KR101804640B1 - 미세조류 양식 시스템 및 미세조류의 양식방법 - Google Patents

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Abstract

미세 조류 양식 시스템이 제공된다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 미세 조류 양식 시스템은 에너지 전환 설비로부터 배출되는 산성의 물이 통과되어 중화될 수 있는 알칼리성 물질을 구비한 중화부 및 중화부로부터 배출된 중화된 물을 공급받아 미세조류를 배양하는 미세조류 배양부를 포함한다.

Description

미세조류 양식 시스템 및 미세조류의 양식방법 {System for farming microalgae and method thereof}
본 발명은 미세조류 양식 시스템 및 미세조류의 양식방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 에너지 전환 설비로부터 배출되는 부산물을 이용하여 미세 조류를 배양할 수 있는 미세조류 양식 시스템 및 이를 이용하는 미세조류의 양식방법에 관한 것이다.
바이오매스는 자연계 내에서 쉽게 구할 수 있고 태양 에너지와 물, 이산화탄소 등의 재료를 사용하는 광합성 과정을 통해 지속적인 생산이 가능한 자원이기 때문에 바이오매스로 만드는 바이오연료 역시 지속적인 생산이 가능하다. 특히, 미세조류는 식물보다 태양 에너지의 이용효율이 약 25 배, 이산화탄소 고정능력도 15배 정도가 높아 바이오매스 생산성이 식물의 5 ~ 10배 이상이다. 또한, 배양조건에 따라 체내에 지질을 최대 70%까지 축적할 수 있어 단위 면적당 지질의 생산량은 식물에 비해 50~100배 이상 높다.
최근 공학기술의 발달로 미세조류를 성장속도와 회수량을 증대시키기 위한 연구가 주목을 받고 있다. 미세조류의 성장속도와 회수량을 증대시키기 위하여는 물론 미세조류가 성장할 수 있는 최적의 환경을 조성하는 것이 중요한데, 이러한 환경은 미세조류의 광합성을 위한 적절한 광원, CO2 및 성장에 필요한 영양분의 공급이 매우 중요하다.
한편, 국내외에는 화력발전소와 같이 고체연료를 사용하여 발전을 하는 에너지 전환 설비들이 곳곳에 설치되어 있는데, 이와 같은 화력 발전소에서는 발전을 하고 난 후, 다양한 부산물, 예를 들어, 강산성인 물, 이산화탄소뿐 아니라 고체 연료를 연소시키고 난 후 탄재(coal ash) 등이 생성된다. 이와 같은 탄재는 알칼리성으로 다양한 미네랄 등을 함유하고 있다.
이와 같이 화력 발전소에서 발생한 부산물들 중 물은 주변 온도 보다 높은 온도를 가지므로 폐열을 이용하기 위하여 회수하고, 이산화탄소는 공기 중으로 날려 버리는 한편, 탄재 등은 별도로 모아 폐기 처분하는 것이 일반적이다.
근래에 화력 발전소에서 나오는 물을 미세 조류를 생산하는 과정에서 이용하는 기술이 개발되고 있는데, 일 예로, 한국 등록 특허 10-1278146호 등이 있다. 상기 기술에서는 발전소나 공장에서 나온 온배수를 미세 조류를 배양하기 위한 수조에 중탕식으로 연결하여 온배수의 열을 이용하는 정도로만 이용하고 있다.
만일, 화력 발전소 등에서 나오는 물, 이산화탄소 및 탄재등을 전체적으로 미세조류를 배양하기 위한 시스템에 이용할 수 있다면, 화력 발전소에서 나오는 부산물들을 이용하여 미세조류를 배양할 수 있으므로 효과적이며, 화력 발전소에서 나오는 부산물들을 버리지 않고 재활용할 수 있으므로 이중의 효과를 얻을 수 있을 것이나, 지금까지는 이와 같이 전체적으로 화력 발전소와 같은 에너지 전환 설비에서 나오는 부산물을 전체적으로 이용하여 미세 조류를 배양하는 시스템은 개발되지 않았다.
