KR101443236B1 - 연소 장치용 가스를 공급하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 양상에 따라 연소 장치용 가스를 공급하기 위한 식물 재배 시설이 개시된다. 상기 식물 재배 시설은, 이산화탄소가 포함된 가스를 공급받는 가스 공급관; 상기 가스 공급관으로부터 공급받은 가스를 이용하여 광합성 작용을 통해 산소 가스를 배출하는 식물들이 배치된 식물군락(plant community); 상기 식물군락으로부터 배출된 산소 가스를 포집하는 산소 포집 장치; 및 상기 산소 포집 장치에 의해 포집된 산소 가스를 연소 장치로 이송하는 산소 배기 장치를 포함할 수 있다.

Description

연소 장치용 가스를 공급하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR SUPPLYING GAS FOR COMBUSTION APPARATUS}
본 발명은 친환경 산업에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 연소 장치용 가스를 공급하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
오늘날 인구증가와 생활패턴의 변화로 인류의 에너지(주로 화석 에너지) 소비량은 비약적으로 증가하고 있는 추세이다. 특히, 산업혁명 이후 연소장치(예컨대, 화력발전소 등)에 의한 화석에너지의 연소에 따라 대기중의 온실가스의 농도가 크게 상승하게 되었고, 이것이 지구온난화 등과 같은 심각한 지구환경문제를 야기시키는 중요한 원인이 되고 있다.
보다 구체적으로, 지구의 평균 온도가 1900년 이후 60년간은 0.14 ℃ 상승하는데 그쳤으나, 1960년 이후 45년간은 0.6 ℃나 상승하였다고 보고된다. 이러한 기후변화로 인해 현재 지구촌 곳곳에서 다양한 기상이변이 발생하고 있으며 지난 50년간 전 세계에서 삶의 터전을 잃은 환경난민도 1억 명을 상회하고 있다. 한국 또한 1980년대 후반 이후 태풍, 집중호우 등의 빈도가 증가하면서 온실효과로 인한 기상재해가 빈번히 발생하고 있는 실정이다. 기상재해에 따른 경제적 피해 규모만 보더라도 1960년대의 연평균 1천억원 대에서 1990년대에는 6천억원 대, 2000년 이후 2조 7천억원으로 급증하는 추세이다.
이러한 기후변화의 주원인은 바로 온실가스의 증가 때문이다.
효과적으로 온실가스의 배출을 저감하기 위해서는 온실가스의 배출량을 먼저 검토해 볼 필요가 있다. 범지구적 온실가스 배출량의 구성을 검토해보면, CO2 (72%), CH4 (18%) 및 N2O (9%)의 구성을 보여주고 있다.
전술한 바와 같이 온실가스의 주된 구성으로 지목되고 있는 이산화탄소(CO2)는 각종 기상(LNG, LPG 등), 액상(휘발유, 경유 등) 및 고상(석탄 등)의 화석연료를 연소시킬 때 주로 발생하게 된다. 현재 인류가 사용하는 열 및 동력원의 90% 정도를 이와 같은 화석연료를 이용한 연소 장치의 연소로부터 얻고 있음을 감안할 때, 이산화탄소 발생에 미치는 화석연료 연소(즉, 연소 장치에 의한 연소)의 영향은 매우 크다고 할 수 있다. 즉, 연소 장치는 온실가스의 주요 구성요소인 CO2의 최대 배출원이며, 이러한 연소 장치에서 배출되는 이산화탄소는 석탄, 경유(또는 BC유) 및 천연가스를 연료로 사용하는 화력발전소 등과 같은 전력 분야에서 대부분 배출되고 있다. 따라서, 연소 장치를 사용하는 분야(예컨대, 전력 분야)에서의 이산화탄소 배출저감은 국가적인 차원에서 초점이 맞추어질 것으로 전망된다. 세계적인 규모에서 이산화탄소 배출량의 규제 등 여러 가지 방법이 검토되고 있지만, 특별한 조치를 취하지 않는다면 현재의 수준을 유지 하기는 매우 어려운 실정이다.
또한, 연소 장치(예컨대, 화력발전소 등)는 배기가스, 온배수 및/또는 송전설비 등으로 인해 주변 환경을 오염시킬 수도 있다. 따라서, 이러한 연소장치를 포함한 시설물(들)의 설치 및 배치하기 위해서는 해당 지역의 주민들로부터의 반발을 해결해야하기 때문에, 연소장치를 포함한 시설물(들)의 설치 및 배치 위치를 선정하는데 어려움 또한 존재할 수 있다.
따라서, 적극적인 방법으로 연소 장치에서 배출되는 이산화탄소를 회수, 고정 및 재활용하는 방법과 연소 장치를 설치하는데 있어서 해당 지역의 주민들로부터의 반발을 효과적으로 해결하기 위한 방법이 당업계에서 요구된다.
현재 공업화학적인 방법을 중심으로 이산화탄소 고정에 대한 연구가 추진되고 있다. 이러한 공업화학적인 방법의 일례로, 연소를 위한 산화제로 순수산소(pure oxygen)를 이용하는 순산소 연소(oxyfuel combustion) 방식이 대두되고 있다. 순산소 연소 방식이란 공기 중에서 분리된 고농도의 산소를 연소시키는 기술을 의미한다. 순산소 연소 방식을 이용하는 경우, 향상된 연소 효율을 달성할 수 있으며, 그리고 연소배기가스에 이산화탄소와 물만 존재하게되므로 물을 응축시킴으로써 손쉽게 이산화탄소를 추출해낼 수 있다.
하지만, 이러한 순산소 연소 방식을 구현하기 위해서는 산소만을 추출/분리(air separation)해내는 비용이 크게 소요되기 때문에, 산소 분리 장치(ASU:Air Separation Unit)를 별도로 제조하는데 있어서의 비용적인 부담이 발생될 수 있다. 게다가, 현재의 산소 분리 장치는 에너지를 많이 소모한다는 단점 또한 존재한다.
본 발명은 전술한 내용을 감안하여 안출된 것으로, 친환경적인 연소 방식을 구현하기 위한 연소 시스템을 제공하기 위함이다.
또한, 본 발명은, 에너지 효율적인 연소 방식을 구현하기 위한 연소 시스템을 제공하기 위함이다.
나아가, 본 발명은, 연소 장치에서 배출되는 배기가스를 효율적으로 이용하기 위함이다.
더불어, 본 발명은, 식물 재배 시설에서 배출되는 산소를 효율적으로 이용하기 위함이다.
전술한 바와 같은 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 재배 시설이 개시된다. 상기 식물 재배 시설은, 이산화탄소가 포함된 가스를 공급받는 가스 공급관, 상기 가스 공급관으로부터 공급받은 가스를 이용하여 광합성 작용을 통해 산소 가스를 배출하는 식물들이 배치된 식물군락(plant community), 상기 식물군락으로부터 배출된 산소 가스를 포집하는 산소 포집 장치, 및 상기 산소 포집 장치에 의해 포집된 산소 가스를 연소 장치로 이송하는 산소 배기 장치를 포함할 수 있다.
더불어, 본 발명의 일 실시예에 따라, 연소 장치용 가스를 공급하기 위한 방법이 개시된다. 상기 방법은, 이산화탄소가 포함된 가스를 공급받는 단계, 상기 공급받은 가스를 이용하여 광합성 작용을 통해 산소 가스를 배출하는 식물들이 배치된 식물군락으로부터 배출된 산소 가스를 포집하는 단계, 및 상기 포집된 산소 가스를 연소 장치로 이송하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소 장치용 가스를 공급하기 위한 식물 재배 시설을 통해, 친환경적인 연소 방식을 구현하기 위한 연소 시스템을 제공할 수 있다. 즉, 본 발명은, 화력발전소와 같은 연소 장치의 배기가스를 수용할 수 있는 식물 재배 시설을 통해, 연소 장치를 포함한 화력발전소 등이 위치한 거주 환경에서의 환경악화를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명은, 에너지 효율적인 연소 방식을 구현하기 위한 연소 시스템을 제공할 수 있다.
나아가, 본 발명은, 연소 장치에서 배출되는 배기가스를 효율적으로 이용할 수 있다. 즉, 본 발명은, 이산화탄소를 공업화학적인 방법이 아닌 친환경적인 생물학적 방법을 통해 고정하기 때문에, 이산화탄소의 회수 및 저장에 대한 비용의 부담을 해소할 수 있으며 구체적이고 효과적인 이산화탄소의 배출을 저감시킬 수 있다.
더불어, 본 발명은, 식물 재배 시설에서 배출되는 산소를 효율적으로 이용할 수 있다.
도 1은 기존의 순산소 연소 장치를 개략적으로 도시한다.
도 2는 기존의 순산소 연소 공정에 대한 개념도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 재배 시설을 포함하는 순산소 연소 시스템을 도시한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 식물 재배 시설을 포함하는 순산소 연소 시스템의 개념도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 재배 시설의 컴포넌트들과 순산소 연소 장치를 포함하는 순산소 연소 시스템을 도시한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따라 식물 재배 시설에 의한 연소 장치용 가스를 공급하기 위한 방법을 도시한다.
