KR101513418B1 - 이산화탄소 포집 및 제거장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 포집부로 이산화탄소를 포집하고, 포집된 이산화탄소로 해양 및 담수성 미세조류를 배양하여 산호를 발생시키고, 해양 및 담수성 미세조류를 통해 해양 및 담수성 패류를 양식하는 이산화탄소 포집 및 제거장치에 관한 것으로서, 이산화탄소로 대상물을 용접하는 산업현장 또는 발전소 또는 화학플랜트에서 발생되는 이산화탄소를 포집하는 포집부와, 상기 포집부와 연결되어 포집된 이산화탄소가 하측에서 주입되며, 내부에 해양 및 담수성 미세조류가 배양되는 배양액이 저장되며, 외주연에 다수의 투과부가 형성되고, 상측에 투명재질로 형성된 개폐창이 형성된 미세조류 배양조와, 상기 미세조류 배양조와 연결되어 상기 미세조류 배양조에서 유입되는 배양액이 저장되고, 해양 및 담수성 패류가 투입되어 생장하며, 상부에 투명재질의 개폐문이 형성되는 패류 양식조와, 상기 미세조류 배양조와 패류 양식조의 하단에 연결되어 배양액을 교반시키도록 공기를 주입하는 공기펌프를 포함한다.
Description
본 발명은 이산화탄소 포집 및 제거장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 포집부로 산업현장 또는 발전소 또는 화학플랜트에서 발생되는 이산화탄소를 포집하고, 포집된 이산화탄소로 해양 및 담수성 미세조류를 배양하여 산호를 발생시키고, 해양 및 담수성 미세조류를 통해 해양 및 담수성 패류를 양식하는 이산화탄소 포집 및 제거장치에 관한 것이다.
지구온난화 및 화석 연료 고갈이라는 전지구적 차원의 환경문제가 대두됨에 따라 이를 해결하기 위한 다양한 시도들이 이루어지고 있는바, 그 중 생물학적 CO2 저감 기술로서 해양 및 담수성 미세조류의 광합성 작용을 활용한 CO2의 고정 및 바이오디젤 생산 기술은 상온/상압에서 가능하며 자연계의 탄소순환 원리를 이용한다는 장점때문에 온실가스 저감을 위한 가장 현실적인 대안으로 검토되고 있다.
이러한 문제를 일으키는 이산화탄소를 제거하는 방법에는 해양 및 담수성 미세조류를 이용한 생물학적 처리, 흡착방법, 분리 회수 후 메탄올 합성 등 많은 방법이 있다.
해양 및 담수성 미세조류를 이용하여 CO2를 제거하기 위해서는 필수적으로 광합성을 하는 해양 및 담수성 미세조류가 있어야되고 광합성 과정에 필요한 빛과 이산화탄소가 있어야 해양 및 담수성 미세조류가 대사작용을 하며 성장과 번식을 한다. 해양 및 담수성 미세조류를 이용한 이산화탄소 제거 방법 및 배양기는 수를 헤아릴 수 없을 만큼 많은 방법이 있으나 아직까지 현실적으로 적용되는 사례는 극히 적은 수에 불과하다.
적절한 이산화탄소를 물에 용해시켜 pH의 감소를 막아 중성을 유지하면서 해양 및 담수성 미세조류를 키우는 방법은 매우 중요하다. pH의 급감을 조절하지 못하고서는 이산화탄소를 포집한다 해도 해양 및 담수성 미세조류를 이용하여 제거하지는 못한다. 이에 앞서 pH를 중성으로 해야 하는 또 다른 공정이 필요하다.
또한 침강 방지를 위해서 적절한 물의 움직임도 필요하다. 하지만 종례의 해양 및 담수성 미세조류를 이용한 이산화탄소 제거 방법 특허에는 위와 같은 해양 및 담수성 미세조류의 특성을 알지 못하고 단순 해양 및 담수성 미세조류 배양기가 대부분이다.
이렇게 구성되는 해양 및 담수성 미세조류 배양기들은 작업자의 안전성, CO2의 원초적 제거에 대한 사항과 대기오염 근절, 운영의 편리성 등에는 전혀 따라오지 못하고 있다.
관련 선행기술로는 한국공개특허 제10-2012-0083746호가 있다.
