 비료분의 해수유실을 억제하기 위한 비료의 회수(76)도 중요하다. 야채공장은 재배 환경을 컴퓨터 제어하기 위해서, 한냉지 야채나 고랭지 야채를 생산하는 장소에서는 해양 심층수를 파이프 배관하고, 경우에 따라서는 전기냉방도 병용해서 야채실의 온도를 15℃이하로 억제하고, 열대야채에서는 온도차 발전의 고온액체를 파이프 배관해서 25℃내외의 생육 환경을 설정한다. 수확 야채의 저장에는 전기냉방이나 냉장고가 필요하다. 풍력이나 조류등의 유체 에너지 발전을 이용한 야채공장(4)에서는 밤낮의 구별이 없고, 게다가 비바람시에서도 야채생산할 수 있다. 이것은 태양광선을 이용하지 않고, 형광등이나 발광 다이오드 등의 인공광(77)을 이용하는 완전제어 야채공장이다. 야채는 400∼700나노미터의 빛으로 광합성(77)이 진행하지만, 종자발아, 꽃분화, 개화, 자엽의 전개, 엽록소 합성, 절간 신장 등 물결 430나노미터와 630나노미터를 피크로 하는 빛에 의한 강광반응과 650이 되는 미터와 700∼750나노미터를 피크로 하는 약광반응이 있고, 생육 상태에 따라 조사 파장을 선택 조사하지 않으면 안된다. 이것들 광조사(77)와 이산화탄소(66)의 공급량과 광조사를 중지했을 때 발생하는 산소(55)를 끊임없이 생산하도록 인공광(77)의 점등 점멸과 야채생산부실의 복수화가 중요하다. 이렇게 야채재배의 환경을 컴퓨터 제어함으로써, 날씨·기후에 좌우되지 않고, 남의 손을 필요로 하지 않는 야채(79)의 생산이 가능해진다.

도 10은 양식 공장에 있어서의 생산 공정도다. 양식 공장(5)의 주목적은 전 해 공장에서 양수한 해양 심층수(90)에 야채공장에서 생산한 산소(55)를 버블링에 의해 첨가해서 표층수(91)의 해면에 방류(92)함에 의해 용존산소에 풍부하고, 또한, 영양이 풍부한 어장이나 용존산소에 풍부한 활어조나 어초를 만들 수 있다. 또 해중에서 산소를 버블링 함에 의해 표층수의 용존산소를 늘리는 것에 의해, 적조의 발생을 억제하고, 연안이나 만등으로 넓혀지고 있는 연안수역 데드존을 해소할 수 있다. 이 해수에 산소를 용존시키는 수단으로서, 활어조, 어초, 해저 또는 해중에 산소 토출 파이프를 내려 놓고, 그 파이프의 가스 출구의 해수경계면에 구멍 지름 3미크론의 다공질 불소수지 필름을 치고, 1기압의 산소 가스를 파이프에 봉입했을 경우, 수심 5미터까지는 산소 가스를 토출하지만, 그 이상 심도가 깊어지면 해수가 파이프내에 역류한다. 이 때문에, 역류하지 않는 압력이상의 산소봉입 압이 필요하다. α가 다공질 필름의 구멍 지름에 의한 값이기 때문에, 구멍 지름 3미크론에서의 실측치로부터 α=0.5기압이라고 하면, 해면하 10미터에서는 2.5기압이상(1+1+α), 100미터에서는 11.5기압이상(1+10+α), 300미터에서는 31.5기압이상(1+30+α)의 가압이 필요하다. 이 산소봉입압과 파이프의 해수깊이를 고려하여, 앞바다의 해상공장(71)에 있어서 전해 공장(2)에서 양수한 해양 심층수(90)에 야채공장(4)에서 생산한 산소(55)를 첨가해서 해중에 방류(92) 하면, 10℃이상의 해수에는 참치, 가다랭이, 고등어, 정어리등의 난류어나 10℃미만의 해수에는 청어, 대구, 송어, 연어, 방어 등의 한류어나 참치, 가다랭이, 청어, 꽁치등의 회유어의 천연어초(94)로 이루어진다. 해상공장(71)의 배 밑바닥에 저수(93)한 활어조에서는 물고기의 양식(95)이나 전복이나 닭새우 등 조개류나 갑각류 등의 양식(96)을 행한다. 비교적 해저가 얕은 연안공장(73)에서는 해양 심층수(90)에 야채공장(4)에서 생산한 산소(55)를 첨가해서 해저에 방류(92)하면 넙치, 도미, 대구, 가자미 등의 저서어의 어초(97)가 된다. 연안공장(73)의 주위의 해양 위에 펜스를 붙인 천연활어조(98)에서는 방어나 참치의 양식을, 혹은 배 밑바닥 활어조(99)에서는 차 새우나 가오리 등의 조개류나 갑각류의 양식(99)을 행한다. 육지공장(93)에서는 활어조에서 장어나 은어 등을 내수면 양식(100)한다.

도 11은 전해 공장(II)에 있어서의 생산 공정도다. 도 7의 전해 공장(I)에서는 최초에 수산(39)을 사용해 탈칼슘(40)을 행했지만, 이 전해 공장(II)에서는 최초에 마그네슘의 분리를 행하고 있다. 즉, 심층수나 표층수 등의 염분 약 3％의 해수(35)를 양수펌프로 퍼 올리고, 고압을 건 해수를 역침투막(36)을 통과시키고, 맹물(37)을 생산한다. 여기에서, 역침투막(36)을 통과하지 않은 NaCl, MgCl₂, MgSO₄, NaBr, CaSO₄, KCl, MgBr₂등이 용존하는 염분 약 6％의 관수(38) 중에서 마그네슘을 분리하기 위해서 전해공장(2)에서 생산한 가성소다(46)를 쏟고, 수산화마그네슘(47)을 침전 분리한다. 이것에 전해 공장(2)에서 생산한 염산(41)을 쏟아 염화마그네슘으로 한 뒤 용융염 전기분해(42)를 행해 금속 마그네슘(48)과 염소가스(44)를 생산한다. 한편, 탈마그네슘된 여액(49) 중에서 황산을 추출하기 위해서 전해 공장(2)에서 생산한 염산(41)으로 중화한 여액을 이온교환수지 전기투석(50)에 의해 투과 분리된 염분 약 20％의 식염수(51)를 한층 더 30％까지 열농축한 뒤 수용액 전기분해(52)를 행하고, 가성소다(46)를 생산한다. 이 가성소다(46)의 대부분은 한층 더 용융염 전기분해(42)를 행하고, 금속 나트륨(54)을 생산해 석유 중에 저장한다. 이 용융염 전기분해(42)의 부산물로서 산소 가스(55)가 생산된다. 또 수용액 전기분해(52)에서는 이외에 염소(44), 수소(54), 산소(55)가 생산된다. 이 염소가스(44)와 수소 가스(54)를 반응시켜서 염산(41)을 생산한다. 한편, 이온교환수지 전기투석(50)에 의해 제외된 황산과 황산칼슘 혼합액(101)에 Ca분을 분리할 목적으로 에탄올 공장(3)에서 생산한 수산 소다 혹은 수산(39)을 쏟고, 수산칼슘(CaC₂O₄)(40)을 침전 제거한다. 이 수산 칼슘에 전해 공장(2)에서 생산한 염산(41)을 쏟아 수산(39)을 회수하고, 농축된 CaCl은 용융염 전기분해(42)2에 의해 금속 칼슘(43)과 염소(44)를 생산한다. 한편, Ca분이 제거된 여액(45) 희류산(57)은 역침투막(36)으로 농축하고, 진한 황산(58)과 맹물(37)로 분리한다. 여기에서 생산되는 산소 가스(55)의 대부분은 양식 공장(5)으로부터 해수중에 버블링 한다.