본 발명의 목적은 에너지 전환 설비로부터 배출되는 부산물을 이용하여 미세 조류를 배양할 수 있는 미세조류 양식 시스템 및 이를 이용한 미세조류의 양식방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 목적은 에너지 전환 설비로부터 배출되는 강산성의 물을 중화하여 미세 조류를 배양하는 배양액으로서 직접 미세 조류를 배양하는 수조에 공급할 수 있도록 하는 미세 조류 양식 시스템 및 이를 이용한 미세 조류 양식 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 에너지 전환 설비로부터 배출되는 알칼리성의 탄재를 이용하여 에너지 전환 설비로부터 배출되는 강산성의 물을 중화시킬 수 있는 미세 조류 양식 시스템 및 이를 이용하는 미세 조류 양식 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 에너지 전환 설비로부터 배출되는 산성의 물이 통과되어 중화될 수 있는 알칼리성 물질을 구비한 중화부; 및 상기 중화부로부터 배출된 중화된 물을 공급받아 미세조류를 배양하는 미세조류 배양부;를 포함하는 미세조류 양식 시스템이 제공된다.
이 때, 상기 에너지 전환 설비는 석탄계 화력 발전소, 석유계 화력발전소, 바이오매스 화력발전소, 복합 화력발전소 및 소각로 중 어느 하나의 설비일 수 있다.
이 때, 상기 산성의 물은 pH 0.5 ~ 3 일 수 있다.
이 때, 상기 알칼리성 물질은 상기 에너지 전환 설비로부터 배출된 바텀 애쉬(Bottom Ash)를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 알칼리성 물질은 바이오매스 연소재, 콜 애쉬(coal ash) 및 건조 슬러지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 알칼리제를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 중화부로부터 배출된 중화된 물은 pH 6 ~ 8의 산도를 가질 수 있다.
이 때, 상기 중화부 및 미세조류 배양부 사이에 상기 중화된 물로부터 미세조류에 대한 유해물질을 분리하는 유해물질 제거부를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 미세조류 배양부는 상기 중화부로부터 상기 중화된 물을 공급받아 미세조류를 배양할 수 있는 수조를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 미세조류 배양부는 상기 수조 내의 상기 중화된 물에 상기 미세 조류가 배양되는데 필요한 물질을 공급하기 위한 공급장치를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 미세 조류가 배양되는데 필요한 물질은 이산화탄소, 질소, 인 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
이 때, 상기 미세조류 배양부는 상기 수조 내의 미세 조류 배양액의 온도를 조절하기 위한 온도조절장치를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 미세조류 배양부는 상기 수조 내의 미세 조류 배양액의 pH를 제어하는 pH 제어장치를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 pH제어장치는 상기 중화부의 하류에서 상기 중화부로부터 배출된 상기 중화된 물의 pH를 확인하기 위한 제 1 pH 측정센서; 및 상기 미세조류 배양부의 상기 수조내의 미세 조류 배양액의 pH를 측정하는 제 2 pH 측정 센서;를 포함하고, 상기 제 1 pH 측정 센서 및 상기 제 2 pH 측정 센서에서 측정된 pH에 따라 상기 수조 내의 pH가 조절될 수 있다.
이 때, 상기 미세조류 배양부는 상기 수조 내의 미세조류의 생장환경 및 생장정도를 측정할 수 있는 수조환경 측정장치를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 수조 내에 구비되는 광 공급원을 포함할 수 있다.
이 때, 상기 미세조류 배양부는 상기 수조 내에 유해성분 흡착입자 및 미세 조류 회수 입자 중 적어도 하나를 구비할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 에너지 전환 설비로부터 배출되는 산성의 물을 알칼리성 물질을 구비한 중화부로 공급하는 단계; 상기 산성의 물을 상기 중화부 내에 구비된 알칼리성 물질을 통과시킴으로써 중화시켜 중화된 물을 제조하는 단계; 상기 중화된 물을 미세 조류가 배양되는 미세조류 배양부로 직접 공급하는 단계 및 상기 미세조류 배양부에서 미세조류를 양식하는 단계;를 포함하는 미세조류의 양식방법이 제공된다.
이 때, 상기 알칼리성 물질은 상기 에너지 전환 설비로부터 배출될 수 있다.
이 때, 상기 중화된 물을 미세 조류가 배양되는 미세조류 배양부로 직접 공급하는 단계 이전에, 상기 중화된 물로부터 상기 미세 조류에 대한 유해 물질을 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 때, 상기 미세조류 배양부에서 미세조류를 양식하는 단계는, 상기 미세조류 배양부의 환경을 계측하고, 상기 미세조류 배양부 내에서 배양되는 미세 조류에게 필요한 영양분을 공급하는 단계를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 미세조류 배양부에서 미세조류를 양식하는 단계는 상기 중화부를 나온 상기 중화된 물 및 상기 미세조류 배양부 내의 배양액의 pH를 계측한 후, 상기 미세조류 배양부 내의 pH를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 미세조류 양식 시스템 및 양식 방법에 따르면, 에너지 전환 설비로부터 발생한 물을 에너지 전환 설비로부터 나온 알칼리성 물질을 이용하여 중화하여 미세 조류를 양식하기 위한 수조에 투입되는 배양액으로 이용할 수 있다.