본 발명은 포집부로 산업현장 또는 발전소 또는 화학플랜트에서 발생되는 이산화탄소를 포집하고, 포집된 이산화탄소로 해양 및 담수성 미세조류를 배양하여 산호를 발생시키고, 해양 및 담수성 미세조류를 통해 해양 및 담수성 패류를 양식하는 이산화탄소 포집 및 제거장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 이산화탄소 포집 및 제거장치는, 이산화탄소로 대상물을 용접하는 산업현장 또는 발전소 또는 화학플랜트에서 발생되는 이산화탄소를 포집하는 포집부와, 상기 포집부와 연결되어 포집된 이산화탄소가 하측에서 주입되며, 내부에 해양 및 담수성 미세조류가 배양되는 배양액이 저장되며, 외주연에 다수의 투과부가 형성되고, 상측에 투명재질로 형성된 개폐창이 형성된 미세조류 배양조와, 상기 미세조류 배양조와 연결되어 상기 미세조류 배양조에서 유입되는 배양액이 저장되고, 해양 및 담수성 패류가 투입되어 생장하며, 상부에 투명재질의 개폐문이 형성되는 패류 양식조와, 상기 미세조류 배양조와 패류 양식조의 하단에 연결되어 배양액을 교반시키도록 공기를 주입하는 공기펌프를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 미세조류 배양조의 상측과 해양 및 담수성 패류 배양조의 하측 간에는 상기 해양 및 담수성 미세조류의 배양을 통해 발생되는 산소가 상기 해양 및 담수성 패류 배양조로 유입되도록 산소유동관이 연결될 수 있다.
상기 미세조류 배양조와 패류 양식조의 외주연에는 내부를 청소할 수 있는 청소용 측면 개폐문이 형성될 수 있다.
상기 포집부는 상기 이산화탄소가 발생되는 위치에 설치되어 이산화탄소를 흡입하는 흡입체와, 상기 흡입체와 상기 미세조류 배양조 간에 연결되어 이산화 탄소를 흡입하는 흡입펌프를 포함할 수 있다.
상기 패류 양식조 내부에는 해양 및 담수성 패류가 적재되어 생장할 수 있는 패류 서식판이 일정 간격 이격되어 적층되어 설치되며, 상기 패류 서식판은 상측으로 고착모가 형성되고, 상기 패류 서식판을 관통하는 다수의 홀이 형성될 수 있다.
상기 미세조류 배양조와 패류 양식조는 환경에 따라 각각 별도로 설치되어 사용될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 포집부로 이산화탄소를 포집하고, 포집된 이산화탄소로 해양 및 담수성 미세조류를 배양하여 산호를 발생시켜 공기의 오염을 줄일 수 있는 이점이 있고, 해양 및 담수성 미세조류를 통해 해양 및 담수성 패류를 양식할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 이산화탄소 포집 및 제거장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 이산화탄소 포집 및 제거장치의 이산화탄소 공급관을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 이산화탄소 포집 및 제거장치의 패류 서식판의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 이산화탄소 포집 및 제거장치의 이산화탄소 공급관을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 이산화탄소 포집 및 제거장치의 패류 서식판의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 이산화탄소 포집 및 제거장치를 나타낸 도면으로서, 이산화탄소를 포집하는 포집부(10)와, 이산화탄소를 통해 해양 및 담수성 미세조류을 배양하는 미세조류 배양조(20)와, 해양 및 담수성 미세조류가 배양된 배양액에 해양 및 담수성 패류를 생장시키는 패류 양식조(30)와, 미세조류 배양조(20)와 패류 양식조(30)의 하측에 연결되어 공기를 주입하는 공기펌프를 포함한다.
상기 포집부(10)는 이산화탄소로 대상물을 용접하는 산업현장 또는 발전소 또는 화학플랜트에서 이산화탄소가 발생되는 위치에 설치되어 이산화탄소를 흡입하는 흡입체(11)와, 미세조류 배양조(20)와 흡입체(11) 간에 설치되어 이산화탄소를 강제로 흡입하는 흡입펌프(12)로 구성된다.
여기서, 상기 해양 및 담수성 미세조류(Microalgae)는 광합성 색소를 가지고 광합성을 하는 단세포 진핵 미생물들의 총칭이다.