도 12는 전해 공장(III)에 있어서의 생산 공정도다. 도 7의 전해 공장(I)에서는 최초에 수산(39)을 사용해 탈칼슘(40)을 행했지만, 이 전해 공장(III)에서는 역침투막법으로 제외된 염분 약 6％의 관수를 종래의 제염법으로 전호(102)해서 용해도의 차이로 황산칼슘을 유리시키고 있다. 즉, 심층수나 표층수 등의 염분 약 3％의 해수(35)를 양수펌프로 퍼 올리고, 고압을 건 해수를 역침투막(36)을 통과시키고, 맹물(37)을 생산한다. 여기에서 역침투막(36)을 통과하지 않은 NaCl, MgCl₂, MgSO₄, NaBr, CaSO₄, KCl, MgBr₂등이 용존하는 염분 약 6％의 관수(38)를 전호(102)해서 최초에 석출하는 황산칼슘(103)을 제거한다. Ca 이온이 제거된 여액(45)중으 로부터 마그네슘을 분리시키기 위해서 전해 공장(2)에서 생산한 가성소다(46)를 쏟고, 수산화마그네슘(47)을 침전 분리한다. 이것에 전해 공장(2)에서 생산한 염산(41)을 쏟아 염화마그네슘으로 한 뒤 용융염 전기분해(42)를 행해 금속 마그네슘(48)과 염소가스(44)를 생산한다. 한편, 탈Mg된 NaCl과 KCl의 혼합 여액을 전해 공장(2)에서 생산한 염산(41)으로 중화해서 약 30％로 한 식염수(51)를 수용액 전기분해(52)를 행하고, 가성소다(46)를 생산한다. 이 가성소다(46)의 대부분은 한층 더 용융염 전기분해(42)를 행하고, 금속 나트륨(54)을 생산해 석유중에 저장한다. 이 용융염 전기분해(42)의 부산물로서 산소 가스(55)가 생산된다. 또 수용액 전기분해(52)에서는 이외에 염소(44), 수소(54), 산소(55)가 생산된다. 이 염소가스(44)와 수소 가스(54)를 반응시켜서 염산(41)을 생산한다. 여기에서 생산되는 산소 가스(55)의 대부분은 양식 공장(5)으로부터 해수중에 버블링 한다.

도 13은 전해 공장(IⅤ)에 있어서의 생산 공정도다. 도 7의 전해 공장(I)에서는 최초에 수산(39)을 사용해 탈칼슘(40)을 행했지만, 이 전해 공장(IⅤ)에서는 역침투막법으로 제외된 염분 약 6％의 관수를 한층 더 이온교환 수지 전기투석법(50)으로 염분 약 20％의 농축 염수를 만든 후, 종래의 제염법으로 전호(102)해서 식염과 마그네슘을 유리시키고 있다. 즉, 심층수나 표층수 등의 염분 약 3％의 해수(35)을 양수펌프로 퍼 올리고, 고압을 건 해수를 역침투막(36)을 통과시키고, 맹물(37)을 생산한다. 여기에서 역침투막(36)을 통과하지 않은 NaCl, MgCl₂, MgSO₄, NaBr, CaSO₄, KCl, MgBr₂등이 용존하는 염분 약 6％의 관수(38)를 이온교환수지 전 기투석법(50)으로 황산이온을 분리해서 황산마그네슘과 황산칼슘(104)을 제거한다. 한편, 이온교환수지 전기투석막(50)으로부터 추출된 2％내외의 염수는 역침투막(36)을 투과시켜서 맹물(37)을 생산한다. 다른쪽 약 20％의 관수는 전호(102)해서 약 30％로 한 식염수(51)를 수용액 전기분해(52)해서 가성소다(46)를 생산한다. 이 가성소다(46)의 대부분은 한층 더 용융염 전기분해(42)를 행하고, 금속 나트륨(54)을 생산해 석유중에 저장한다. 이 용융염 전기분해(42)의 부산물로서 산소 가스(55)가 생산된다. 또 수용액 전기분해(52)에서는 이외에 염소(44), 수소(54), 산소(55)가 생산된다. 이 염소가스(44)와 수소 가스(54)를 반응시켜서 염산(41)을 생산한다. 한편, 여액(45)(간수)중으로부터 마그네슘을 유리시키기 위해서 전해 공장(2)에서 생산한 가성소다(46)을 쏟고, 수산화마그네슘(47)을 침전 분리한다. 이것에 전해 공장(2)에서 생산한 염산(41)을 쏟아 염화마그네슘으로 한 뒤 용융염 전기분해(42)를 행해 금속 마그네슘(48)과 염소가스(44)를 생산한다. 여기에서 생산되는 산소 가스(55)의 대부분은 양식 공장(5)으로부터 해수중에 버블링 한다.