또한, 에너지 전환 설비로부터 배출된 물이 알칼리성 물질을 지나는 동안 알칼리성 물질에 포함되는 미네랄 성분이 물에 함유될 수 있어 미세 조류의 배양에 필요한 영양분이 공급된 배양액을 제조할 수 있다.
또한, 에너지 전환 설비에서 발생된 알칼리성 물질은 산성의 물이 탄재를 통과하는 동안 중화될 수 있어 알칼리성 물질의 품질이 향상될 수 있다.
또한, 에너지 전환 설비에서 나오는 강산성의 물과 알칼리성 물질의 양을 조절하여, 미세 조류가 배양되는 수조에서 배양액을 이용하여 미세조류를 배양하기 위한 조건을 제어할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 에너지 전환 설비로부터 배출되는 물, 이산화탄소, 탄재 등을 전체적으로 미세조류를 배양하기 위한 목적으로 이용할 수 있기 때문에, 에너지 전환 설비로부터 배출되는 부산물의 처리가 용이하고, 또한, 일반적으로 버려지는 부산물을 이용하여 미세조류를 배양한다는 점에서 버려지는 자원을 재활용할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세조류 양식 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 조류 양식 방법의 순서도이다.
본 발명의 미세조류 양식 시스템을 이루는 구성요소들은 필요에 따라 일체형으로 사용되거나 각각 분리되어 사용될 수 있다. 또한, 사용 형태에 따라 일부 구성요소를 생략하여 사용 가능하다.
본 발명에 따른 미세조류 양식 시스템의 바람직한 실시 예를 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 기술되어야 할 것이다.
이하, 첨부된 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 미세조류 양식 시스템 및 양식 방법을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 미세조류 양식 시스템의 개략도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 조류 양식 방법의 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 미세조류 양식 시스템은 에너지 전환 설비로부터 배출되는 강산성의 물을 중화시키고, 중화된 물을 미세조류를 배양하는 미세조류 배양부로 공급할 수 있는 미세조류 양식 시스템이다.
이를 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 미세조류 양식 시스템(1)은, 중화부(100) 및 미세조류 배양부(200)를 포함할 수 있다.
중화부(100)는 에너지 전환 설비(10)에서 발생된 강산성의 물을 중화하기 위한 구성이다.
본 발명의 일 실시예에서, 에너지 전환 설비(10)는 석탄계 화력 발전소, 석유계 화력 발전소, 바이오매스 화력발전소, 복합 화력발전소 및 소각로 중 어느 하나의 설비일 수 있는데, 에너지 전환시 발생하는 수증기를 응축시켜 강산성의 응축수가 생산될 수 있는 장치라면 특별히 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 에너지 전환 설비(10)로부터 발생된 물은 에너지 전환 설비(10)에서 발생하는 수증기를 응축시켜 회수한 물일 수 있으며, CO2, NOx 및 SOx 중 적어도 하나의 부산물을 포함할 수 있다. 이때, 에너지 전환 설비(10)가 순산소 연소 공정을 도입한 경우 수증기 및 CO2 만 발생할 수 있다.
한편, 강산성의 물은 pH 0.5 ~ 3 의 강산성일 수 있다.
이와 같이 배출되는 강산성의 물은 배관(12)을 통해 중화부(100)로 공급된다. (S10)
이와 같이 중화부(100)로 공급된 강산성의 물은 중화부(100)에서 중화될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 중화부(100)는 하우징(101) 및 하우징(101) 내부에 구비되는 알칼리성 물질, 예를 들어 바텀 애쉬(110)을 포함할 수 있다. 이 때, 하우징(101) 내부에 구비되는 알칼리성 물질은 에너지 전환 설비(10)로부터 배출되는 부산물, 예를 들어, 탄재(Coal Ash)일 수 있다.