다양한 실시예들 및/또는 양상들이 이제 도면들을 참조하여 개시된다. 하기 설명에서는 설명을 목적으로, 하나 이상의 양상들의 전반적 이해를 돕기 위해 다수의 구체적인 세부사항들이 개시된다. 그러나, 이러한 양상(들)은 이러한 구체적인 세부사항들 없이도 실행될 수 있다는 점 또한 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 인식될 수 있을 것이다. 이후의 기재 및 첨부된 도면들은 하나 이상의 양상들의 특정한 예시적인 양상들을 상세하게 기술한다. 하지만, 이러한 양상들은 예시적인 것이고 다양한 양상들의 원리들에서의 다양한 방법들 중 일부가 이용될 수 있으며, 기술되는 설명들은 그러한 양상들 및 그들의 균등물들을 모두 포함하고자 하는 의도이다.
또한, 다양한 양상들 및 특징들이 다수의 장치들, 컴포넌트들 및/또는 모듈들 등을 포함할 수 있는 시스템에 의하여 제시될 것이다. 다양한 시스템들이, 추가적인 장치들, 컴포넌트들 및/또는 모듈들 등을 포함할 수 있다는 점 그리고/또는 도면들과 관련하여 논의된 장치들, 컴포넌트들, 모듈들 등 전부를 포함하지 않을 수도 있다는 점 또한 이해되고 인식되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "양상", "예시" 등은 기술되는 임의의 양상 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되지 않을 수도 있다.
더불어, 용어 "또는"은 배타적 "또는"이 아니라 내포적 "또는"을 의미하는 것으로 의도된다. 즉, 달리 특정되지 않거나 문맥상 명확하지 않은 경우에, "X는 A 또는 B를 이용한다"는 자연적인 내포적 치환 중 하나를 의미하는 것으로 의도된다. 즉, X가 A를 이용하거나; X가 B를 이용하거나; 또는 X가 A 및 B 모두를 이용하는 경우, "X는 A 또는 B를 이용한다"가 이들 경우들 어느 것으로도 적용될 수 있다. 또한, 본 명세서에 사용된 "및/또는"이라는 용어는 열거된 관련 아이템들 중 하나 이상의 아이템의 가능한 모든 조합을 지칭하고 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
또한, "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 해당 특징 및/또는 구성요소가 존재함을 의미하지만, 하나 이상의 다른 특징, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 달리 특정되지 않거나 단수 형태를 지시하는 것으로 문맥상 명확하지 않은 경우에, 본 명세서와 청구범위에서 단수는 일반적으로 "하나 또는 그 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 추가적으로, 본 발며의 일 양상에서, 연소 장치 및 연소 설비는 서로 호환가능하게 사용될 수도 있다.
도 1을 참조하면, 기존의 순산소 연소 장치(110)가 도시된다.
본 명세서에서의 연소 장치는 화력발전소, 소각로, 제철소, 보일러 및/또는 버너 등과 같이 특정한 연료들을 연소시키기 위한 다양한 타입의 장치를 의미할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어 "연소 장치"와 "순산소 연소 장치"는 종종 상호 호환가능하게 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 양상에 따른 연소 장치는, 산업용, 가정용, 고정식, 이동식, 소형 또는 대형 등의 다양한 타입의 연소 장치를 포함할 수 있다는 점은 당해 출원 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
최근 에너지 관련 연구 및 개발은 수소연료전지, 풍력, 태양광 발전 등의 신재생에너지 분야가 가장 각광을 받고 있다. 신재생에너지의 활발한 연구 및 개발은 기존의 화석에너지에 따른 자원 고갈이나 환경오염 등의 필연적인 문제들을 해결할 수 있기 때문이다. 그러나, 이러한 신재생에너지 대부분이 기존의 화석연료를 대체하기에는 여전히 해결해야 할 기술적 또는 경제적 문제들이 산적해 있다. 따라서, 기존의 화석연료를 사용하면서 지구 온난화를 유발하는 주범으로 인식되고 있는 이산화탄소를 줄이는 기술과 관련하여 많은 기술개발이 진행되고 있다.
이와 관련하여, 순산소 연소기술은, 공기 중의 질소 및 다른 성분을 제거하지 않고 연소 장치에 주입하는 기존의 공기연소 방식과 상이하게, 공기 중에 약 80%를 점하는 질소분을 제거한 순산소를 기존의 연소용 공기 대신 주입하여 연소시킨 후 이산화탄소의 포집을 용이하게 할 수 있다.
즉, 순산소 연소는 석탄화력 발전설비 등에서의 산화제를 공기 대신에 순도 95% 이상의 고농도 산소를 이용하여 미분탄(powdered coal) 등과 같은 연료를 연소시켜 열을 발생시킨다.
따라서, 도 1에서 도시되는 바와 같이, 기존의 순산소 연소 장치(110)는 산소 분리 장치(ASU)(120)를 필요로 한다. 산소 분리 장치(120)에 의해 공기 중에서의 질소와 산소를 분리하여 고순도의 산소를 추출해 낼 수 있다. 추출된 고순도의 산소는 연료(예컨대, 석탄)와 함께 순산소 연소 장치(110)로 인입되어 순산소 연소 장치(110)에 의해 연소될 수 있다.
도 1에서 도시되는 바와 같이, 순산소 연소 장치(110)에 의해 배출되는 배출물들은 이산화탄소와 물(수증기)을 포함할 수 있다. 즉, 순산소 연소를 통해서 발생되는 배기가스의 대부분은 이산화탄소와 수증기로 구성될 수 있다. 따라서, 발생된 배기가스에서 수증기를 응축시키는 경우, 대부분의 이산화탄소를 포집/회수할 수 있다.
전술한 바와 같이, 순산소 연소 장치(110)는, 산화제로 고순도의 산소를 이용하기 때문에 연소 현상에 직접적으로 관여하지 않으면서도 공기 성분의 대략적으로 80% 정도를 차지하는 질소에 의한 현열 손실을 현저하게 줄일 수 있다. 나아가, 이러한 순산소 연소 장치(110)는 배기가스의 현열을 연소 이전에 산소를 고온으로 예열하는 방법으로 회수하여 에너지를 추가적으로 절감할 수 있다. 또한, 이론적으로는 순산소 연소 장치(110)에서는 이산화탄소와 물(수증기)만이 배기가스 중에 포함되어 있으므로, 이산화탄소를 효율적으로 회수함에 따라 이산화탄소의 회수 비용을 줄일 수도 있다. 추가적으로, 순산소 연소 장치(110)는 산소 연소에 의하여 연소시스템을 소형화할 수도 있으며, 나아가 열전달 효율을 극대화할 수도 있다. 게다가, 순산소 연소 장치(110)는 근본적으로 질소가 공급되지 않기 때문에 질산화물(NOx)의 배출을 현저하게 저감시킬 수 있다.
도 2는 기존의 순산소 연소 공정에 대한 개념도를 도시한다.
도 2에서 도시되는 바와 같이, 기존의 순산소 연소 공정은, 산소 분리 장치(ASU)(120), (순산소) 연소 장치(Combustor)(110) 및 정제 장치(Purification Apparatus)(130)를 이용한 동작들로 이루어질 수 있다.
다시 말하면, 순산소 발전 플랜트는 크게 산소 분리 장치(120), 순산소 연소 장치(110), 이산화탄소 정제(및 압축) 장치(130)로 구성될 수 있다. 산소 분리 장치를 통해 질소가 분리된 고순도의 산소가 연소 장치로 인입될 수 있다. 연소 장치 내부에서 연료 연소에 필요한 산화제로 고순도의 산소를 이용한다. 배기가스의 주요 조성은 물과 이산화탄소가 대부분이 될 수 있다.
정제 장치(130)는 배기가스에 포함된 물을 응축/제거시킴으로써 순도 높은 이산화탄소를 회수할 수 있다. 따라서, 회수된 이산화탄소를 저장시켜서 연소 장치의 이산화탄소의 배출이 최소화될 수 있다.
그러므로, 이러한 순산소 연소 공정을 통하여, 온실가스의 주요 인자인 이산화탄소를 따로 포집하여 저장/활용할 수 있다. 따라서, 기존의 화석연료를 사용하면서 지구 온난화를 유발하는 주범으로 인식되고 있는 이산화탄소를 효과적으로 저감할 수 있다.
또한, 순산소 연소 시에는 연소 장치(110)의 내부의 화염 온도가 일반적인 공기 연소 시에 비해 급격하게 올라가고 열 흡수량 역시 급격하게 늘어날 수 있다. 따라서, 도시되지는 않았지만, 순산소 연소의 경우 배기가스의 일부가 재순환되어 순산소와 혼합되어 산화제로 사용될 수도 있다. 즉, 순산소 연소의 경우, 기존의 산화제 중 하나인 질소가 이산화탄소와 수증기로 대체될 수 있다.
연소 장치(110) 내의 질소 성분이 이산화탄소로 대체되는 경우 질산화물(NOx)의 농도가 떨어지게 되고, 연소 장치(110) 내부의 탈질 또는 탈황 효율이 높아질 수 있다. 따라서, 기존의 탈질장치 및/또는 탈황장치 등을 최소화시킬 수도 있다.