도 14는 전해 공장(Ⅴ)에 있어서의 생산 공정도다. 도 7의 전해 공장(I)에서는 최초에 수산(39)을 사용해 탈칼슘(40)을 행했지만, 이 전해 공장(Ⅴ)에서는 최초 해수(35)를 이온교환수지 전기투석법(50)으로 염분 20％의 농축 염수를 만든 후, 종래의 제염법으로 전호(102)를 행하고, 식염과 마그네슘을 유리시키고 있다. 즉, 심층수나 표층수 등의 염분 약 3％의 해수(35)을 양수펌프로 퍼 올리고, 이것을 이온교환수지 전기투석법(50)으로 황산이온을 분리하고, 황산마그네슘과 황산칼슘(104)을 제거한다. 한편, 이온교환수지 전기투석막(50)으로부터 추출된 2％내외 의 염수는 역침투막(36)을 투과시켜 맹물(37)을 생산한다. 다른쪽 약 20％의 관수는 전호(102)해서 약30％로 한 식염수(51)를 수용액 전기분해(52)하여 가성소다(46)를 생산한다. 이 가성소다(46)의 대부분은 한층 더 용융염 전기분해(42)를 행하고, 금속 나트륨(54)을 생산해 석유중에 저장한다. 이 용융염 전기분해(42)의 부산물로서 산소 가스(55)가 생산된다. 또 수용액 전기분해(52)에서는 이외에 염소(44), 수소(54), 산소(55)가 생산된다. 이 염소가스(44)와 수소 가스(54)를 반응시켜서 염산(41)을 생산한다. 한편, 여액45(간수)중으로부터 마그네슘을 유리시키기 위해서 전해 공장(2)에서 생산한 가성소다(46)를 쏟고, 수산화마그네슘(47)을 침전 분리한다. 이것에 전해 공장(2)에서 생산한 염산(41)을 쏟아 염화마그네슘으로 한 뒤 용융염 전기분해(42)를 행해 금속 마그네슘(48)과 염소가스(44)를 생산한다. 여기에서 생산되는 산소 가스(55)의 대부분은 양식 공장(5)으로부터 해수중에 버블링 한다.

도 15는 전해 공장(ⅤI)에 있어서의 생산 공정도다. 도 7의 전해 공장(I)에서는 최초에 수산 소다 혹은 수산(39)을 사용해 탈칼슘을 행하고, 수산칼슘을 침전시켜, 이것에 염산(41)을 첨가하고, 염화칼슘(105)을 용융염 전기분해(42)를 행하고, 금속 칼슘을 생산하고 있다. 이 전해 공장(ⅤI)에서는 염화칼슘(105)을 금속 나트륨을 제조하기 위한 전해욕 온도 강하제로서 사용한다. 심층수나 표층수 등의 염분 약 3％의 해수(35)를 양수펌프로 퍼 올리고, 고압을 건 해수를 역침투막(36)을 통과시키고, 맹물(37)을 생산한다. 여기에서 역침투막(36)을 통과하지 않은 NaCl, MgCl₂, MgSO₄, NaBr, CaSO₄, KCl, MgBr₂등이 용존하는 염분 약 6％의 관수(38)중의 Ca분을 분리할 목적으로, 에탄올 공장(3)에서 생산한 수산 소다 혹은 수산(39)을 관수에 쏟고, 수산칼슘(CaC₂O₄)(40)을 침전 제거한다. 이 수산 칼슘에 전해 공장(2)에서 생산한 염산(41)을 쏟아 수산(39)을 회수하고, 농축된 염화칼슘(105)과 이온교환막(50)으로 농축한 염화나트륨(51)을 한층 더 각각을 열농축하고, 염화나트륨 약 60％와 염화칼슘 약 40％의 혼합염을 600℃내외에서 용융염 전기분해(42) 한 후, 칼슘의 융점이 839℃와 비교해서 나트륨의 융점이 97.81℃와 극단적으로 낮은 것을 이용하고, 생성된 칼슘 함유 나트륨을 110℃까지 냉각 처리(106)해서 금속 칼슘(43)과 금속 나트륨(54)을 분리하고, 금속 나트륨(54)은 석유중에 저장한다. 다른쪽 Ca분이 제거된 여액(45)으로부터 마그네슘을 유리시키기 위해서 가성소다(46)를 쏟고, 수산화마그네슘(47)을 침전 분리한다. 이것에 염산(41)을 쏟아 염화마그네슘으로 한 뒤 용융염 전기분해(42)을 행해 금속 마그네슘(48)을 생산한다. 한편, 이온교환막(50)을 통과하지 않은 황산(57)은 역침투압막으로 농축되어 한층 더 증류해서 진한 황산(58)을 생산한다.

본 발명의 1개의 형태에 있어서, 도 1의 통합 생산 공장(1)은 해상공장이며, 부체선에 구축된다. 부체선을, 예를 들면 일본의 미야케섬 가까이의 쿠로시오 해역등의 조류가 빠른 해역에 계류할 경우, 부체선상에 풍차용 날개차를 부착하고, 부체선 아래에 수차용 날개차를 부착하며, 이에 따라 발진기를 구동하는 발전 설비를 설치한다. 또한, 부체선을 계류 기구에 의하여 소정 위치에 고정할 경우, 풍수차를 수직회전축을 갖는 수직회전축형 풍수차로 하고 이 수직회전축형 풍수차를 부체선상에 복수기 설치하고, 각쌍의 풍수차에 있어서의 한쪽의 풍수차와 다른쪽의 풍수차의 회전 방향을 서로 반대 방향으로 선정하고, 각 풍수차의 회전축에 의해 발진기를 구동한다. 이 경우, 서로 반대방향으로 회전하는 회전력이 부체선에 작용하는 반력을 상쇄하므로 부체선을 계류하는 계류 기구의 기계적 강도를 증강할 필요는 없어진다. 이 때문에, 얕은 여울의 해역뿐만아니라 비교적 수심의 해역에도 설치할 수 있기 때문에, 경제 효과가 크다. 이러한 부체선공장을 모선으로 해서 해양 심층수를 중심으로 한 해상 통합 생산 공장을 만들 수 있다.

본 발명의 다른 형태에 있어서, 도 1의 통합 생산 공장은, 원유탄카를 이용한 해상공장이다. 해상의 풍력을 수직회전축형 풍차에 의해 전력으로 변환하고, 이 전력을 사용하여, 맹물, 나트륨, 마그네슘, 칼슘, 칼륨, 가성소다, 염소, 염산, 황산, 수소, 산소등을 제조하면서 항행을 계속하는 항해·공해공장으로 한다. 이 공장에서 생산한 수소는 선박 연료에 사용한다. 해상공장은 전해 공장만으로 이루어지고, 에탄올 공장, 야채공장 및 양식 공장은 존재하지 않는다. 예를 들면, 일본을 출항해서 동중국해에서 정박하고, 맹물을 만들고, 동시에 만들어지는 Na, Mg, Cl₂도 포함시켜서 중국의 항구에서 짐을 내린 뒤, 남지나해나 인도양 상에서 다시 맹물이나 Na, Mg, Cl₂을 생산하고, 이것들을 중동 제2나라의 항구에서 짐을 내린다. 중동에서는 맹물 탱크에 원유를 넣어서 일본에 갖고 간다. 귀국편에서는 맹물의 저장은 삼가하고, 생산한 맹물은 전기분해에 의해 수소를 만들어 자기 배의 연료에 제공하 고, 혹은 수소와 염소로부터 염산을 만든다. 수소와 Cl₂을 스리랑카나 싱가폴이나 마닐라나 타이완에서 내린다. 그리고, 일본의 항구에서는 항해하면서 생산한 수소, Cl₂, Na, Mg와 석유를 일본에서 내린다. 이 공장은, 무역선형 항해·공해공장이다.