에너지 전환 설비(10), 예를 들어, 화력 발전소에서 배출되는 탄재는, 바텀 애쉬(Bottom Ash) 또는 바닥재를 포함할 수 있는데, 이는 화력 발전소에서 고체 연료가 연소하고, 불연(不然)성분과 미처 타지 못한 일부 가연(可燃)성분이 소각로 안의 화격자 아래 놓인 잔류물 호퍼로 떨어진 것을 말한다. 이와 같은 바텀 애쉬는 알칼리 성분이 다량 함유되면서도 미네랄이 풍부하여 물을 통과시킬 경우 물을 알칼리화 시키고, 물에 미네랄을 공급할 수 있어 미세조류 배양액으로 사용하기에 적절한 장점이 있다.
또한, 바텀 애쉬(110)는 물에 포함될 수 있는 유기물, 중금속 등의 기타 불순물을 필터링할 수 있는 필터의 역할을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 중화부(100)에서는 하우징(101) 내부에 바텀 애쉬(110)가 놓여진 상태에서 하우징(101) 내부로 유입관(12)을 통해 물이 공급된 후 알칼리성 물질, 즉 바텀 애쉬(110)를 통과하는 동안 강산성의 물이 중화되어 중화된 물이 제조된다. (S20) 이 때, 바텀 애쉬(110)가 내재된 하우징 내부에서 강산성의 물이 중화되는 동안 하우징 내부에는 바텀 애쉬와 강산성의 물이 혼재된 상태를 이룬다.
이와 같이 중화부(100)에서 중화된 물은 배출관(14)을 통해 하우징(101) 외부로 배출된다.
이때, 본 실시예에서는 바텀 애쉬(110)는 화력발전소에서 나온 탄재(Coal Ash) 인 것으로 예시하였으나, 중화부(100)에 사용될 수 있는 알칼리성 물질이 이에 제한되는 것은 아니다. 즉 중화부(100)에 사용될 수 있는 알칼리성 물질로서, 바이오매스 연소재, 및 건조 슬러지 등을 사용하는 것도 가능하며, 또한, 이와 같은 알칼리성 물질들을 혼합하여 사용하는 것도 가능하다.
바이오매스 연소재는 바이오매스를 혼소 및/또는 전소하여 발생되는 것으로 알칼리 성분이 다량 함유되어 있어 물의 중화에 유용할 수 있다. 그리고, 건조 슬러지는 인 성분을 다량 함유하여 미세조류 배양액으로 사용하기에 적절한 장점이 있다.
한편, 물의 중화에 사용된 바텀 애쉬(110)는 하우징(101)으로부터 제거되고, 새로운 바텀 애쉬(110)가 하우징(101) 내부에 채워져 중화제로서 사용될 수 있다. 이 때, 바텀 애쉬(110)는 하우징(101) 내부에 배치(batch) 공정 또는 연속식(continuous) 공정 등을 통해 도입가능한데, 바텀 애쉬의 도입방식은 설계되는 공정에 따라 달라질 수 있으며 방식에 특별히 한정되는 것은 아니다.
이 때, 강산성의 물을 중화시킨 후 남은 바텀 애쉬(110)는 알칼리성이 약화되고 또한 중화되므로 바텀 애쉬(110) 자체의 품질이 향상된다. 이와 같이 품질이 향상된 바텀 애쉬(110)는 별도의 처리 공정을 통하여 재활용될 수 있다.
이때, 중화부(100)로부터 배출된 중화된 물은 pH 6 ~ 8일의 산도를 가질 수 있다. 이 때, 중화부(100)로부터 배출된 물의 산도는 중화부(100)에 배치되는 알칼리성 물질의 양 및 종류, 그리고 물이 하우징 내부에 머무는 시간 등에 따라 달라질 수 있으며, 이와 같은 조건들을 조절함으로써 중화부(100)로부터 배출되는 물의 중화도를 조절할 수 있다.
중화부(100)로부터 배출되는 물의 중화도를 조절하기 위하여, 중화부(100)로부터 배출되는 물이 지나는 배출관(14)에는 제 1 pH 측정 센서(120)를 설치한다. 이와 같이 제 1 pH 측정 센서(120)에서 측정된 물의 산도는 후술하는 미세조류 배양부(200) 내의 배양액의 산도를 조절하기 위하여 사용될 수 있다.
한편, 중화부(100)의 하류에는, 중화된 물이 미세조류 배양부(200)로 유입되기 전에, 중화된 물로부터 미세조류에 대한 유해물질을 분리하는 유해물질 제거부(140)가 구비될 수 있다.