하지만, 이러한 순산소 연소 방식을 구현하기 위해서는 산소만을 추출/분리해내는 비용이 크게 소요될 수 있다. 따라서, 산소 분리 장치(ASU)(120)를 별도로 제조하는데 있어서의 비용적인 부담이 발생될 수 있다. 게다가, 현재의 산소 분리 장치를 동작시키기 위해서는 다량의 에너지가 소모된다는 단점 또한 존재한다. 나아가, 순산소 연소 이후에 이산화탄소를 고정 및/또는 저장하기 위한 후처리 프로세스 또한 비용이 많이 소모된다는 단점이 존재한다.
따라서, 공기중의 산소를 분리하여 연소 장치로 공급해주는 산소 분리 장치(120)의 산소 분리(제조) 원가 등과 같은 경제성 문제로 인해, 종래의 순산소 연소 장치로 일반적인 연소 장치(또는 연소 설비)를 대체하기에는 부적절할 수가 있다.
그러므로, 보다 효율적이고 친환경적인 연소 방식을 구현하기 위한 시스템이 당업계에서 요구된다. 이러한 친환경적인 연소 방식을 구현하기 위한 노력의 일환으로서, 광합성 식물과 세균 등에 의한 이산화탄소를 효율적으로 고정하고 산소를 배출하기 위한 생물학적 방법을 강구해볼 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 재배 시설(310)을 포함하는 순산소 연소 시스템(300)을 도시한다.
식물(plant)은 태양에너지를 이용하여 이산화탄소를 고정하고 인간에게 유익한 각종 유용자원(예컨대, 식품, 의약품 및 화학원료 등)을 제공할 수 있는 효율적인 자원이다.
전술한 바와 같이, 과다하게 배출되는 이산화탄소의 대부분은 화석연료에서 유래한다. 이산화탄소를 식물에 흡수 및 고정시키려는 것은 가장 자연스럽고 환경친화적인 이산화탄소의 고정방법으로 고려해 볼 수 있다. 식물체에 고정되는 탄소는 식량과 연료는 물론 공업원료 및/또는 화학원료로서 재사용될 수도 있기 때문이다. 이러한 측면에서 식물은 대기중 이산화탄소의 고정은 물론 지구환경문제 해결에 대단히 중요한 역할을 담당할 것이다.
따라서, 이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따라, 식물을 이용함으로써 연소 장치의 배기가스를 처리하고 그리고 순산소 연소를 구현하는 기법에 대하여 설명하도록 한다.
도 3에서 도시되는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 순산소 연소 시스템(300)은 (순산소) 연소 장치(110)와 연결된 식물 재배 시설(310)을 포함할 수 있다.
도 3에 따른 순산소 연소 시스템(300)은 식물 재배 시설(310)에 의해 생성되어 포집된 산소를 이용할 수 있다. 따라서, 순산소 연소 시스템(300)은 도 1 및 도 2와 관련하여 전술한 바와 같은 산소 분리 장치(ASU)를 사용하지 않고서도 고순도의 산소를 포집할 수 있다.
도 3에서 도시되는 바와 같이, 식물 재배 시설(310)은 연소 장치(110)로부터 배출되는 배기가스를 공급받을 수 있다. 연소 장치(110)로부터 배출되는 배기가스는 이산화탄소를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 양상에서, 연소 장치(110) 자체의 탈황 및/또는 탈질 장치 등과 같은 정화 장치를 통해 배기가스 내에서의 질산화물 및/또는 황산화물의 대부분이 사전 필터링될 수도 있다. 본 발명의 일 양상에서, 연소 장치(110)의 순산소 연소 공정으로 인해, 식물 재배 시설(310)로 인입되는 배기가스 내의 중금속, 질산화물 및/또는 황산화물 등의 양이 저감될 수 있다.
본 발명의 일 양상에서, 식물 재배 시설(310)은 이산화탄소를 포함하는 배기가스를 연소 장치(110)로부터 공급받을 수 있다. 연소 장치(110)에 의해 배출되는 이산화탄소는 식물 재배 시설(310) 내에 배치된 식물군락에 의해 고정 및 활용될 수 있다. 즉, 식물 재배 시설(310) 내에 포함된 식물군락은, 연소 장치(110)로부터 공급받은 이산화탄소를 이용하여 광합성 작용을 수행할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 양상에 따르면, 도 1 및 도 2와 관련하여 전술한 바와 같은 이산화탄소의 고정 및/또는 저장을 위한 비용 소모적인 프로세스 없이도 이산화탄소가 고정 및/또는 활용될 수 있다.
일반적으로 식물군락의 식물체들은 탄수화물의 합성에 사용되는 탄소를 공기로부터 이산화탄소(CO2)의 형태로 획득한다. 대기 중에 있는 유효한 이산화탄소의 양은 공기의 전체 용적의 약 0.03% 로서 매우 낮기 때문에 광합성 작용이 신속하게 진행되면 대기 중의 이산화탄소의 농도가 제한요인이 될 수 있다.
따라서, 식물체의 급속한 생장을 위한 다른 환경조건(예컨대, 수분, 온도 및/또는 광도(lumunous intensity) 등)이 적당할 때 이산화탄소의 공급을 증가시키면 식물의 생장이 증가될 수 있다. 그러므로, 단시간 내에 대량의 작물을 재배하기 위해서는 광합성의 원료가 되는 이산화탄소 가스의 농도를 인위적으로 증가시키는 것이 필수적이다. 예를 들어, 온실, 플라스틱 하우스 및 온상 등의 시설에서는 보온관계로 오랫동안 환기를 하지 못하는 경우, 인위적으로 이산화탄소를 공급해줌으로써 수확량을 증가시킬 수 있게 된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 양상에 따라서, 이산화탄소를 인위적으로 공급하기 위한 방법의 일환으로, 연소 장치(110)로부터 배출되는 배기가스에서의 이산화탄소가 식물 재배 시설(310)로 공급될 수 있다. 본 발명의 일 양상에서, 연소 장치(110)의 배기가스가 배출되는 배출부와 식물 재배 시설(310)의 가스 공급 장치는 서로 연결될 수 있어서, 연소 장치(110)로부터의 배기가스의 적어도 일부분이 식물 재배 시설(310)로 이송될 수 있다. 본 발명의 일 양상에서, 연소 장치를 포함하는 화력발전소에서 사용되는 배기가스 배관이 그대로 식물 재배 시설의 가스배관(예컨대, 가스 유입 장치)으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 양상에서, 연소 장치(110)로부터의 배기가스는 식물 재배 시설(310)로 이송될 수 있어서, 연소 시스템(300)의 외부로 배출되는 배기가스의 양은 저감될 수 있다.
본 발명의 추가적인 양상에서, 연소 장치(110)로부터의 배기가스의 전부가 식물 재배 시설(310)로 이송될 수 있어서, 이러한 연소 시스템(300)의 외부로는 배기가스가 배출되지 않을 수도 있다.
도 3에서 도시되는 바와 같이, 본 발명의 일 양상에서, 연소 장치(110) 및 식물 재배 시설(310) 각각은 복수의 층(layer)들로 구성될 수도 있다. 이러한 경우, 연소 장치(110)에 의해 생성되는 배기가스는 연소 장치(110) 내의 복수의 층들을 통해 분할되어 배출될 수 있다. 또한, 식물 재배 시설(310) 내의 복수의 층들 각각은, 상기 연소 장치(110) 내의 복수의 층들을 통해 분할되어 배출되는 배기가스를 분할하여 수용할 수 있다. 본 발명의 일 양상에서, 식물 재배 시설(310)과 연소 장치(110)는 각각 서로 대응되는 층들로 구성될 수도 있다. 이러한 경우, 식물 재배 시설(310)의 복수의 층들 각각은 개별적인 식물군락을 포함할 수도 있다. 또는, 식물 재배 시설(310)의 복수의 층들 각각은 개별적인 조합의 식물체들을 포함할 수 있다. 나아가, 식물 재배 시설(310)의 복수의 층들은 동일한 식물체들의 조합을 포함할 수도 있다.
본 발명의 일 양상에서, 연소 장치(110)는 순산소 연소 장치일 수 있다. 따라서, 전술한 바와 같은 순산소 연소 공정의 특징에 따라서, 연소 장치(110)로부터 배출되는 가스의 대부분은 이산화탄소와 수증기로 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 연소 장치(110) 또는 식물 재배 시설(310)(예컨대, 가스 공급 장치)은 추가적으로 탈황 및/또는 탈질 장치 등과 같은 정화 장치를 포함할 수 있다. 따라서, 이러한 경우, 정화 장치는 식물 생장을 방해할 수 있는 유해 가스들을 필터링할 수 있다.
본 발명의 일 양상에서, 연소 시스템 또는 식물 재배 시설은 각각 복수의 단계의 정화 절차를 수행할 수도 있다.
예를 들어, 연소 장치(110)와 식물 재배 시설(310)을 연결하는 배관 장치는 연소 장치(110) 내부의 탈질 및/또는 탈황 프로세스를 수행하는 정화 장치에 의해 정화처리된 배기가스를 연소 장치(110)로부터 수신할 수 있다. 그리고나서, 배관 장치 내부의 정화 장치에 의해 탈질, 탈황, 미세먼지 및/도는 중금속 등에 대한 정화 처리가 수행될 수 있다. 일례로, 이러한 정화 처리는 정화 장치 내의 조류와 같은 수중식물에 의해 수행될 수도 있다. 즉, 배관 장치의 응축 장치에 의한 응축 프로세스에 의해 황산화물, 질산화물 및 중금속 미립자 등이 물에 함께 용해되어 배기가스와 분리될 수 있다. 이러한 경우, 미립자 등이 포함된 물을 조류와 같은 정화 기능을 가진 수중식물로 공급함으로써, 추가적인 정화 처리가 구현될 수 있다. 그리고나서, 배기가스 및/또는 물은 식물군락으로 공급되어, 식물군락(510) 내의 정화장치(예컨대, 조류와 같은 수중식물)에 의해 추가적인 정화 처리가 될 수 있다.