본 발명의 또 다른 형태에 있어서, 도 1의 통합 생산 공장은 연안공장이며, 해상의 풍력은, 수평회전축 풍차와 수직회전축 풍차를 사용해서 전력으로 변환된다. 수평회전축 풍차에 있어서는, 서로 역회전하고 있는 전후1조의 프로펠러의 회전을 발진기의 회전 소자와 고정자에 직결하고, 수직회전축 풍차에 있어서는 서로 역회전하고 있는 상하 1조의 날개차의 회전을 발진기의 회전 소자와 고정자에 직결하고, 그것들의 상대 회전에 의해 2배의 유속과 등가인 전기 에너지를 추출할 수 있다. 이 연안 통합 생산 공장은, 이것들 풍차에 의해 얻어진 전력을 사용해 전해 공장(2), 에탄올 공장(3), 야채공장(4), 양식 공장(5)을 가지고 있는 통합 생산 공장(1)이다. 설치 장소를, 예를 들면 스웨덴으로 하면, 북구는, 특히 겨울은 극단적으로 일조시간이 짧고, 야채는 자라지 않고, 물론 태양 발전도 할 수 없다. 특히, 스웨덴은 탈석유 정책을 진척시키고, 또한, 탈원자력 발전소 정책도 유지하고 있다. 그리고, 삼림이용을 촉진하고, 경작지나 미이용지에서의 에너지 작물을 재배하고, 바이오매스에 의한 연료나 발전을 진행시키고 있다. 스웨덴에서 풍부한 에너지자원은 물과 삼림이지만 태양광은 기대할 수 없다. 그러나, 발틱해 특히, 고트랜드 섬 주변은 풍력이 풍부하다. 해안은 먼곳까지 얕은 것이기 때문에 통합 생산 공장(1)은 부체구조물보다도 해저에 자리를 잡은 구조물이 적합하다. 그러나, 발틱해 의 염분농도는 1％로 낮기 때문에 금속 나트륨의 제조에는 수입 암염을 사용해도 된다. 거기에서 전해 공장에서 양수한 표층해수로 맹물, 나트륨, 가성소다, 염소, 염산, 황산, 수소, 산소등을 제조하고, 동시에 생산되는 맹물은 전기분해 해서 수소를 만들어 파이프라인으로 연안발전소에 보낸다. 한편, 육지에서 생산한 목설, 가지, 풀등의 셀룰로스재는 황산처리후 발효시켜 바이오 에탄올을 양조하고, 이 알코올 발효로 발생한 이산화탄소를 광합성에 사용하고, 풍력발전으로 얻어진 전력을 발광 다이오드나 형광등을 광원으로서 야채를 재배하고, 이 광합성으로 발생한 산소는 활어조나 어초에 공급해서 물고기를 양식하고, 또한, 산소농도가 저하한 해수에 되돌리는 것에 의해 귀신 불가사리의 발생이나 적조발생의 억제에 사용할 수 있다.

본 발명의 또 다른 형태에 있어서, 도 1의 통합 생산 공장은 육지공장이다. 여기에서도, 풍력은, 직전에 서술한 형태와 같이 수평회전축 풍차와 수직회전축 풍차를 사용해서 전력으로 변환된다. 또 태양광 발전이나 태양열 발전도 이용할 수 있다. 볼록거울이나 대물거울의 역할을 갖는 직사각형 평면경에서 빛을 모은 고밀도 태양광을 600로부터 700나노미터를 투과해 그 이상의 파장의 적외선을 반사하는 밴드패스 필터나 콜드 필터막을 실행한 거울이나, 그 배면을 해수로 냉각해서 발전 효율을 상승시킨 태양 전지를 제외하고, 밴드패스 필터막에서 반사한 적외선은 열전자 발전소자에 빛을 모아서 해수와의 온도차 발전에 제공한다. 여기에서 태양광을 빛을 모으는 대물거울에 600나노미터 이하의 가시광선은 투과하고 그 이상의 파장은 반사하는 콜드 필터막을 증착하면 대물거울을 투과한 가시광선은 야채공장의 광합성에 사용되어진다. 공장의 지붕에 덮여 둘러싸게 한 태양열 온수기 파이프 속을 순환하는 온수, 혹은 렌즈나 미러 등의 집광수단에서 빛을 모은 태양광의 초선에 설치한 집열 파이프 속을 순환하는 열유 또는 열수 또는 전해 공장의 열배수 또는 냉각유 등의 고온액체와 양수한 심층수나 해양표층수에 의한 냉수를, 3중관구조의 내관과 외관에 각각 흘리고, 그 내외관의 사이에 반도체 열전자 발전소자를 정렬한 구조의 온도차 발전, 또는 집광된 태양광을 흡열층을 통해서 열전자 발전소자의 한쪽의 면에 조사하고 열전자 발전소자의 다른쪽 면에 해수를 흘리는 구조의 온도차 발전장치 등에 의한 태양 발전이나 풍차에 의해 얻어진 전력을 사용하는 전해공장(2), 에탄올 공장(3), 야채공장(4), 양식공장(5)을 갖고 있는 통합 생산공장(1)을 가동한다. 특히, 해안에 가까운 육지에 향상을 설비하기 때문에, 야채공장(4)은 토양재배(75)를 할 수 있다. 거기에서 설치 장소를, 예를 들면 이키로 한다. 거기에서 전해 공장에서 양수한 표층해수로부터 맹물, 가성소다, 식염, 수소, 염소, 염산, 황산, 염화수소, 마그네슘, 나트륨 등을 제조한다. 한편, 육지에서 생산한 맥아나 톱밥 등을 발효시켜 심층수 맥주나 바이오 에탄올을 빚고, 이 알코올 발효로 발생한 이산화탄소를 광합성에 사용해 노지 야채를 재배하고, 이 광합성으로 발생한 산소는 활어조나 어초에 공급해서 물고기를 양식한다.