유해물질 제거부(140)에서는 중화된 물에 포함된 유해물질을 제거한다.(S30)
중화부(100)에서는 바텀 애쉬(110)가 물을 중화시킴과 동시에 바텀 애쉬(110)에 함유되어 있는 미네랄, 미연분등이 물에 녹아들 수 있는데, 이 때, 바텀 애쉬(110)에 포함된 중금속 등도 물에 녹아들 수 있다. 이와 같은 중금속 등은 미세조류에 대하여 유해물질로 작용하므로, 물로부터 유해물질을 제거해야만 물을 미세조류의 배양액으로 사용할 수 있다.
이를 위해, 유해물질 제거부(140)는 필터 형태로 구성될 수 있는데, 미세조류에 대한 유해물질을 중화된 물로부터 제거하기 위한 구성이라면 어떠한 형태로도 이루어질 수 있으며, 그 형태가 특별히 한정되는 것은 아니다.
유해 물질이 제거된 중화된 물은 미세조류 배양부(200)와 연통되는 배관(16)을 통해 미세조류 배양부(200)로 공급될 수 있다.
중화부(100)에서 중화된 물은 유해물질 제거부(140)에서 유해 물질이 제거된 상태에서 바텀 애쉬(110)에 포함되는 미네랄 성분 등이 함유되어 있어 미세조류를 양식하기 위한 배양액으로 사용가능하다. 이와 같이 중화부(100)에서 중화되고 유해 물질이 제거된 물은 미세 조류를 양식하기 위한 배양액으로 사용가능한 물이 되어 미세조류 배양부(200)로 직접 공급된다.(S40)
그 후, 미세조류 배양부(200)에서 미세 조류가 양식될 수 있다.(S50)
이 때, 미세조류 배양부(200)는 미세조류를 배양하기 위한 배양액을 저장하는 수조(201) 및 수조(201)에 저장된 배양액이 미세조류를 배양하기에 적합하도록 배양액의 조건을 제어하는 복수의 장치를 포함할 수 있다.
수조(201)는, 건조, 열수가압, 가스화, 연소 등을 포함하는 열화학적 반응, 혐기소화 및 발효 등을 포함하는 생물학적 공정, 용매 또는 촉매를 통한 반응 또는 추출 공정을 이용하는 기타 공정을 포함하여 미세조류와 기능성 입자를 함께 반응기에 넣어 에너지 또는 고부가 원료를 생산하는 공정에 사용될 수 있다.
이 때, 수조(201)에서 배양되는 미세조류는 생산량이 높으면서 지질함량이 많고 적응환경이 좋은 Nannochlorpsis sp, Chlorella sp. (中 Chlorella vulgaris 등), Dunaliella saline 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있으나, 배양하여 바이오 오일로 제조될 수 있는 미세조류라면 어느 것이든 사용가능하며 이에 특별히 한정되는 것은 아니다.
이 때, 미세조류 배양부(200)에서는 미세조류의 생장 환경 및 생장 정도에 따라 추가 공정을 수행하여 미세조류의 배양액의 조성, pH, 온도 등을 제어할 수 있다.
보다 상세하게는, 미세조류의 배양을 위해서는 미세조류의 광합성이 수행되어야 하고, 이를 위하여 배양액 내에는 H2O, 광합성을 위한 이산화탄소, 질소 및 인 등의 영양분, 빛 및 미세조류의 생장에 최적화된 배양액 온도 등이 구비될 필요가 있다. 이를 위하여 미세조류 배양부(200)에는 이산화탄소 공급 장치(230), 질소원계 영양 공급 장치(220), 인계 영양 공급장치(221), 온도 조절 장치(240), pH제어장치 및 수조 환경 측정 장치(250)가 설치될 수 있다. 이하 각각의 구성에 대하여 상세히 설명한다.
이산화탄소 공급장치(230)는 수조에 연결되어 이산화탄소를 공급한다. 이산화탄소는 미세조류의 광합성에 필요한 것으로서, 에너지 전환 설비(10)로부터 발생하는 부산물일 수 있다. 즉, 본 실시예에서는 화력발전소에서 발생되는 이산화탄소를 대기중으로 배출시키지 않고, 별도로 저장한 후, 저장된 이산화탄소 기체를 미세조류 배양부 내로 직접적으로 공급하도록 구성된다. 이에 따라, 화력 발전소에서 생태계로 방출될 수 있는 이산화탄소를 재활용하여 대기중으로 방출되는 이산화탄소의 양을 줄일 수 있을 뿐 아니라, 미세조류의 배양에 필요한 영양원을 공급할 수 있다.