이러한 상기 해양 및 담수성 미세조류의 종류로서는 아나시스티스 니둘란스(Anacystis nidulans), 안키스트로데스무스(Ankistrodesmus sp .), 비둘파 오리타(Biddulpha aurita), 보트리오코커스 브라우니(Botryococcus braunii), 캐토세로스(Chaetoceros sp .), 클라미도모나스 아플라나타(Chlamydomonas applanata), 클라미도모나스 레인하티(Chlamydomonas reinhardtii), 클로렐라(Chlorella sp .), 클로렐라 엘립소이디아(Chlorella ellipsoidea), 클로렐라 에머소니(Chlorella emersonii), 클로렐라 프로토테코이데스(Chlorella protothecoides), 클로렐라 피레노이도사(Chlorella pyrenoidosa), 클로렐라 소로키니아나(Chlorella sorokiniana), 클로렐라 불가리스(Chlorella vulgaris), 클로렐라 미누티시마(Chlorella minutissima), 클로로코커스 리토랄레(Chlorococcus littorale), 시클로텔라 크립티카(Cyclotella cryptica), 두나리엘라 바르다윌(Dunaliella bardawil), 두나리엘라 살리나(Dunaliella salina), 두나리엘라 테르티오렉타(Dunaliella tertiolecta), 두나리엘라 프리모렉타(Dunaliella primolecta), 짐노디눔(Gymnodinum sp .), 히메노모나스 카르테라(Hymenomonas carterae), 이소크리시스 갈바나(Isochrysis galbana), 이소크리시스(Isochrysis sp.), 미크로시스티스 애루기노사(Microcystis aeruginosa), 미크로모나스 푸실라(Micromonas pusilla), 모노두스 서브테라니어스(Monodus subterraneous), 난노클로리스(Nannochloris sp .), 난노클로롭시스(Nannochloropsis sp .), 난노클로롭시스 아토무스(Nannochloropsis atomus), 난노클로롭시스 살리나(Nannochloropsis salina), 나비쿨라 펠리쿨로사(Navicula pelliculosa), 니츠시아(Nitzschia sp .), 니츠시아 클로스테리움(Nitzscia closterium), 니츠시아 팔레아(Nitzscia palea), 오오시스티스 폴리모파(Oocystis polymorpha), 우로코커스(Ourococcus sp .), 오실라토리아 루베센스(Oscillatoria rubescens), 팔로바 루테리(Pavlova lutheri), 패오닥틸룸 트리코르누툼(Phaeodactylum tricornutum), 피크노코커스 프로바솔리(Pycnococcus provasolii), 피라미모나스 코르다타(Pyramimonas cordata), 스피룰리나 플라텐시스(Spirulina platensis), 스테파노디스쿠스 미누툴루스(Stephanodiscus minutulus), 스티코코커스(Stichococcus sp .), 시네드라 울나(Synedra ulna), 세네데스무스 오블리쿠스(Scenedesmus obliquus), 셀레나스트룸 그라실레(Selenastrum gracile), 스켈레토노마 코스탈룸(Skeletonoma costalum), 테트라셀미스 츄이(Tetraselmis chui), 테트라셀미스 마쿨라타(Tetraselmis maculata), 테트라셀미스(Tetraselmis sp .), 테트라셀미스 수에시카(Tetraselmis suecica), 탈라시오시라 슈도모나(Thalassiosira pseudomona) 등이 있으며, 본 발명에서는 상기 해양 및 담수성 미세조류 중 하나 이상을 이용할 수 있다.
상기 대상물을 용접하는 산업현장 또는 발전소 또는 화학플랜트에서 발생되는 이산화탄소를 흡입체(11)에서 흡입하여 미세조류 배양조(20)로 유동시킨다.
이때, 상기 흡입펌프(12)의 동작을 통해 이산화탄소가 흡입체(11)로 흡입되어 미세조류 배양조(20)로 유동된다.
상기 미세조류 배양조(20)와 포집부(10) 간에 연결되는 배관에는 체크밸브(50)가 설치되어 미세조류 배양조(20)에 저장된 배양액이 역류하여 포집부(10)로 유입되지 않도록 한다.
상기 미세조류 배양조(20)의 내부에는 포집부(10)와 연결되는 이산화탄소 공급관(13)이 바닥에 설치되어 기포형태로 이산화탄소를 주입할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이 상기 이산화탄소 공급관(13)은 관의 상측으로 다수의 기공(14)이 형성되며, 중앙부에 포집부(10)가 연결되고, 양단 방향으로 점차 관의 폭이 좁아지는 형상으로 형성된다.