전해 공장(2)에서 제조한 금속 나트륨 혹은 암염이나 염호의 식염으로부터 제조한 금속 나트륨은 석유용기에 넣은 채 발전소나 도시 가스 제조소 혹은 연료전지 충전시설 등에 수송하고, 필요에 따라서 물과 반응시켜서 순시에 대량의 수소를 발생시킨다. 물을 전기분해 해서 얻은 수소와 같이, 액체수소의 상태로 무거운 봄 베에 충전해서 육송할 필요는 없다. 이 때문에, 수송비를 경감할 수 있고, 또한, 잔류물의 가성소다는 소다 공업용 원료로서 공급할 수 있다. 특히, 발전소등의 대량 소비 장소에서는 그 주변에 소다 공업을 설치할 수 있다. 한층 더, 원자력 발전소의 핵연료를 금속 나트륨으로 바꾸는 것에 의해 원료의 안정공급과 가동의 안전의 양면에서 효과를 기대할 수 있다. 한층 더, 발전소의 연료폐기물이 소다 공업의 출발 원료인 것도 잊어서는 안 된다. 한편, 열수와 반응시켜서 수소를 발생시킬 수 있는 마그네슘도 나트륨과 마찬가지로 용융염 전기분해로 생산하지만, 해수로의 생산량은 나트륨의 11.2％미만이다. 만약에, 이 금속 마그네슘을 수소발생원에 사용하면, 그 잔류물인 산화물의 환원에 한층 더 막대한 비용이 든다. 그런데, 수소생성 후의 금속 나트륨 잔류물은 소다 공업의 원료로서 그대로 쓸 수 있다. 이 잔류물의 가성소다는 수요에 따라, 다시 용융염 전기분해 해서 금속 나트륨을 생산함에 의해, 무한 연료 공급 사이클을 구축하는 것이 가능하다. 그 때문에, 금속 나트륨은, 수소발생용에 특화하고, 금속 마그네슘은 경금속 합금재료로서 사용하면 모두 경제적 파급 효과가 크다.

도 16은 금속 나트륨 연료 사이클 시스템도다. 해상에 뜨는 해상 통합 생산 공장(1)으로부터 그 자리에서 양수한 해수로부터 식염을 추출한 후, 갑판상의 풍력발전(107)에 의해 얻어진 전력에 의해 식염을 용융염 전기분해(42) 해서 금속 나트륨(54)을 생산한다. 혹은 암염지대 근방의 풍력발전(107)으로부터 얻어진 전력에 의해 암염에 의한 금속 나트륨 제조 시설(108)에 있어서 용융염 전기분해(42)를 행해 금속 나트륨(54)을 생산한다. 이 금속 나트륨을 수소발전소(109)에 운반하고, 수소발생장치(110)의 속의 금속 나트륨(54)에 맹물(37)을 쏟고, 발생한 수소 가스(56)를 연소해서 발전을 행하고, 폐기물로서 할 수 있는 가성소다(46)를 나트륨 재제(再製) 공장(111)에 보내고, 그 재제 공장 근방의 육상 풍력 발전 시설(112) 혹은 연안 풍력발전 시설(113)에 의해 얻어진 전력에 의해 가성소다 전해공장(112)에 있어서 가성소다(46)를 용융염 전기분해 행하고, 금속 나트륨을 재생산해서 수소발전용 연료로서 사용한다.

도 17은 태양열을 이용한 용융염 전기분해를 위한 용융염 예비가열 보조 시스템도다. 원통형 구면경에 의한 온도차 열전자 발전 시스템(도 4)을 사용하여, 원통형 구면경(20)에서 빛을 모은 태양광의 초선에 설치한 집열 파이프(24) 속을 순환하는 열매로서의 경유 또는 나트륨·칼륨 등의 이융금속에 의한 고온액체(11)를 용융염 전기분해로(42)에 흘리고, 용융염(116)을 예비가열하면서 한층 더 전열(電熱) 가열(114)한 상태에서 전극(115)에 전류를 흘려보내고, 용융염 전기분해를 행해 금속 나트륨(54)을 제조한다. 한층 더, 이것들의 배열매(排熱媒)와 양수한 심층수나 해양표층수에 의한 냉수(14)를 2∼3중 관구조의 내관과 외관에 각각 흘리고, 그 내외관의 사이에 반도체 열전자 발전소자를 늘어놓은 구조의 온도차 열발전 장치(6)에서 온도차 발전을 행한 후, 다시 열매를 순환 펌프(19)에 의해 태양광 집열장치의 집열 파이프(24)에 보낸다. 한편, 태양열을 기대할 수 없을 경우에는, 차폐 밸브(117)를 닫아서 열매의 순환을 정지한다.