연소 장치(110)로부터 공급된 이산화탄소(및 수증기)는 식물 재배 시설(310)에서의 식물체들의 생장을 위해 활용될 수 있다. 본 발명의 일 양상에서, 식물 재배 시설(310)은 식물군락 내의 식물체들을 효율적으로 생장시키기 위하여 이산화탄소의 농도, 광도, 온도 및 수분의 양 등을 모니터링하여 이들을 제어하는 제어 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 식물 재배 시설(310) 내의 이산화탄소의 농도가 사전결정된 임계농도(예컨대, 1200ppm) 이상이 된다고 측정되는 경우, 연소 장치(110)로부터 이송되는 배기가스를 배기가스 저장소(미도시)에 보관할 수 있다. 이러한 경우, 식물 재배 시설(310) 내의 이산화탄소의 농도가 임계농도 미만이 되는 경우에, 배기가스 저장소에 저장된 연소 장치(110)로부터의 배기가스는 식물 재배 시설(310) 내의 식물 군락으로 이송될 수 있다.
본 발명의 일 양상에서, 이산화탄소의 사전결정된 임계농도는 식물체 각각의 이산화탄소 포화점에 따라 가변적일 수 있다. 본 발명의 일 양상에서, 이산화탄소의 임계농도는 식물체의 종류, 생육 단계, 광도 및/또는 수분에 적어도 부분적으로 기초하여 결정될 수도 있다.
또한, 본 발명의 일 양상에서, 식물 재배 시설(310)은, 식물체의 종류, 생육 단계, 광도 및/또는 수분에 적어도 부분적으로 기초하여 식물군락 내의 이산화탄소의 농도를 효율적으로 제어할 수 있다.
예를 들어, 식물 재배 시설(310)은, 광도가 낮은 경우 이산화탄소 가스의 포화점이 낮아지기 때문에 이산화탄소의 농도를 줄이고, 광도가 높은 경우 이산화탄소의 농도를 늘릴 수 있다. 또한, 식물 재배 시설(310)은 일반적으로 환기가 제한되는 저온기(예컨대, 오전 해가 뜬 후 1시간 이후로부터 2-3시간 동안)에 이산화탄소의 농도를 증대(즉, 탄산시비)시킬 수 있다. 이는 오후가 되면 광합성 효율이 떨어질 뿐만 아니라 기온이 높아져 환기를 해야될 수 있기 때문에 탄산시비의 효과가 잘 나타나지 않기 때문이다.
나아가, 시설 내에서는 일반적으로 바람이 없기 때문에, 기온분포와 마찬가지로 이산화탄소 또한 상하, 좌우 위치에 따라 농도가 달라질 수 있다. 식물체가 생장하여 지상부가 무성한 곳은 이산화탄소 가스의 농도가 낮고, 공기가 움직이는 통로 부근의 이산화탄소 가스의 농도는 비교적 높게 나타날 수 있다. 따라서, 식물 재배 시설(310)은 전술한 인자들을 고려하여 식물 재배 시설(310) 내의 식물군락의 이산화탄소의 농도를 최적화시켜 관리할 수 있다.
또한, 이산화탄소의 농도가 높은 경우에는 인위적으로 이산화탄소의 농도를 낮출 수도 있다. 예를 들어, 이산화탄소의 농도는 식물 재배 시설(310)로 공급되는 이산화탄소를 (응축기 또는 압축기 등에 의해) 물에 녹여서 탄산수의 형태로 보관하거나 또는 (예컨대, 조류 등과 같은 수중 식물로) 공급함으로써 낮출 수 있다. 여기서, 이산화탄소의 물로의 용해는 응축기 또는 압축기에 의한 압력 제어를 통해 수행될 수 있다.
본 발명의 일 양상에 따라, 식물 재배 시설(310)에 의해 생성된 가스(예컨대, 산소 가스)는 (순산소) 연소 장치(110)로 이송될 수 있다.
식물 재배 시설(310)의 식물군락은 복수의 식물체들을 포함할 수 있다. 이러한 복수의 식물체들은 공급받은 이산화탄소를 이용하여 광합성 작용을 통해 산소가스를 배출할 수 있다. 식물 재배 시설(310)에 의해 생성된 산소 가스는 순산소 연소가 가능한 고순도의 산소로서 순산소 연소 장치(110)로 이송되어, 순산소 연소 공정에서의 산화제가 될 수 있다.
본 발명의 일 양상에서, 식물 재배 시설(310)에 의해 순산소 연소 장치(110)로 공급되는 산소 가스는 식물 재배 시설(310) 내의 산소 가스 저장소에 저장될 수 있다. 산소 가스 저장소는 식물 재배 시설(310) 내의 산소 포집 장치와 연결되어 포집된 산소 가스를 저장할 수 있다.
식물 재배 시설(310)은 농도 측정 장치를 더 포함할 수 있다. 상기 농도 측정 장치는, 식물 재배 시설(310) 또는 식물 재배 시설(310)의 산소 가스 저장소 내의 산소 가스의 농도를 측정하여 측정 데이터를 제어 장치로 전송할 수 있다.
식물 재배 시설(310)의 제어 장치는, 측정된 산소 가스의 농도를 포함하는 데이터를 농도 측정 장치로부터 수신하여 측정된 산소 가스의 농도와 사전설정된 임계농도를 비교할 수 있다. 측정된 농도가 사전설정된 임계농도 미만인 경우, 제어 장치는 산소 가스 저장소가 상기 포집된 산소 가스를 저장하도록 제어할 수 있다. 또한, 측정된 농도가 상기 사전설정된 임계농도 이상인 경우, 제어 장치는, 산소 배기 장치가 저장된 산소를 연소 장치(110)로 이송하도록 제어할 수 있다.
따라서, 식물 재배 시설(310)로부터 순산소 연소 장치(110)로는 산소가 공급될 수 있으며, 순산소 연소 장치(110)로부터 식물 재배 시설(310)로는 이산화탄소와 물이 공급될 수 있다.
그러므로, 식물 재배 시설(310)과 순산소 연소 장치(110) 각각은 서로에게 필요한 자원들을 생성하여 공급할 수 있다. 따라서, 순산소 연소 장치(110) 입장에서는 별도의 산소 분리 장치(ASU)를 사용하지 않을 수 있으며, 그리고 식물 재배 시설(310) 입장에서는 식물을 재배하는데 필요한 별도의 이산화탄소 공급 장치를 사용하지 않을 수 있다.
본 발명의 일 양상에서, 연소 장치(110)로부터 식물 재배 시설(310)로 공급되는 배기가스 내에 포함된 이산화탄소와 물은, 식물 재배 시설(310)에서의 식물군락이 필요로하는 자원들인 물, 이산화탄소 및 온도를 제어하는데 사용될 수 있다.
예를 들어, 배기가스 내에 포함된 이산화탄소는 전술한 바와 같이 식물군락의 생장을 위해 필요한 적절한 농도로 식물군락으로 제공될 수 있다. 또한, 배기가스 내에 포함된 물은 식물군락의 생장을 위해 필요한 적절한 농도로 식물군락의 식물 재배용 배관으로 제공될 수 있다. 나아가, 배기가스 내에 포함된 물은 식물 재배 시설(310)의 냉난방용 배관으로 공급되어, 식물 재배 시설(310) 내의 온도를 최적의 온도로 유지시킬 수 있다. 즉, 배기가스 내에 포함된 물 중 일부는 온도를 낮추어 식물군락으로 직접적으로 제공되고, 다른 일부는 식물군락의 생장을 위한 적절한 실내 온도를 유지시키기 위해 냉난방용으로 사용될 수 있다.
또한, 배기가스 내의 포함된 수증기가 응축되어 물로 변환되는 경우, 배기가스에 포함된 이산화탄소를 물에 녹여 탄산수가 식물군락으로 제공될 수도 있다. 따라서, 식물군락 내에서 공기 중의 이산화탄소의 농도를 적절히 제어할 수 있다. 나아가, 후술될 바와 같이, 식물군락 내에서는 육상식물 뿐만 아니라 수중식물(예컨대, 조류 및/또는 미세조류)또한 존재할 수 있다. 따라서, 수중식물로 이산화탄소를 효율적으로 공급하기 위해서는, 이러한 탄산수를 수중식물로 공급하는 것이 바람직할 것이다. 그러므로, 식물 재배 시설(310)로 공급되는 물 중의 일부는 냉낸방용으로 사용되고, 일부는 육상식물의 생장을 위해 사용되고, 그리고 나머지 일부는 수중식물의 생장을 위해 탄산수의 형태로 사용될 수 있다.
본 발명의 일 양상에서, 식물 재배 시설(310)은 식물군락으로 빛을 공급하기 위한 광공급 모듈(미도시)을 포함할 수 있다. 상기 광공급 모듈은 다양한 타입의 모듈들을 포함할 수 있다.