이 때, 미세조류의 광합성 작용에 이산화탄소가 필요하지만 배양에 이산화탄소를 제한없이 넣는다면 배양액과 반응을 하여 배양액의 pH가 떨어지게 되므로, pH를 6~7 사이를 유지하도록 이산화탄소의 공급을 제한하는 것이 바람직하다.
질소원계 영양 공급장치(220)는 질소원계 영양분을 수조(201)에 공급하기 위하여, 수조에 연결될 수 있다. 질소 원계 영양분은 질소를 포함하는 화합물의 형태로서 중화수에 공급되어 미세조류의 광합성 및 생장에 필요한 양분으로 사용될 수 있다.
이때, 질소원계 영양분은 Ca(NO3)2·4H2O, MnCl2·4H2O, (NH4)6MO7O24·4H2O, NaNO3 (Jawoski's medium)등의 질소화합물일 수 있다.
질소원계 영양 공급장치(220)는 에너지 전환설비에 구비될 수 있는 ASU(air separate unit)으로부터 분리된 질소 기체를 질소화합물로 전환하여 중화수로 공급하는 질소기체 전환장치를 포함할 수 있고, 질소 기체 전환 장치에서 질소기체가 질소화합물로 전환되어 수조에 공급될 수 있다. ASU(air separate unit)는 순산소 연소 시스템에 산소를 도입하기 위하여 공기로부터 질소 기체를 분리할 수 있는 장치이다.
인계 영양 공급장치(221)는 인계 영양원을 수조에 공급하도록 수조와 연결될 수 있다. 인은 중화수에 도입되어 제조되는 배양액에서 미세조류의 생장을 위한 영양분의 역할을 수행할 수 있다.
인계 영양 공급 장치(221)에서 공급되는 인은 에너지 전환 설비(10)에서 나오는 부산물일 수 있으나, 인의 공급원이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 실시예에서는 수조(201)에 공급되어야 하는, 미세 조류가 배양되는데 필요한 물질로서, 이산화탄소, 질소 및 인을 예시하였으나, 미세 조류가 배양되는데 필요한 물질로서 수조에 직접 연결된 상태로 외부에서 공급될 수 있는 물질이라면 어떠한 물질도 미세 조류 배양을 위하여 공급될 수 있다.
한편, 수조(201)에는 온도조절장치(240)가 설치될 수 있다. 미세조류 배양부(200) 내의 배양액의 온도는 배양액 내에서 배양되는 미세 조류의 성장을 촉진시킬 수 있도록 미세 조류의 종류에 따라 최적의 온도로 제어될 필요가 있다. 온도 조절 장치는 공지된 다양한 수조내 배양액 온도 조절 방법을 이용할 수 있는 바, 그에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
참고로, 미세 조류를 배양하기에 적합한 온도는 20~30℃인데, 고온에 잘 적응하는 미세조류가 있는 한편, 그렇지 않은 미세조류가 30℃가 넘는 온도에서 배양되면 색깔 탈색이 일어나면서 사멸되는 현상이 발생한다. 따라서, 수조 내에서 배양액의 온도를 적절하게 유지하는 것은 미세 조류의 생장에 매우 중요하다.
한편, 미세조류 배양부(200)는 수조(201) 내의 미세 조류 배양액의 pH를 제어하는 pH제어장치를 구비할 수 있다. 이 때, pH제어장치는 전술한 제 1 pH 측정 센서와 제 2 pH 측정 센서(210), 그리고 제어기(130)를 포함할 수 있다.
이때, 제 2 pH 측정 센서(210)는 미세조류 배양부(200)의 수조(201)내의 미세 조류 배양액의 pH를 측정하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 중화부(100)의 하류에 설치되는 제 1 pH 측정 센서(120) 및 수조에 설치되는 제 2 pH 측정 센서(210)에서 측정된 pH에 따라 수조 내의 pH가 조절될 수 있다. 제어기(130)는 제 2 pH 측정 센서(210)에서 측정된 수조 내부의 배양액의 pH가 너무 높다고 판단되는 경우 제 1 pH 측정 센서(120)에서 측정되는 물의 pH를 낮출 수 있도록 시스템을 제어한다. 이와 같이 제 1 pH 측정 센서(120)에서 측정되는 물의 pH를 낮추기 위하여는 일 예로서 중화부(100)에 투입되는 바텀 애쉬의 양을 증가시켜 중화부로 들어오는 물이 보다 많은 양의 바텀 애쉬를 통과하도록 할 수 있다.