상기 이산화탄소 공급관(13)의 양단 방향의 폭이 좁아지도록 형성하는 이유는 이산화탄소 공급관(13)의 양단측으로 갈수록 이산화탄소의 주입압력이 약해지기 때문이다.
이에 따라 기공(14)의 크기도 이산화탄소 공급관(13) 양단측으로 갈수록 작아지게 된다.
상기 미세조류 배양조(20)는 통 형상으로 형성되어 상측 일부 또는 전체가 개구되고, 외주연에 다수의 투과부(21)가 형성되어 빛이 미세조류 배양조(20) 내부로 투과될 수 있도록 한다.
상기 미세조류 배양조(20)의 상측 개구부에는 투명 재질의 개폐창(22)이 형성되어 상측의 빛이 투과되며, 미세조류 배양조(20)를 세척하거나 해양 및 담수성 미세조류 및 배양액을 투입할 때 개폐할 수 있다.
이렇게 포집부(10)를 통해 포집된 이산화탄소가 미세조류 배양조(20)에 투입되어 해양 및 담수성 미세조류가 배양되면, 미세조류 배양조(20)의 하측 외주연에 형성된 연결부를 통해 연결되는 패류 양식조(30)에 배양액이 주입된다.
상기 패류 양식조(30)는 통 형상으로 형성되며, 상측이 전체 또는 일부가 개구되며, 개구에 투명재질의 개폐문(31)이 결합되며, 개폐문(31)으로는 해양 및 담수성 패류를 투입 및 수확할 수 있다.
그리고, 상기 패류 양식조(30)의 측면에는 해양 및 담수성 패류의 상태를 확인할 수 있도록 점검창이 형성된다.
상기 패류 양식조(30)는 미세조류 배양조(20)에서 유입되는 배양액이 연결부(15)를 통해 유입되어 해양 및 담수성 패류가 양식된다.
상기 패류 양식조(30)는 미세조류 배양조(20)의 설치 높이보다 낮은 위치에 설치되어 미세조류 배양조(20)에서 해양 및 담수성 미세조류의 배양이 완료된 배양액이 패류 양식조(30)로 연결부(15)를 통해 유입되기 쉽도록 한다.
도 3에 도시된 바와 같이 상기 해양 및 담수성 패류는 해양 및 담수성 패류를 다수 고정시키고 패류 양식조(30) 내부에서 이격되어 다수 적층되도록 패류 서식판(60)에 적재되어 패류 양식조(30)에 투입된다.
상기 패류 서식판(60)은 판 형상으로 형성되어 상측방향으로 해양 및 담수성 패류가 고착되어 생장할 수 있도록 칫솔모 형태의 고착모(61)가 형성된다.
그리고, 상기 패류 서식판(60)의 전면에는 다수의 홀(62)이 형성되어 배양액 및 공기가 유동될 수 있도록 한다.
상기 미세조류 배양조(20)와 패류 양식조(30)의 하측에는 공기펌프가 연결되어 공기가 주입되고, 미세조류 배양조(20)와 패류 양식조(30)에 주입된 공기는 배양액을 교반시키고, 해양 및 담수성 패류에 공기를 공급하게 된다.
상기 미세조류 배양조(20)의 상측에는 미세조류 배양조(20)에서 발생되는 산소를 외부로 배출시키는 산소 유동관이 연결된다.
상기 산소 유동관은 패류 양식조(30)에 연결되어 산소를 패류 양식조(30)에 공급할 수도 있다.
이때, 상기 산소 유동관에는 체크밸브(50)가 설치되어 배양액의 역류를 방지하게 된다.
상기 산소 유동관은 연결부(15)에도 연결되어 미세조류 배양조(20)에서 배양액이 패류 양식조(30)로 유입될 때 배양액에 혼입될 수 있도록 한다.
여기서 상기 산소 유동관을 통해 미세조류 배양조(20)의 산소를 패류 양식조(30)에 주입시키는 이유는 해양 및 담수성 패류의 폐사를 방지하기 위해서이다.
상기 미세조류 배양조(20)와 패류 양식조(30)의 외주연에는 배양액을 배출시키고, 미세조류 배양조(20)와 패류 양식조(30)의 내부를 청소할 수 있는 측면 개폐문(40)이 형성된다.
그리고, 상기 미세조류 배양조(20)와 패류 양식조(30)의 하측에는 공기펌프가 연결되어 외부의 공기를 미세조류 배양조(20)와 패류 양식조(30)에 주입하게 된다.