일례로, 식물 재배 시설(310)은 식물군락으로 빛을 공급하기 위하여 식물성장에 필요한 특정파장의 빛을 갖는 LED 모듈을 광공급 모듈로서 이용할 수 있다. 본 발명의 일 양상에서, LED 모듈은 복수의 LED가 직렬로 연결된 LED 바의 형태를 가질 수 있다. LED는 전력소모가 극히 적기 때문에 그만큼 전기를 빛으로 바꾸는 효율이 뛰어나다. 또한, LED는 각각 다른 특정파장의 빛을 발광하도록 생산되므로 용도에 맞게 선별해서 사용할 수 있어서 편리할뿐만 아니라 필요 없는 빛의 손실을 막아줄 수 있다. 또한, LED는 고속 ON/OFF 특성을 가지고 있어서 아주 빠르게 점멸시킬 수 있다. 더불어, LED는 다른 전기제품들과는 다르게 과도전류현상(Rush Current)이 없어서 아무리 빠르게 점멸해도 전력 손실이 없다는 장점이 있다.
그러므로, 이러한 LED 모듈을 사용하는 경우, 24시간 점등이 가능하므로 식물군락의 성장을 촉진시킬 수 있다. 나아가, LED 모듈은 식물 성장에 필요한 몇가지 파형의 빛을 효과적으로 혼합시킬뿐만 아니라 짧은 시간에 반복적으로 점멸됨으로써 식물성장을 촉진시킬 수 있다. 추가적으로, LED 모듈의 순간 점멸을 통해 식물 재배 시설(310)에서 소비되는 전력 또한 감소될 수 있다. 더불어, LED 모듈에서 발생하는 열은 식물 재배 시설(310)의 난방 효과를 제공할 수도 있다.
본 발명의 일 양상에서, LED의 점멸 시간, 개수, 사용전압 및 출력용량 등은 식물군락의 형태 및 크기에 따라서 가변적일 수 있다. 또한, 보다 효율적인 빛의 혼합을 위해서 다른 보조 광원(들)이 사용될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 식물 재배 시설(310)을 포함하는 순산소 연소 시스템(300)의 개념도를 도시한다.
도 3 및 도 4에서 도시되는 바와 같이, 식물 재배 시설(310)과 연소 장치(110)의 결합은 다양한 형태로 이루어질 수 있다.
도 4에서 도시되는 바와 같이, 식물 재배 시설(310)은 연소 장치(110)의 외부를 둘러싸는 형태로 배치될 수 있다. 또한, 연소 시스템(300)은 복수의 층들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 양상에서, 연소 시스템(300)의 각각의 층들은 각각 연소 장치(110)와 식물 재배 시설(310)을 독립적으로 포함할 수 있다. 따라서, 각각의 층 별로 연소 장치(110)와 식물 재배 시설(310)은 산소와 이산화탄소/물을 서로 교환할 수 있다. 다시 말하면, 각각의 층 별로, 연소 장치(110)로부터의 배기가스는 식물 재배 시설(310)로 이송되고, 식물 재배 시설(310)로부터의 산소는 연소 장치(110)로 이송될 수 있다.
이러한 배기가스 및 산소의 이송 프로세스는, 연소 시스템(300) 내의 연소 장치(110)와 식물 재배 시설(310)을 연결하는 배관 장치에 의해 구현될 수 있다. 본 발명의 일 양상에서, 배관 장치는 송풍 장치를 포함할 수 있어서, 송풍 장치에 의해 이송 프로세스가 구현될 수 있다. 본 발명의 다른 양상에서, 이러한 이송 프로세스는, 압력차에 의한 이송 또는 밀도차에 의한 이송 등을 통해 구현될 수도 있다.
전술한 도 4와 같은 연소 시스템(300)의 구조를 통해, 하나의 연소 시스템 내부에 식물 재배 시설(310)과 연소 장치(110)가 포함될 수 있다. 따라서, 이러한 경우 연소 시스템(300) 외부로의 배기가스의 배출 또한 저감될 수 있다.
본 발명의 추가적인 양상에서, 연소 시스템(300)의 각각의 층들은 서로 연결될 수도 있다. 즉, 연소 시스템(300)은 상이한 층에서의 식물 재배 시설들, 연소 장치들, 또는 식물 재배 시설과 연소 장치를 서로 연결시키기 위한 배관 장치를 추가로 포함할 수도 있다. 따라서, 식물 재배 시설(310)의 특정한 층에서 잉여 산소가 존재하는 경우, 이러한 잉여 산소를 필요로 하는 특정한 층에서의 연소 장치(110)로 잉여 산소가 이송될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 재배 시설(310)의 컴포넌트들과 연소 장치(110)를 도시한다. 본 발명의 연소 장치(110)는 순산소 연소 장치이거나 또는 일반적인 연소 장치일 수도 있다.
본 발명의 일 양상에서, 도 5에서 컴포넌트들을 연결하는 관은 배기가스, 산소 및 물 등이 이동하는 통로를 의미할 수 있다. 또한, 도 5에서 컴포넌트들을 연결하는 장선은 데이터 등과 같은 신호가 이동하는 것을 의미할 수 있다.
본 발명의 일 양상에 따른 식물 재배 시설(310)은, 이산화탄소가 포함된 가스를 공급받는 가스 공급관(580), 가스 공급관(580)으로부터 공급받은 가스를 이용하여 광합성 작용을 통해 산소 가스를 배출하는 식물들이 배치된 식물군락(510), 식물군락(510)으로부터 배출된 산소 가스를 포집하는 산소 포집 장치(520), 및 산소 포집 장치(520)에 의해 포집된 산소 가스를 연소 장치(110)로 이송하는 산소 배기 장치(530)를 포함할 수 있다.
추가적으로, 식물 재배 시설(310) 또는 식물 재배 시설(310)의 산소 포집 장치(520)는 산소 분리 장치(550), 산소가스 저장소(560) 및/또는 농도측정장치(570)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 양상에서, 도 5에서 도시되는 바와 같이, 연소 장치(110)로부터 배출되는 이산화탄소를 포함하는 배기가스는 가스 공급관(580)을 통해 식물 군락(510)으로 인입될 수 있다.
본 발명의 추가적인 양상에서, 가스 공급관(580)은 식물군락(510) 이외의 식물 재배 시설(310)의 컴포넌트들로 연결될 수도 있다. 이러한 경우, 식물군락(510)은 식물 재배 시설(310)의 다른 컴포넌트들로부터 이산화탄소를 공급받을 수 있다.
일례로, 가스 공급관(580)은 연소 장치(110)의 배기가스 배출구(예컨대, 굴뚝)와 직접적으로 연결될 수 있어서, 연소 장치(110)로부터의 배기가스를 수용할 수 있다. 또한, 연소 장치(110)로부터 배출되는 이산화탄소 및 수증기(물)을 포함하는 배기가스가 가스 공급관(580)을 통해 식물 군락(510)으로 인입될 수 있다.
본 발명의 추가적인 양상에서, 가스 공급관(580)은 다양한 컴포넌트들로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 가스 공급관(580)은 유입된 배기가스를 사전결정된 타겟(target) 온도로 승온시키기 위한 가열 장치를 포함할 수 있다. 따라서, 이러한 가열 장치에 의한 승온 프로세스에 의해 유입된 배기가스의 상태(phase)가 변경되지 않고서 목적지(예컨대, 식물 재배 시설(310))까지 배기가스가 적절한 속도로 도달할 수 있다.
이러한 경우, 연소 장치(110)로부터의 배기가스는 상태 변화가 없도록 승온되기 때문에, 식물 재배 시설(310)까지 수증기 응축이 없이 이송될 수 있다. 따라서, 수증기 유실 및 가스 공급관(580)의 부식 현상이 방지될 수 있다. 본 발명의 일 양상에서, 배기가스를 승온시킬 타겟 온도는 연소 장치(110)와 식물 재배 시설(310) 간의 거리를 기초로 하여 사전결정될 수 있다.
추가적으로, 배기가스의 최적의 속도를 달성하기 위하여, 연소 장치의 평균 배기가스 배출량 및 연소 장치와 식물 재배 시설까지의 거리 중 적어도 하나를 기초로 하여 가스 공급관의 단면적이 결정될 수 있다.
본 발명의 일 양상에서, 가스 공급관(580) 내의 또는 가스 공급관(580)과 연결된 다른 컴포넌트(들)는 연소 장치(110)로부터 배출된 배기가스 내의 포함된 황산화물(SOx), 질산화물(NOx) 및/또는 미세 먼지 등을 추가적으로 제거/정화시킬 수도 있다. 이러한 정화 장치는 탈질/탈황 장치일 수 있거나 또는 이하에서 설명될 정화식물들을 포함할 수도 있다.
본 발명의 추가적인 양상에서, 이하에서 설명될 정화 능력을 가진 식물들은 공기 중 미세 먼지 또한 제거할 수 있다. 미세 먼지는 입자의 직경에 따라 2.5㎛ 미만의 미세입자와 2.5㎛이상의 거대입자로 분류할 수 있다. 미세먼지는 약 20-30㎛ 정도 크기의 식물기공에 의해 직접 흡수되거나, 잎 표면에 있는 털 등에 흡착되어 제거 된다. 또한, 일반적으로 플러스(+)로 대전되어 있는 미세먼지는 식물에서 발생한 음이온에 의해 제거될 수도 있다.