한편, 수조(201)는 미세조류의 생장환경 및 생장정도를 측정할 수 있는 수조환경 측정장치(250)를 포함할 수 있다. 수조환경 측정장치(250)는 미세조류의 생장을 위한 최적의 배양액에 포함되는 성분비, 배양액의 pH, 공급량 및 온도 등의 미세조류 생장환경 및 미세조류의 생장 정도를 측정할 수 있다. 측정된 수조 환경에 따라, 수조 내부에 미세조류의 생장을 위한 배양액의 조건 또는 환경을 변화시킴으로써 수조 내에서 생장되는 미세 조류의 생산성을 향상시킬 수 있다. 이 때, 수조 내로 공급되는 배양액의 조건은 중화부에 투입되는 알칼리성 물질에 따라 강산성의 물이 중화부에서 중화되는 동안 함께 조절될 수 있고, 이와 동시에 중화부에 투입되는 알칼리성 물질에 함유된 미네랄 성분이 배양액에 녹아들어가 미세 조류 배양시 사용될 수 있다. 이 때, 중화부에는 배양액의 특성을 조절하기 위한 별도의 물질이 알칼리성 물질과 함께 투입되어 강산성의 물에 함유되도록 하는 것도 가능할 것이다.
한편, 수조 내에는 광 공급원(A1)이 구비될 수 있다. 광 공급원(A1)은 수조의 표면에 형성되는 미세조류로 인하여 수조 내부로 빛의 공급이 차단되는 경우 수조 내부에서의 광합성을 위한 광을 제공하기 위한 것이다. 이 때, 광 공급원(A1)은 태양이 수조에 햇빚을 공급하는 낮에는 작동하지 않고 밤에만 작동하도록 하는 것도 가능하다. 광 공급원(A1)의 일 예로, 캡슐 내부에 빛을 흡수하여 발광하는 형광물질이 충진된 것 등이 사용될 수 있다. 다만, 광 공급원(A1)은 상기와 같은 역할을 수행할 수 있는 광 공급원이라면 어느 것이든 사용 가능하며 특별히 한정되는 것은 아니다.
한편, 미세조류 배양부(200)는 수조 내에 유해성분 흡착입자(A2) 및 미세 조류 회수 입자(A3) 중 적어도 하나를 구비할 수 있다. 유해성분 흡착입자(A2) 및 미세 조류 회수 입자(A3)는 배양액 내에서 다수가 배양액과 함께 유동하고, 침전되거나 부양되지 않고 고루 분포될 수 있도록 미리 설정된 범위의 비중을 가질 수 있다. 이는 배양액의 비중과 비교적 가까운 것이 바람직한데, 미리 설정된 비중범위 내에서 각각 다른 비중을 갖도록 할 수 있으며, 각기 다른 비중에 따라 선택적으로 유동 가능하다.
이때, 유해성분 흡착입자(A2)의 경우에는 캡슐 내부에 미세조류 배양시에 대사작용에 의하여 발생하는 미세조류 성장방해 물질(예를 들면, 고 농도의 암모니아성 질소)을 흡착하기 위한 흡착물질이 충진될 수 있다.