도 18은 수소발생장치 개략도다. 이 수소발생 장치는 경유나 등유등의 유류중 혹은 건조한 수소, 아르곤, 질소등의 가스 분위기중에서 물과의 금속 나트륨을 안전하게 반응시키기 위한 장치다. 이 수소발생장치(118)는 스테인레스제의 반응 용기로 이루어지고, 반응 용기 상부에는 전실(前室)(119)과 반응실을 차단하는 셔터(120)를 갖는 금속 나트륨 반입문(121)을 갖고, 기름에 보호된 연료인 금속 나트륨의 공급을 연속적으로 행하기 위한 반입 장치(122)가 구비되어 있다. 수소발생장치(118)의 내벽의 천정부에는 수소 가스 추출구(123) 및 수소 또는 아르곤 혹은 질소등의 가스 봉입 구(124), 및 물을 분무, 점적, 혹은 펄스 출사하기 위한 노즐(125)을 구비하고 있다. 용기 내벽 주위에는 초음파 진동자(126), 용기저부에는 가성소다 수용액의 추출밸브(127)와 기름 발취 밸브(128)가 구비되어 있다. 한층 더, 유층중의 금속 나트륨을 하층의 물층에 밀어 내리기 위한 제어봉(129)이 장비되어 있다. 이 반응 용기내에서 반응에 영향을 미치는 나트륨, 물, 가성소다, 수소의 밀도는, 수소(0.09), 경유(0.8), 금속 나트륨(0.97), 수(1.0), 가성소다(2.13)이다. 따라서, 용기내의 물질은 비중의 순위에, 가장 무겁게 용기의 하층에 모이는 것이 가성소다, 그 위에 물, 그 위에 나트륨, 계속해서 경유가 뜨고, 최후에 가장 가벼운 기체인 수소가 나란히 선다. 이것들의 성질을 고려하면, 비교적 경유의 양을 많게 하면, 가성소다 수용액 위에 물의 층을 할 수 있고, 그 위에 경유층. 그리고 경유 속에 금속 나트륨이 물과는 접촉하지 않고 안전하게 기름 속에 뜨고 있게 되고, 그 경유층 위에 생성한 수소 가스가 쌓인다. 이렇게 약간의 비중의 차이를 이용하면 화학반응을 제어하는 것이 용이해진다. 반응 용기(118)에 금속 나트륨(54)과 경유(130)를 넣는다. 이것에 위쪽의 노즐(125)로부터 물(131)을 쏟으면, 경유(130)를 통과한 맹물(37)의 일부가 금속 나트륨(54)에 접촉하고, 반응해 수소 가스(56)가 생성하고, 경유(130)를 통과해서 상승하고, 수소 가스 추출구(123)로부터 반응계 외에 추출되어 회수된다. 다른쪽의 반응성 생물가성소다(46)는 용기의 저부에 가라앉고, 추출 밸브(127)로부터 반응계 외로 회수된다. 이 물과 금속 나트륨의 반응량을 제어하기 위해서, 완만한 반응의 경우에는 노즐(125)로부터 나오는 물을 분무 모양으로 하고, 물방울로서 낙하시키면 한층 더 반응은 심하게 되고, 물에 압력을 가해서 분사하거나, 펄스 모양으로 분사하면, 한층 격렬하게 반응한다. 그러나, 어느쪽의 경우도 투입된 물이 모두 반응하지 않으므로, 물층(131)과 경유층(130)을 초음파 진동자(126)로 교반해서 기름과 물의 혼액을 금속 나트륨에 접촉시키고, 물과 금속 나트륨의 반응을 활발화시킨다. 한층 더, 물과 직접 반응을 일으키게 하기 위해서는, 유층중에 떠오르는 금속 나트륨(54)을 상부로부터 제어봉(129)으로 밀어 내리고, 유층(130) 아래의 물층(37)과 직접 반응시킬 수도 있다. 유류가 없는 상태에서 반응시키면, 가장 심한 반응을 기대할 수 있지만, 그것을 위해서는, 금속 나트륨을 습기로부터 보호하기 위해서 건조한 아르곤이나 질소등의 불활성가스 혹은 수소 가스 등을 가스 봉입구(124)로부터 봉입함과 동시에, 반응 용기(118) 내부의 경유등의 유층(130)을 기름 발취 밸브(128)에서 배제한다. 이 상태하에서, 금속 나트륨(54)에 노즐(125)로부터 분무, 점적 혹은 펄스 모양으로 물을 쏟고, 반응 용기의 천정부의 수소 가스 추출구(123)로부터 수소 가스(56)를 회수하고, 용기저부의 가성소다 수용액의 추출 밸브(127)로부터는 가성소다(46)를 회수한다. 혹은 반응 용기에 맹물(37)을 채운 상태에서, 금속 나트륨(54)을 투입할 수도 있다. 또 용기 외주에는 냉각 재킷을 구비하고, 반응열에 의한 온도상승이 심 할 경우에는 냉각수 입출구(15, 16)로부터 냉각수를 순환시킨다. 이 반응열을 이용해서 도 20에 나타나 있는 바와 같이, 수증기발전에 이용할 수 있다. 금속 나트륨(54)에 공급되는 물(37)의 양이 적을 때, 즉, 기름을 배출해 떠난 후, 금속 나트륨에 용기상부의 물 분출 노즐(125)로부터 물이 주입되었을 경우, 반응열에 의해 고온이 발생하고, 여기에서 생성한 수소의 발화점 이상(500℃)에 도달한다. 특히, 반응계에 가스 봉입구(124)로부터 산소를 투입하면 수소는 연소해 고온을 발생한다. 이 열을 이용하기 위해서, 냉각 재킷(118)에 1차 냉각제로서의 열매(11)를 열매출구(16)와 열매입구(15)에서 순환시켜, 그 순환계 중에 도시하지 않았지만, 2차 냉각수로서의 물을 비등시켜서 수증기 터빈을 돌리고, 발전에 제공할 수 있다. 다른쪽 금속 나트륨에 공급되는 수량 쪽이 많을 경우, 도 21에 나타나 있는 바와 같이, 유층(130) 중에 뜨는 금속 나트륨(54)을 상부로부터 제어봉(129)으로 밀어 내리고, 유층 아래의 대량의 물(37)과 금속 나트륨(54)을 반응시켰을 때는, 물의 열용량이 크기 때문에, 온도는 그다지 상승하지 않고, 안정적으로 수소발생을 행할 수 있다. 물론, 수중에서는 산소의 공급도 없기 때문에 수소는 불타지 않는다.

도 19는 괘류용 온천수를 이용한 야채공장의 난방 시스템도다. 고온온천수로서의 1차 열수(131)가 흐르는 온수로 또는 온수용기(132)의 주위에 2차 열수(133)로서의 온수가 순환하는 금속성 파이프(134)를 들르게 해, 순환 펌프(19)에 의해 2차 열수(133)를 열대 혹은 아열대 야채공장에 있어서의 토양(135)이나 식물재배 하우스(136)안의 재배 온도를 상승하기 위한 난방용에 제공하고, 온수용기(132)로부터의 온도가 떨어진 배탕(排湯)(137)에서 괘류 온천수로서 사용한다. 특히, 토 양(135)의 온도와 재배 하우스(136)의 온도는, 식물의 발아기, 생육기 혹은 수확기에 따라 각각의 2차 열수(133)의 온도를 컴퓨터 제어하고, 한냉지나 폭설지 혹은 고지 등의 온천지에 있어서도 온천수를 유효하게 이용해서 아스파라가스나 사탕 수수 혹은 옥수수 등을 재배한다. 또 온수용기(132)의 주위에는 열전자 발전소자(10)를 구비하고, 그 배면을 강물이나 설해수 등의 냉수(14)를 흘리고, 온도차발전을 행하고, 재배 하우스(136)의 광합성용 조명에 이용한다. 특히, 토양에는 식물생육을 위해 물이나 비료가 주어지기 위해서, 부식성이 있는 금속 파이프(133)는 피하고, 토양(135) 부분에는 염화비닐 등의 플라스틱제 파이프(138)를 이용하면 좋다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 해양의 조류나 풍력 또는 육상의 풍력 혹은 태양광 등의 자연에너지로부터 대전력을 효과적으로 생산하고, 해수 채취 현장 암염이나 염호의 식염 채취 현장에서 금속 나트륨을 제조하거나, 해수 채취 현장에서 맹물, 나트륨, 마그네슘, 칼슘, 칼륨, 가성소다, 염소, 염산, 황산, 수소, 산소등을 제조하고, 동시에 해안에 쌓은 맥아나 톱밥 등을 발효시켜 심층수 맥주나 바이오 에탄올을 양조하고, 이 알코올발효로 발생한 이산화탄소를 광합성에 사용해 야채를 재배하고, 이 광합성에서 발생한 산소는 활어조나 어초에 공급해서 물고기를 양식하고, 또한, 산소농도가 저하한 해수에 되돌리는 것에 의해 적조발생의 억제에 사용하는 등, 환경 문제를 우선시키고, 또한, 생산품의 저장·수송시의 에너지 손실을 저감할 수 있는 것은 물론, 시스템 전체의 에너지 효율의 향상도 꾀할 수 있다. 따라서, 본 발명은, 자원의 해외 의존도가 높은 나라의 산업을 활성화하는데에 만족하여 멈추지 않고 세계의 에너지 경제를 활성화하는 뛰어난 효과가 얻어진다.