식물 재배 시설(310)의 식물군락(510)은 도 3과 관련하여 전술한 바와 같이, 식물체들을 재배하기 위한 최적의 환경 조건(예컨대, 온도, 물, 이산화탄소 및 광도)을 유지시킬 수 있다. 또는, 이러한 동작은 식물 재배 시설(310)의 제어 장치(540)에 의해 구현될 수도 있다. 추가적으로, 식물 재배 시설(310) 또는 식물 군락(510)은 밀폐된 구조로 이루어질 수 있어서, 양호한 단열성으로 인해 냉/난방의 손실을 줄일 수 있다.
본 발명의 일 양상에서, 식물 재배 시설(310)은 식물군락(510) 내의 식물체들의 생장에 필요한 원소들을 포함하는 크놉액(수소, 산소, 질소, 황, 인, 철, 마그네슘, 칼륨 및 칼슘) 등을 공급할 수 있다.
식물군락(510)은 다양한 타입의 식물체들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 공기 정화 능력이 탁월한, 피닉스야자, 네프롤레피스, 보스턴고사리, 행운목, 아이비, 인도고무나무, 산세베리아, 싱고니움, 벤자민고무나무, 스파티필럼, 산세베리아, 파키라, 국화, 관음죽, 벤자민 및/또는 맥문동 등의 식물체들이 식물군락(510)을 구성할 수 있다. 본 발명의 다른 양상에서, 전술한 식물체들 이외의 다른 식물체들이 식물 군락(510)을 구성할 수도 있다.
본 발명의 일 양상에서, 식물군락(510)은 하나의 종의 식물체들로 구성될 수 있거나 또는 복수의 종들의 식물체들의 조합으로 구성될 수도 있다. 추가적으로, 식물군락(510) 대신에 인공 광합성 및/또는 광합성 가능 미생물에 의한 광합성 등이 본 발명의 일 양상에 따라 이용될 수도 있다.
본 발명의 일 양상에서, 수경재배 및/또는 토경재배 등의 재배 방식에 의해 식물군락(510) 내의 식물체들이 재배될 수 있다. 본 발명의 일 양상에서, 일정한 공간 하에서의 효율적인 재배를 위해, 바람직하게는 수경재배에 의해 식물군락(510) 내의 식물체들이 재배될 수 있다.
본 발명의 일 양상에서, 식물군락(510)은 일반적인 육상 식물 및/또는 조류(algae)와 같은 수중 식물로 구성될 수 있다. 따라서, 육상 식물의 경우 이산화탄소 가스를 공급받아 광합성을 수행할 수 있으며, 수중 식물의 경우 물에 용해된 이산화탄소를 공급받아 광합성을 수행할 수 있다. 그러므로, 식물 재배 시설(310)의 식물군락(510)의 공간의 형상 및 사용자 설정 등에 따라서, 이러한 식물군락(510)은 육상 식물과 수중 식물의 다양한 조합으로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 수중 식물의 경우, 조류와 같은 바이오메스들을 경작하기 위한 예컨대, 바이오리액터(bioreactor)와 같은 광원이 식물군락(510)에 포함될 수 있다. 미세조류의 경우 육상식물보다 수배 내지 수십배 정도의 높은 광합성 효율을 가질 수도 있다. 따라서, 미세조류의 높은 탄소 고정률을 이용함으로써, 효율적인 이산화탄소의 고정을 달성할 수 있다.
본 발명의 일 양상에서, 미세 조류의 예시로, 남조류(스피룰리나,Spirulina) 또는 헤마토코쿠스(헤마토코쿠스 플루비알리스,Haematococcus Pluvialis Flotow) 등과 같은 조류는, 풍부한 단백질, 광물질, 비타민과 효소, 항산화제, 아스타잔틴 등 인체에 이로운 많은 종류의 영양 성분을 함유하고 있다. 심지어 이러한 미세 조류로부터 바이오 디젤이 추출될 수 있어서 종국적으로 에너지원으로도 사용될 수 있다. 미세 조류에 의한 광합성을 유도하기 위해서는 배양액이 요구될 수 있다. 조류의 배양액은 광합성 시스템을 통해 광합작용을 충족시키고, 조류 세포가 필요로 하는 양분을 만족시키며, 배양액 중에 생겨나는 산소를 배출하고, 조류가 대량으로 생장 번식할 수 있도록 할 수 있다. 따라서, 식물군락(510)은 이러한 미세 조류의 생장 및 번식을 위한 배양액을 공급할 수도 있다.
본 발명의 추가적인 양상에서, 수중 식물은 물에 용해된 이산화탄소를 흡수하기 때문에, 이산화탄소 가스는 육상식물로 공급되고 이산화탄소가 용해된 물은 수중식물로 공급되는 방식을 통해, 식물군락(510) 내의 이산화탄소 가스의 농도를 제어할 수 있다. 따라서, 이를 통해, 이산화탄소 가스의 농도가 지나치게 높아져 식물군락(510) 내의 예컨대, 육상식물의 생장이 억제되는 것을 방지할 수 있다.
식물군락(510)에 의해 생성된 산소 가스는 산소 포집 장치(520)로 이송될 수 있다. 본 발명의 일 양상에서, 산소 포집 장치(520)는 이산화탄소와 산소를 분리하기 위한 산소 분리 장치(550)를 포함할 수 있다. 따라서, 이산화탄소와 산소의 분리를 보다 용이하게 하기 위해 산소 포집 장치(520)는, 식물 재배 시설(310)의 상부에 배치될 수 있다. 즉, 이산화탄소의 분자량이 산소의 분자량보다 크기 때문에, 산소의 포집을 보다 용이하게 하기 위해 산소 포집 장치(520)는 식물 재배 시설(310)의 상부에 위치하는 것이 바람직 할 수 있다.
본 발명의 추가적인 양상에서, 산소 포집 장치(520)는 식물 재배 시설(310)에서의 다양한 위치에 배치될 수도 있다. 또는, 산소 포집 장치(520)는 식물 재배 시설(310)의 외부에서 독립적으로 배치될 수도 있다.
본 발명의 추가적인 양상에서, 산소 포집 장치(520)는 식물 재배 시설(310)의 식물군락(510)을 구성하는 식물의 종류에 따라 가변적인 구조 및/또는 기능을 가질 수도 있다.
예를 들어, 식물군락(510)이 조류와 같은 수중식물을 포함하는 경우, 조류가 배출하는 산소 가스는 조류 식물군락의 상층에 있는 질소 가스 보다 하부에 존재할 가능성이 높다. 따라서, 산소 포집 장치(520)는 상층의 질소 가스를 우선적으로 강제 배출시킨 후에 조류가 배출하는 산소 가스를 식물군락의 상층부로 이동시킨 후 산소 가스를 포집할 수 있다. 이러한 경우, 산소 포집 장치(520)는 별도의 센서를 포함하고 있어서, 질소 가스의 농도를 검출하여 질소 가스를 강제로 배출하는 것을 제어할 수 있다. 전술한 방식의 산소 포집 방식의 경우, 새로운 공기가 유입되지 않는 한, 질소 가스의 배출로 인하여 연속적인 산소 가스의 포집이 가능할 수 있다.
예를 들어, 식물군락(510)이 육상식물을 포함하는 경우, 이산화탄소 가스와 산소 가스를 분리를 용이하게 하기 위해서, 산소 포집 장치(520)는 공기의 흐름을 안정화시킬 수 있는 안정화 장치(미도시)를 추가로 포함할 수도 있다. 또는, 산소 포집 장치(520)는 식물 재배 시설(310)의 공기의 흐름을 안정화시킬 수 있는 별도의 공간에서 산소 가스와 이산화탄소 가스를 분리(즉, 산소 가스를 포집)할 수도 있다.
전술한 바와 같이, 산소 포집 장치(520)는 이산화탄소 가스와 산소 가스를 분리할 수 있거나 또는 배기가스 내에서 산소 가스를 포집할 수 있다. 이러한 동작들은 산소 포집 장치(520) 내의 산소 분리 장치(550)에 의해 구현될 수도 있다. 따라서, 산소 분리 장치(550)는 식물 재배 시설(310) 내에서 존재하는 가스에서 산소 가스를 분리해낼 수 있다. 또는, 산소 분리 장치(550)는 식물 재배 시설(310) 내에서 존재하는 이산화탄소, 수증기 및 산소 중에서 이산화탄소의 적어도 일부를 분리할 수 있다. 본 발명의 추가적인 양상에서, 산소 분리 장치(550)는 식물 재배 시설(310) 내에서 존재하는 이산화탄소와 산소를 분리시킬 수 있다. 본 발명의 추가적인 양상에서, 산소 분리 장치(550)는 이산화탄소 흡수제를 침착시킨 필터(들)를 포함할 수 있어서, 이러한 필터에 의해 이산화탄소가 필터링될 수도 있다.