또한, 미세조류 회수입자(A3)의 경우에는 수조 내의 미세조류를 회수하기 용이하도록 표면에 돌기, 촉수가 형성되거나 표면이 메쉬(Mesh)소재로 이루어질 수 있고, 이로써 수조 내에서 일정 이상 성장한 미세조류가 입자 표면에 부착 또는 포획될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 에너지 전환설비 12: 유입관
14: 배출관 16: 배관
100: 중화부 101 하우징
110: 바텀 애쉬(bottom ash) 120: 제1 pH 측정 센서
130: 제어기 140: 유해물질 제거부
200: 미세조류 배양부 201 수조
210: 제2 pH 측정 센서 220: 질소원계 영양 공급장치
221: 인계 영양 공급장치 230: 이산화탄소 공급장치
240: 온도조절장치 250: 수조환경 측정장치
A1: 광 공급원 A2: 유해성분 흡착입자
A3: 미세조류 회수입자

Claims (21)

  1. 에너지 전환 설비로부터 배출되는 산성의 물이 통과되어 중화될 수 있는 알칼리성 물질을 구비한 중화부;
    상기 중화부로부터 배출된 중화된 물을 공급받아 미세조류를 배양하는 수조와 상기 수조 내의 미세 조류 배양액의 온도를 조절하기 위한 온도조절장치와 상기 수조 내의 미세 조류 배양액의 pH를 제어하는 pH제어장치와 상기 수조 내의 미세조류의 생장환경 및 생장정도를 측정할 수 있는 수조환경 측정장치를 포함하는 미세조류 배양부;
    상기 중화부 및 미세조류 배양부 사이에 상기 중화된 물로부터 미세조류에 대한 유해물질을 분리하는 유해물질 제거부; 및
    상기 미세조류 배양부는 상기 수조 내의 상기 중화된 물에 상기 미세 조류가 배양되는데 필요한 물질을 공급하기 위한 공급부;를 포함하고,
    상기 알칼리성 물질은 상기 에너지 전환 설비로부터 배출된 바텀 애쉬를 포함하고,
    상기 산성의 물은 pH 0.5 ~ 3인 강 산성이며, 상기 중화부에서 상기 알칼리성 물질에 의해 중화되면서 상기 바텀 애쉬를 통과하여 필터링되고,
    상기 pH제어장치는,
    상기 중화부의 하류에서 상기 중화부로부터 배출된 상기 중화된 물의 pH를 확인하기 위한 제 1 pH 측정센서 및 상기 미세조류 배양부의 상기 수조 내의 미세 조류 배양액의 pH를 측정하는 제 2 pH 측정센서를 포함하고,
    상기 제 1 pH 측정센서 및 상기 제 2 pH 측정센서에서 측정된 pH에 따라 상기 수조 내의 pH가 조절되며,
    상기 수조 내에 구비되는 광 공급원을 포함하고,
    상기 미세조류 배양부는 상기 수조 내에 유해성분 흡착입자 및 미세 조류 회수 입자 중 적어도 하나를 구비하는 미세조류 양식 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 에너지 전환 설비는 석탄계 화력 발전소, 석유계 화력발전소, 바이오매스 화력발전소, 복합 화력발전소 및 소각로 중 어느 하나의 설비인 것을 특징으로 하는 미세조류 양식 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 알칼리성 물질은 바이오매스 연소재, 콜 애쉬(coal ash), 및 건조 슬러지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 알칼리제를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세조류 양식 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 중화부로부터 배출된 중화된 물은 pH 6 ~ 8의 산도를 갖는 것을 특징으로 하는 미세조류 양식 시스템.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세 조류가 배양되는데 필요한 물질은 이산화탄소, 질소, 인 중 적어도 어느 하나인 미세조류 양식 시스템.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제 1 항, 제 2 항, 제 5 항, 제 6 항 및 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 미세조류 양식 시스템을 이용하여, 미세조류를 양식하는 미세조류의 양식방법으로서,
    에너지 전환 설비로부터 배출되는 산성의 물을 알칼리성 물질을 구비한 중화부로 공급하는 단계;
    상기 산성의 물을 상기 중화부 내에 구비된 알칼리성 물질을 통과시킴으로써 중화시켜 중화된 물을 제조하는 단계;
    상기 중화된 물로부터 상기 미세 조류에 대한 유해 물질을 분리하는 단계;
    상기 중화된 물을 미세 조류가 배양되는 미세조류 배양부로 직접 공급하는 단계; 및
    상기 미세조류 배양부에서 미세조류를 양식하는 단계;를 포함하고,
    상기 알칼리성 물질은 상기 에너지 전환 설비의 에너지 전환 과정으로부터 배출되는 미세조류의 양식방법.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 미세조류 배양부에서 미세조류를 양식하는 단계는,
    상기 미세조류 배양부의 환경을 계측하고, 상기 미세조류 배양부 내에서 배양되는 미세 조류에게 필요한 영양분을 공급하는 단계를 포함하는 미세조류의 양식방법.
  21. 제 17 항에 있어서,
    상기 미세조류 배양부에서 미세조류를 양식하는 단계는
    상기 중화부를 나온 상기 중화된 물 및 상기 미세조류 배양부 내의 배양액의 pH를 계측한 후, 상기 미세조류 배양부 내의 pH를 조절하는 단계를 포함하는 미세조류의 양식방법.
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