본 발명에 의하면, 해수 채취 현장에서 해상의 풍력이나 조류등으로 얻어진 전력을 효과적으로 사용하고, 맹물, 나트륨, 마그네슘, 칼슘, 칼륨, 가성소다, 염소, 염산, 황산, 수소, 산소등을 제조하고, 동시에 해안에 쌓은 맥아나 톱밥 등을 발효시켜 심층수 맥주나 바이오 에탄올을 양조하고, 이 알코올발효로 발생한 이산화탄소를 광합성에 사용해서 야채를 재배하고, 이 광합성에서 발생한 산소는 활어조나 어초에 공급해서 물고기를 양식하고, 또한, 산소농도가 저하한 해수에 되돌리는 것에 의해 적조발생의 억제에 사용하는 등, 각 부문에서 생산품을 각각이 융합해서 그 상호작용을 효과적으로 이용하는 통합 생산 공장이 제공된다. 본 발명의 통합 공장은, 이들 모두의 생산을 행하는 해상공장·화물선으로서, 혹은 현장에 머물러서 생산을 계속하는 모선으로서 혹은 연안이나 해안에 인접한 육지의 공장으로서 제공된다. 그리고, 본 발명의 통합 공장은, 암염이나 염호의 식염과 그 채취 현장에 인접한 풍력발전, 혹은 해상이나 육상의 풍력발전 등의 전력에 의해 금속 나트륨을 제조하고, 생산·저장·수송시에 있어서의 에너지 손실을 저감하고, 또한, 시스템 전체의 효율을 향상시킬 수 있다. 이 온 사이트 통합 생산 공장은, 자원의 세계적 고갈과 자원고를 해소하는데에 머물지 않고, 무진장 깨끗하고 재생가능한 해양자원을 화석 연료를 사용하지 않고 경제적으로 제조할 수 있고, 대단한 산업상의 이용 가능성을 가진다.

Claims

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해수, 염호수 혹은 암염으로 이루어진 원료로부터 맹물, 나트륨, 마그네슘, 칼슘, 가성소다, 염소, 염산, 황산, 수소 및 산소 중 적어도 하나를 생산 산출하는 수단을 구비하는 전해 공장;

상기 전해 공장에서 생산 취득되는 맹물, 황산 또는 가성소다를 사용하여 셀룰로스재 또는 곡물을 발효시키는 수단을 포함하여, 연료용 바이오에탄올, 알코올 음료, 및 수산 또는 수산 소다 중 적어도 하나를 생산 산출하는 수단을 구비하는 에탄올 공장,

상기 에탄올 공장에서 생산 취득되는 상기 수산 또는 수산 소다를 상기 전해 공장에 있어서 해수 중의 탈칼슘제로서 사용하고, 상기 셀룰로스재 또는 곡물을 발효시키는 동안 이산화탄소를 발생 산출하는 수단;

상기 에탄올 공장의 발효공정으로 발생한 상기 이산화탄소, 상기 전해 공장에서 제조한 맹물 및 태양광이나 인공광을 취득 사용하고, 산소를 발생 산출하는 광합성에 의해 야채를 생산하는 수단을 구비하는 야채 공장;

상기 야채 공장으로부터 취득한 산소를 해중에 도입해서 해수의 산소농도 보충과 적조발생의 억제에 제공하거나 상기 전해 공장에서 양수한 심층수에 산소를 보충한 해수를 해중에 방류하는 수단을 구비하여 어류를 생육시키는 방법으로 이루어진 양식장 또는 어초를 구비하는 양식 공장; 및

상기 전해 공장, 에탄올 공장, 야채 공장 또는 양식 공장 중 적어도 하나에 공급될 에너지를 발생하기 위한 자연에너지를 이용하는 방법으로 이루어진 발전부로 구성되는, 온 사이트 통합 생산 공장.
제 10 항에 있어서, 상기 발전부는,

내관과 외관을 갖는 2 또는 3줄 관구조;

그 내외관 중관에 배치된 반도체 열전자 발전소자로 구성되는 온도차 발전 장치를 구비하고,

상기 온도차 발전 장치는, 태양열 온수기를 순환하는 온수, 열매(熱媒)로서의 석유제품, 방향족 화합물, 융해염, 이융금속, 실리콘 오일, 황산 및 기름에 의한 고온 액체, 전해 공장의 열배수 및 해저온천, 해안온천 및 화산성 온천 중 어느 하나의 온수 순환 액체 중 어느 하나의 상기 내관 온수를 순환하는 수단과 양수한 심층수, 해양표층수 및 하천수 중 어느 하나의 상기 외관 냉수를 순환하는 수단을 구비함으로써 에너지를 생산 출력하는 온도차 발전 장치를 구비하고,

상기 온수를 순환하는 수단은, 집광수단으로 태양광을 모아 가열되도록 설치한 집열 파이프; 및

태양광을 분파하여 상기 야채 공장의 광합성용의 빛으로서 공급하는 콜드 필터나 밴드패스 필터를 포함하며,

상기 야채 공장은, 한냉지 농장실을 냉각하도록 온도차 발전 장치에 제공된 해수를 취득 사용하는 수단과 상기 취득한 해수를 상기 심층수를 수송하는 수단에 의해 한쪽은 담수를 출력하여 맥주 또는 술을 제조하는 원료로서 담수를 사용하는 수단을 구비하는 상기 에탄올 공장에서 취득하도록 전해 공장에서 담수화하고 다른쪽은 상기 양식 공장의 양식장을 형성하도록 한류 어패류용 활어조 또는 해양의 표층수에 그대로 방류하는 2계통으로 나누는 수단을 구비하는, 온 사이트 통합 생산 공장.
제 10 항에 있어서,

알코올 발효로 이산화탄소를 발생 출력하는 수단; 및

상기 에탄올 공장에서 수산 또는 수산 소다를 생산 출력하기 위하여, 코우킹을 적열하는 수단과 가성소다를 사용하여 일산화탄소를 흡수하는 수단을 포함하여, 일산화탄소를 발생 출력하는 수단을 포함하고,

상기 전해 공장은, 상기 수산 또는 수산 소다를 취득 사용하여 여액을 제조하기 위한 수산 칼슘을 침전하는 수단, 역침투막 또는 히터에 의해 상기 여액을 취득 농축하여 황산을 제조하는 수단, 상기 수산 칼슘에 염산을 쏟음으로써 상기 수산 칼슘을 취득 침전하여 상기 수산에 의해 염화 칼슘을 제조하는 수단 및 금속 칼슘 제조를 위한 용융염 전기분해용 원료 또는 금속 나트륨 제조를 위한 용융염 전기분해용 촉매로서 상기 염화 칼슘을 취득 사용하는 수단을 구비하는, 온 사이트 통합 생산 공장.
제 10 항에 있어서,