본 발명의 일 양상에서, 식물군락이 수중식물들로 구성된 경우에, 수중식물들에 의해 배출된 산소는 물에 용해된 상태로 존재할 수 있다. 따라서, 산소 포집 장치(520)는 물에 용해된 산소를 분리 및/또는 포집하기 위한 개별적인 컴포넌트(들)를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 산소 포집 장치(520)는 수중식물이 생성한 산소가 용해되어 있는 물의 일부를 포집하여, 물의 온도를 승온시켜 기체의 용해도를 낮추어 수증기와 이산화탄소 가스를 포집하여 이들을 분리할 수 있다. 또는, 산소 포집 장치(520)는 전기분해를 통해 용존산소에서 산소 가스를 분리할 수도 있다. 또는, 산소 포집 장치(520)는 막접촉기(membrane contactor)와 같은 가스 제거/분리 장치를 이용함으로서 용존 산소 중 산소 가스를 추출할 수도 있다. 이외에도, 산소 포집 장치(520)는 다양한 방식을 통해 물속에 용해된 산소를 포집할 수 있다. 또한, 이러한 동작들은 산소 포집 장치(520) 내의 산소 분리 장치(550)에 의해 수행될 수도 있다.
추가적으로, 산소 포집 장치(520) 또는 식물군락(510)은 용존 산소 센서(미도시)를 포함할 수도 있어서, 수중식물군락 내에서의 용존 산소의 농도를 감지하여, 산소를 포집할 시점 등을 결정할 수도 있다.
본 발명의 일 양상에서, 전술한 바와 같은, 공기 정화 식물(예컨대, 산세베리아)은 이산화탄소 제거 능력 또한 뛰어나기 때문에, 산소 분리 장치(550)는 공기 정화 식물들을 활용하여 이산화탄소를 필터링할 수도 있다.
또한, 공기 정화 식물은 조류와 같은 수중 식물을 포함할 수도 있다. 이러한 경우, 배기가스의 수증기가 응축되면서 물로 변화되었을 때, 물에 용해된 이산화탄소, 황산화물, 질산화물 및/또는 중금속과 같은 불순물에 대한 추가적인 정화 또한 수중 식물에 의해 구현될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 이산화탄소와 산소의 분자량의 차이로 인해, 식물 재배 시설(310)의 상부에 위치한 산소 분리 장치(550)는 효율적으로 산소만을 포집할 수도 있다.
추가적으로, 이산화탄소의 포집 기술은 흡수법 (absorption), 흡착법(adsorption) 및 막분리법(membrane) 등을 포함할 수 있다. 이들 중 흡수법은 기술적 성숙도가 높고, 이산화탄소의 대량 처리가 용이하여 이산화탄소의 회수 및 저장 기술의 상용화에 가장 근접한 포집 기술이라 할 수 있다. 현재 가장 많은 연구가 이루어지고 있는 대표적인 CO2 흡수제인 아민계 흡수제는 높은 재생 온도 (~140℃), 열화 및 부식, 흡수제의 높은 가격 등의 문제점을 가지고 있기 때문에 이를 대체하기 위한 흡수제 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 아민과 함께 CO2 흡수제로 각광을 받고 있는 암모니아 수는 오래전부터 산성가스의 처리를 위해 사용되어 왔으며 저렴한 흡수제 비용, 높은 화학적 안정성, 높은 CO2 포집량, 낮은 재생에너지 등 많은 장점이 존재한다.
본 발명의 추가적인 양상에서, 산소 포집 장치(520)는 순산소 연소가 가능한 순도의 산소를 포집할 수 있거나 또는 일반적인 연소를 위한 순도의 산소를 포집할 수도 있다. 즉, 산소 포집 장치(520)는 산소 포집에 소모되는 비용적 측면을 고려하여, 가변적인 순도의 산소를 포집할 수 있다. 따라서, 산소 포집 장치(520)에 의해 포집된 가스에는 산소 가스 이외의 불순물(예컨대, 이산화탄소, 질소 및/또는 중금속 등)이 포함될 수도 있다.
본 발명의 일 양상에서, 포집된 산소는 산소 가스 저장소(560)에 의해 임시적으로 저장될 수도 있다.
추가적으로, 산소 가스 저장소(560)는 농도 측정 장치(570)를 포함할 수 있어서, 저장된 산소 가스의 농도가 측정될 수 있다. 이러한 경우, 측정된 산소 가스의 농도가 사전결정된 임계 농도 이상인 경우에 한해, 산소 배기 장치(530)를 통해 산소 가스가 순산소 연소 장치(110)로 공급될 수 있다. 이러한 산소 가스의 배출을 제어하는 동작들은 제어 장치(540)에 의해 수행될 수 있다.
본 발명의 일 양상에서, 제어 장치(540)는, 측정된 산소 가스의 농도를 포함하는 데이터를 농도 측정 장치로부터 수신하여 측정된 산소 가스의 농도와 사전설정된 임계농도를 비교할 수 있다. 제어 장치(540)는 측정된 농도가 사전설정된 임계농도 미만인 경우, 산소 가스 저장소(560)가 포집된 산소 가스를 저장하도록 제어하고, 그리고 측정된 농도가 사전설정된 임계농도 이상인 경우, 산소 배기 장치(530)가 저장된 산소를 연소 장치(110)로 이송하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 일 양상에서, 제어 장치(540)는 식물 재배 시설(310) 내의 컴포넌트들의 전체적인 동작들을 제어할 수도 있다.
본 발명의 일 양상에서, 산소 배기 장치(530)는 식물 재배 시설(310)로부터 생성된 산소 가스를 (순산소) 연소 장치(110)로 공급할 수 있다. 예를 들어, 산소 배기 장치(530)는 산소 가스 이송 장치를 포함하며, 상기 산소 가스 이송장치는, 식물 재배 시설(310)과 연소 장치(110)에서의 산소 가스의 밀도차에 의해 연소 장치(110)로 포집된 산소 가스를 이송하도록 구성될 수 있다. 다른 예시로, 산소 배기 장치(530)는 송풍 장치를 포함하며, 상기 송풍 장치는, 압력 에너지를 가함으로써 상기 포집된 산소 가스를 연소 장치(110)로 이송하도록 구성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 순산소 연소 시스템은 순산소 연소 장치로 고순도의 산소 가스를 효율적으로 제공할 수 있을뿐만 아니라, 순산소 연소 장치에 의해 발생되는 배기가스 내의 이산화탄소와 물을 효율적으로 활용할 수 있다.
즉, 도 1 및 도 2와 관련하여 상술한 종래의 순산소 연소 장치 및 순산소 연소 공정과는 달리, 본 발명의 일 실시예에 따른 순산소 연소 공정은, 산소 분리 장치(ASU)를 이용하지 않고서도 고순도의 산소 가스를 순산소 연소 장치로 공급할 수 있다. 나아가, 순산소 연소 장치로부터 배출되는 배기 가스를 식물 군락에 필요한 영양소로 활용하기 때문에, 이러한 배기가스를 후처리하는데 드는 비용을 절약할 수 있다.
더불어, 앞서 설명한 바와 같이, 온실효과의 주 원인인 이산화탄소를 공업화학적인 방법이 아닌 친환경적인 생물학적 방법을 통해 고정하기 때문에, 이산화탄소의 회수 및 저장에 대한 비용의 부담 또한 해소될 수 있다. 다시 말하면, 본 발명의 일 양상에 따른 기법을 통해, 보다 구체적이고 효과적인 온실가스(예컨대, 이산화탄소)의 배출을 저감시킬 수 있다.
나아가, 화력발전소와 같은 연소 장치의 배기가스를 수용할 수 있는 식물 재배 시설을 통해, 연소 장치를 포함한 화력발전소 등이 위치한 거주 환경에서의 환경 악화를 줄일 수 있다. 즉, 식물 재배 시설을 활용하여, 식물 재배 시설에 의해 배출되는 산소 가스 중 일부를 발전소 이외의 주민들의 힐링 시설 등으로 이송시킴으로써, 산소 가스의 사용 효율을 극대화시킬 수 있다. 따라서, 화력발전소와 결합되어 있는 식물 재배 시설을 통해 화력발전소의 설치 위치를 결정하는 것이 보다 용이해질 수 있다.
추가적으로, 화력발전소 등과 같은 연소 장치가 식물 재배 시설과 결합될 수 있기 때문에, 인구밀도가 높은 도심 지역에도 거부감 없이 화력발전소가 설치될 수도 있다. 이로 인해, 화력발전소와 실제로 전력을 사용하는 소비자들 간의 거리가 줄어들 수 있어서, 발전소에서 생산된 전력의 전달 과정에서 손실되는 전력량 또한 최소화될 수 있다.
게다가, 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 재배 시설은 자연환경이나 입지조건에 영향을 받지 않고 안정적으로 농작물 등을 생산할 수 있다. 즉, 심각한 기후변화는 기온, 강수량, 일조량 등을 변화시켜 국내 농업 생산성 저하를 초래할 수 있으나, 식물 재배 시설을 통해 태풍 등의 기상 조건 하에서도 안정적인 농작물 생산이 가능해질 수 있다.
더불어, 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 재배 시설은 실내 또는 지하공간에서의 녹색공간을 창출할 수 있기 때문에, 인구가 밀집되어 있는 지역에서 상용화 되었을 때 도시열섬효과를 감소시키며 발전 시설을 도시로 이동시킴으로써 송전비용 및 송전손실 또한 감소될 수 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 재배 시설은 수경재배를 기반으로 하고 있기 때문에, 특별한 토양관리 및 연작에 따른 토지약화 피해로 인한 문제점이 해결될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 재배 시설을 통해 생육기간의 단축뿐만 아니라 단위 면적당 높은 토지 생산성을 통한 연중 안정적인 영농 또한 가능해질 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따라 식물 재배 시설(310)에 의한 연소 장치용 가스를 공급하기 위한 방법을 도시한다.