이러한 공기펌프와 미세조류 배양조(20)와 패류 양식조(30) 간에는 체크밸브(50)가 설치되어 배양액의 역류를 방지하게 된다.
이때, 상기 공기펌프를 통해 미세조류 배양조(20)와 패류 양식조(30) 내부에 공기를 주입하는 이유는 배양액의 교반과 동시에 해양 및 담수성 미세조류가 적체되는 것을 방지하고, 해양 및 담수성 패류가 폐사하는 것을 방지하도록 하기 위해서이다.
상기 미세조류 배양조(20)와 패류 양식조(30)는 환경에 따라 각각 별도로 설치되어 사용될 수 있으며, 상기 패류 서식판(60)은 미세조류가 생장하는 환경에 별도로 패류를 양식하도록 사용할 수도 있다.
그리고, 상기 패류 서식판(60)의 고착모는 해양 및 담수성 패류의 크기에 따라 다르게 형성되어 패류의 크기에 맞는 고착모(61)가 형성된 패류 서식판(60)을 사용하여 패류를 생장시키게 된다. 즉, 해양 및 담수성 패류의 크기가 커질수록 고착모의 길이가 긴 패류 서식판(60)을 사용하게 된다.
이와 같이 구성된 본 발명은 포집부로 이산화탄소를 포집하고, 포집된 이산화탄소로 해양 및 담수성 미세조류를 배양하여 산호를 발생시켜 공기의 오염을 줄일 수 있는 이점이 있고, 해양 및 담수성 미세조류를 통해 해양 및 담수성 패류를 양식할 수 있는 이점이 있다.
상기와 같은 이산화탄소 포집 및 제거장치는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.
10 : 포집부 11 : 흡입체
12 : 흡입펌프 13 : 이산화탄소 공급관
14 : 기공
20 : 미세조류 배양조 21 : 투과부
22 : 개폐창
30 : 패류 양식조 31 : 개폐문
40 : 측면 개폐문 50 : 체크밸브
60 : 패류 서식판 61 : 고착모
62 : 홀
12 : 흡입펌프 13 : 이산화탄소 공급관
14 : 기공
20 : 미세조류 배양조 21 : 투과부
22 : 개폐창
30 : 패류 양식조 31 : 개폐문
40 : 측면 개폐문 50 : 체크밸브
60 : 패류 서식판 61 : 고착모
62 : 홀
Claims (6)
- 이산화탄소로 대상물을 용접하는 산업현장 또는 발전소 또는 화학플랜트에서 발생되는 이산화탄소를 포집하는 포집부;
상기 포집부와 연결되어 포집된 이산화탄소가 하측에서 주입되며, 내부에 해양 및 담수성 미세조류가 배양되는 배양액이 저장되며, 외주연에 다수의 투과부가 형성되고, 상측에 투명재질로 형성된 개폐창이 형성된 미세조류 배양조;
상기 미세조류 배양조와 연결되어 상기 미세조류 배양조에서 유입되는 배양액이 저장되고, 해양 및 담수성 패류가 투입되어 생장하며, 상부에 투명재질의 개폐문이 형성되는 패류 양식조; 및
상기 미세조류 배양조와 패류 양식조의 하단에 연결되어 배양액을 교반시키도록 공기를 주입하는 공기펌프;를 포함하여 구성되고,
상기 미세조류 배양조의 상측과 해양 및 담수성 패류 배양조의 하측 간에는 상기 해양 및 담수성 미세조류의 배양을 통해 발생되는 산소가 상기 해양 및 담수성 패류 배양조로 유입되도록 산소 유동관이 연결되며,
상기 미세조류 배양조와 패류 양식조의 외주연에는 내부를 청소할 수 있는 청소용 측면 개폐문이 형성되고,
상기 포집부는, 상기 이산화탄소가 발생되는 위치에 설치되어 이산화탄소를 흡입하는 흡입체; 및
상기 흡입체와 상기 미세조류 배양조 간에 연결되어 이산화 탄소를 흡입하는 흡입펌프;를 포함하여 구성되며,
상기 패류 양식조 내부에는 해양 및 담수성 패류가 적재되어 생장할 수 있는 패류 서식판이 일정 간격 이격되어 적층되어 설치되며, 상기 패류 서식판은 상측으로 고착모가 형성되고, 상기 패류 서식판을 관통하는 다수의 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 포집 및 제거장치. - 삭제
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