상기 야채 공장에서 산소 토출 파이프에 의해 생산되는 상기 산소를 해중에 배출 및 제공하는 수단을 구비하는, 온 사이트 통합 생산 공장.
제 10 항에 있어서,

상기 전해 공장에서 제조된 금속 나트륨을 취득하고 물과 반응시켜 수소를 제조하는 수단을 구비하는 수소제조 장치를 구비하는, 온 사이트 통합 생산 공장.
제 14 항에 있어서,

상기 수소제조 장치는, 반응 용기의 상부에는 유층 및 물층을 형성하는 경유나 유류에 에워싸진 금속 나트륨의 투입구, 수소 추출구, 물을 분무 혹은 정적 혹은 펄스 출사하기 위한 노즐과 수도꼭지, 반응 용기의 주위에는 초음파 진동자, 반응 용기의 저부에는 가성소다 수용액의 추출 밸브, 유층 중의 금속 나트륨을 하층의 물층에 밀어 내리기 위한 제어봉, 반응 용기의 상부에는 가스 봉입구와 수소 추출구, 반응 용기의 외주에는 재킷을 구비하는 반응 용기로 이루어지는, 온 사이트 통합 생산 공장.
제 11 항에 있어서,

집열 파이프 속을 순환하는 열매를, 상기 전해 공장에 설치된 용융염 전해 공장의 용융염을 가열하는 열 공급 보조로서 사용하는, 온 사이트 통합 생산 공장.
제 11 항에 있어서,

고온 온천수가 흐르는 온수로 또는 온수용기의 주위에 2차 열수를 순환시키고, 상기 2차 열수를 상기 야채 공장에 있어서의 토양 또는 재배 온도를 상승시키고 열대 또는 아열대 식물을 재배하며 실내 난방을 위해 제공하는 수단을 갖는 금속성 파이프를 더 구비하는, 온 사이트 통합 생산 공장.
제 10 항에 있어서,

상기 전해 공장, 상기 에탄올 공장, 상기 야채 공장 또는 상기 양식 공장은 복동, 단동 또는 메가플로트로 이루어진 부체선 또는 부유선, 연안구조물 또는 육지의 구조물에 설치되는, 온 사이트 통합 생산 공장.
제 10 항에 있어서,

상기 발전부는, 상기 에너지를 생산하기 위하여 풍력, 수력, 조력, 태양광, 태양열 또는 지열 중 어느 하나의 자연 에너지를 이용하는, 온 사이트 통합 생산 공장.
양수 펌프를 이용하여 해수를 전해 공장에 퍼올리는 단계;

고압력 하의 상기 해수가 역침투막을 통과하고, 관수액으로부터 맹물이 분리되는 단계;

통합 생산 공장의 에탄올 공장으로부터 공급되는 수산 나트륨 또는 수산을 상기 관수액에 첨가하여 수산 칼슘을 침전하는 단계;

상기 관수액에서 상기 수산 칼슘을 필터링하여 제1여액을 생산하고, 상기 수산 나트륨 또는 수산이 염산에 의해 수산 칼슘에서 회수되는 단계;

상기 전해 공장에서 생산된 가성 소다를 상기 제1여액에 첨가하여 수산화 마그네슘을 생산하고, 상기 수산화 마그네슘을 염산과 더 반응시키고 용융염 전기분해를 행하여 금속 마그네슘 및 염화물을 생산하는 단계;

상기 제1여액에서 상기 수산화 마그네슘을 필터링하여 제2여액을 생산하는 단계;

염산으로 상기 제2여액을 중화하는 단계;

상기 중화된 제2여액을 이온교환 수지 전기투석에 의해 투과 및 분리하여 상기 제2여액에서 황산을 분리하는 단계;

용융염 전기분해에 의해 상기 제2여액을 처리하여 금속 나트륨, 수산화 나트륨, 산소, 염소 및 수소를 생산하는 단계로 이루어지는, 생산 공장을 통합하는 방법.
제 20 항에 있어서, 상기 에탄올 공장에 있어서는,

해양 심층수를 역침투막으로 공정하여 담수화한 해양 심층수를 생산하는 단계;

상기 담수화한 해양 심층수를 곡물 및 효모와 혼합하여 혼합물을 생산하고, 상기 효모는 상기 곡물을 당으로 변화시키는 단계;

상기 당을 갖는 상기 혼합물을 알코올 분해 효소 티마이제에 의해 발효시켜 맥주 또는 술을 생산하고, 상기 발효의 부산물로서 이산화탄소가 발생하는 단계;

상기 발생한 이산화탄소를 야채 공장의 식물 및 야채의 광합성에 제공하여 산소를 발생시키는 단계로 이루어지는, 생산 공장을 통합하는 방법.
제 21 항에 있어서,

상기 야채 공장의 상기 산소를 양식장의 어패류를 생육하는데 사용되는 해수에 첨가해서 산소농도 보충과 적조발생의 억제에 제공하는 단계를 더 포함하는, 생산 공장을 통합하는 방법.
제 20 항에 있어서,

상기 염소 및 수소가 반응하여 염산을 제조하는 단계를 더 포함하는, 생산 공장을 통합하는 방법.
제 20 항에 있어서,

맹물, 황산 또는 가성 소다 중 어느 하나를 에탄올 공장에 첨가해서 연료용 바이오에탄올 또는 알코올 음료 중 어느 하나를 생산하는 단계를 더 포함하는, 생산 공장을 통합하는 방법.
제 21 항에 있어서,

상기 전해 공장에서 생산한 황산으로 목질 바이오매스를 처리하여 상기 목질 바이오매스에 있어서 셀룰로스재를 가용화하는 단계;

상기 가용화된 셀룰로스재를 당으로 분해하는 단계;

상기 담수화한 해양 심층수와 상기 처리된 목질 바이오매스를 화합시켜 혼합물을 제조하는 단계;

상기 혼합물의 상기 당을 효모의 알코올 분해 효소로 발효시켜 바이오에탄올을 생산하고, 또한 상기 발효에 의해 이산화탄소가 생산되는 단계;

상기 바이오에탄올을 증류 탈수 공정에 의해 증류하여 상기 황산을 회수하는 단계를 더 포함하는, 생산 공장을 통합하는 방법.
제 20 항에 있어서,

상기 금속 나트륨을 수소발전소에 운반하고, 상기 금속 나트륨에 맹물을 첨가하여 수소 가스 및 가성 소다를 생산하고, 생산된 상기 수소 가스를 연소해서 발전을 행하고, 상기 가성 소다를 용융염 전기분해 행하고, 금속 나트륨을 재생산해서 수소발전소에 운반하는, 생산 공장을 통합하는 방법.
제 20 항에 있어서,

상기 황산이 역침투막 또는 증류로 농축되어 진한 황산을 생산하는, 생산 공장을 통합하는 방법.