도 6에서 도시되는 단계들 이외의 추가적인 단계들 또한 본 발명의 권리 범위 내에 포함될 수 있다. 나아가, 도 6에서 도시되는 단계들의 일부분만이 본 발명의 일 양상에 따라 구현될 수도 있다.
도 6를 참조하면, 식물 재배 시설(310)에 의해 수행되는, 연소 장치용 가스를 공급하기 위한 방법이 개시된다.
상기 방법은, 이산화탄소가 포함된 가스를 공급받는 단계를 포함할 수 있다(601). 즉, 식물 재배 시설(310)은 (순산소) 연소 장치(110)로부터 이산화탄소가 포함된 배기가스를 공급받을 수 있다. 이산화탄소가 포함된 배기가스는 탈질 및/또는 탈황 처리가 되어 대다수의 이산화탄소와 수증기로 구성될 수도 있다.
공급받은 배기가스 내의 이산화탄소는 식물 재배 시설(310)의 식물군락(510)으로 제공되어 식물군락(510) 내의 식물의 생장에 필요한 자원으로 활용될 수 있다. 나아가, 공급받은 배기가스 내의 물(수증기) 중 일부는 응축되어 식물군락(510) 내의 식물의 생장에 필요한 자원으로 활용될 수 있다. 물(수증기) 중 다른 일부는 식물군락(510) 내에서 식물의 생장에 적합한 온도를 유지하도록 냉난방용으로 공급될 수 있다.
그리고나서, 식물 재배 시설(310)은, 공급받은 가스를 이용하여 광합성 작용을 통해 산소 가스를 배출하는 식물들이 배치된 식물군락(510)에 의해 배출된 산소 가스를 포집할 수 있다(603).
앞서 설명된 바와 같이, 산소 가스는 이산화탄소의 제거를 통해 포집되거나 또는 산소 가스만을 분리해서 회수하는 절차를 통해 포집될 수도 있다. 산소 가스의 포집은 산소 가스의 포집을 위한 산소 포집 장치(520)의 배치를 통해 보다 용이하게 구현될 수 있다.
도 6으로 되돌아 가면, 식물 재배 시설(310)은 포집된 산소 가스를 연소 장치(110)로 이송할 수 있다(605).
본 발명의 일 양상에서, 산소 가스의 이송은, 식물 재배 시설(310)과 연소 장치(110)에서의 산소 가스의 밀도차에 의해 구현될 수 있다. 본 발명의 다른 양상에서, 산소 가스의 이송은, 포집된 산소 가스를 압력 에너지에 의해 연소 장치(110)로 이송하도록 구현될 수 있다.
본 발명의 일 양상에서, 식물군락(510)에 의해 생성되는 산소 가스는 산소 분리 장치(550)에 의해 포집되어 산소 가스 저장소(560)에 저장될 수 있다. 산소 가스 저장소(560)에 의해 임시적으로 저장된 산소 가스는, 제어 장치(540)의 제어에 따라서 산소 배기 장치(530)에 의해 연소 장치(110)로 이송될 수 있다. 상기 제어 장치(540)는 농도 측정 장치(570)로부터의 데이터(예컨대, 산소 농도 데이터 등)를 기초로 하여 연소 장치(110)로의 이송 여부를 결정할 수 있다.
본 발명의 추가적인 양상에서, 식물 재배 시설(310)의 제어 장치(540)는 (순산소) 연소 장치(110)와 통신가능하도록 구성될 수도 있다. 이러한 경우, (순산소) 연소 장치(110)로부터 연소 장치(110)가 필요한 산소 가스의 양을 포함하는 데이터를 제어 장치(540)가 수신할 수 있다. 따라서, 연소 장치(110)로부터의 데이터에 응답하여, 제어 장치(540)는 연소 장치(110)로 공급할 산소의 양을 제어할 수 있다.
따라서, 식물 재배 시설(310)로부터의 산소 가스는 (순산소) 연소 장치(110)로 이송되어, 순산소 연소 공정에 사용될 수 있다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 연소 장치용 가스를 공급하기 위한 식물 재배 시설로서,
    연소 장치의 배기가스 배출관과 연결되어, 상기 배기가스 배출관으로부터 배출된 배기가스로부터 변환된 탄산수를 공급받는 가스 공급관;
    상기 가스 공급관으로부터 공급받은 탄산수를 이용하여 광합성 작용을 통해 산소 가스를 배출하는 수중 식물들이 배치된 식물군락(plant community);
    상기 식물군락으로부터 배출된 산소 가스를 포집하는 산소 포집 장치; 및
    상기 산소 포집 장치에 의해 포집된 산소 가스를 상기 연소 장치로 이송하는 산소 배기 장치;
    을 포함하는,
    식물 재배 시설.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 연소 장치는 순산소 연소 장치(Oxy-Fuel Combustion Apparatus)를 포함하며, 그리고
    상기 산소 포집 장치는, 상기 순산소 연소 장치에 의한 순산소 공정이 가능한 순도 이상의 순도를 갖는 산소 가스를 포집하도록 구성되는,
    식물 재배 시설.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 산소 포집 장치는, 상기 식물 재배 시설의 상부에 배치되는,
    식물 재배 시설.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 식물 재배 시설은, 제어 장치, 농도 측정 장치 및 산소 가스 저장소를 더 포함하며,
    상기 농도 측정 장치는, 상기 포집된 산소 가스의 농도를 측정하고;
    상기 산소 가스 저장소는, 상기 산소 포집 장치와 연결되어 상기 포집된 산소 가스를 저장하며; 그리고
    상기 제어 장치는, 상기 측정된 산소 가스의 농도를 포함하는 데이터를 상기 농도 측정 장치로부터 수신하여 상기 측정된 산소 가스의 농도와 사전설정된 임계농도를 비교하고, 상기 측정된 농도가 상기 사전설정된 임계농도 미만인 경우, 상기 산소 가스 저장소가 상기 포집된 산소 가스를 저장하도록 제어하고, 그리고 상기 측정된 농도가 상기 사전설정된 임계농도 이상인 경우, 상기 산소 배기 장치가 상기 저장된 산소를 상기 연소 장치로 이송하도록 제어하는,
    식물 재배 시설.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 식물 재배 시설은 산소 분리 장치를 더 포함하며,
    상기 산소 분리 장치는,
    상기 식물 재배 시설 내에서 존재하는 가스에서 산소 가스를 분리하거나 또는 상기 식물 재배 시설에서의 용존 산소에서 산소 가스를 분리하도록 구성되는,
    식물 재배 시설.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 산소 배기 장치는 산소 가스 이송장치를 포함하며,
    상기 산소 가스 이송장치는, 상기 식물 재배 시설과 상기 연소 장치에서의 산소 가스의 밀도차에 의해 상기 연소 장치로 상기 포집된 산소 가스를 이송하도록 구성되는,
    식물 재배 시설.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 산소 배기 장치는 송풍 장치를 포함하며,
    상기 송풍 장치는, 압력 에너지를 가함으로써 상기 포집된 산소 가스를 상기 연소 장치로 이송하도록 구성되는,
    식물 재배 시설.
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 산소 포집 장치는 추가적으로,
    산소 가스의 포집을 용이하게 하기 위해 상기 식물군락 내에서 질소 가스를 배출시킨 이후에 상기 산소 가스를 포집하도록 구성되는,
    식물 재배 시설.
  11. 연소 장치용 가스를 공급하기 위한 방법으로서,
    상기 연소장치의 배기가스 배출관과 연결된 공급관을 통하여, 상기 배기가스 배출관으로부터 배출되는 배기가스로부터 변환된 탄산수를 공급받는 단계;
    상기 공급받은 탄산수를 이용하여 광합성 작용을 통해 산소 가스를 배출하는 수중식물들이 배치된 식물군락으로부터 배출된 산소 가스를 포집하는 단계; 및
    상기 포집된 산소 가스를 상기 연소 장치로 이송하는 단계;
    를 포함하는,
    연소 장치용 가스를 공급하기 위한 방법.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113877390A (zh) * 2021-08-27 2022-01-04 国家电投集团科学技术研究院有限公司 基于生物学的固碳方法
CN115443838A (zh) * 2022-10-11 2022-12-09 合肥创农生物科技有限公司 一种室内环境的植物气体自平衡系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004057145A (ja) * 2002-07-31 2004-02-26 Miyoujiyou Cement Kk 植物栽培複合プラント
JP2007312662A (ja) * 2006-05-25 2007-12-06 Chugoku Electric Power Co Inc:The 酸素・二酸化炭素等の循環方法及びその循環システム

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004057145A (ja) * 2002-07-31 2004-02-26 Miyoujiyou Cement Kk 植物栽培複合プラント
JP2007312662A (ja) * 2006-05-25 2007-12-06 Chugoku Electric Power Co Inc:The 酸素・二酸化炭素等の循環方法及びその循環システム

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113877390A (zh) * 2021-08-27 2022-01-04 国家电投集团科学技术研究院有限公司 基于生物学的固碳方法
CN115443838A (zh) * 2022-10-11 2022-12-09 合肥创农生物科技有限公司 一种室内环境的植物气体自平衡系统

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