KR101833233B1 - Series reactors for the carbon dioxide conversion and capture, and carbon dioxide conversion and capture process using series reactors - Google Patents

Series reactors for the carbon dioxide conversion and capture, and carbon dioxide conversion and capture process using series reactors Download PDF

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Abstract

본 발명은 이산화탄소 전환 및 포집용 직렬반응기 및 이를 이용한 이산화탄소 전환 및 포집공정에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 대기중으로 배출되는 배가스에 포함된 이산화탄소의 농도를 현저히 저감시키는 동시에 저감과정에서 발생되는 중탄산수용액을 별도로 수집, 활용 가능하고, 공정의 부하를 현저히 감소시킬 수 있는 이산화탄소 전환 및 포집용 직렬반응기 및 이를 이용한 이산화탄소 전환 및 포집공정에 관한 것이다.The present invention relates to a series reactor for converting and collecting carbon dioxide, and a process for converting and collecting carbon dioxide using the same, and more particularly, to a process for converting a carbon dioxide contained in a flue gas discharged into the atmosphere to a significantly reduced carbon dioxide concentration, And a carbon dioxide conversion and collection process using the same. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a carbon dioxide conversion and collection process, and more particularly, to a carbon dioxide conversion and collection process.

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Figure R1020160079582

Description

이산화탄소 전환 및 포집용 직렬반응기 및 이를 이용한 이산화탄소 전환 및 포집공정{Series reactors for the carbon dioxide conversion and capture, and carbon dioxide conversion and capture process using series reactors}[0001] The present invention relates to a series reactor for converting and capturing carbon dioxide, and a process for converting and collecting carbon dioxide using the same,

본 발명은 이산화탄소 전환 및 포집용 직렬반응기 및 이를 이용한 이산화탄소 전환 및 포집공정에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 대기중으로 배출되는 배가스에 포함된 이산화탄소의 농도를 현저히 저감시키는 동시에 저감과정에서 발생되는 중탄산수용액을 별도로 수집, 활용 가능하고, 이산화탄소의 전환 및 포집공정의 부하를 현저히 감소시킬 수 있는 이산화탄소 전환 및 포집용 직렬반응기 및 이를 이용한 이산화탄소 전환 및 포집공정에 관한 것이다.The present invention relates to a series reactor for converting and collecting carbon dioxide, and a process for converting and collecting carbon dioxide using the same, and more particularly, to a process for converting a carbon dioxide contained in a flue gas discharged into the atmosphere to a significantly reduced carbon dioxide concentration, The present invention relates to a series reactor for converting and collecting carbon dioxide which can be separately collected and utilized and which can significantly reduce the load of the conversion and collection process of carbon dioxide and a process for converting and collecting carbon dioxide using the same.

전통적으로, 이산화탄소를 저감하기 위한 방법으로, 이산화탄소 포집 및 저장 기술이 제안되고 있다. 이산화탄소 포집 및 저장 기술은 발전소 등의 배출원에서 발생하는 이산화탄소가 대기로 나가기 전에 포집한 뒤, 수송을 하여 안정한 형태로 저장하는 기술을 의미한다. 이산화탄소 포집 단계는 흡착 및 탈착 과정으로 구성되는데, 첫 번째로 흡착 과정에서는 이산화탄소와 물리적 또는 화학적으로 강한 결합을 할 수 있는 흡수제를 이용하여 배가스로부터 이산화탄소를 포집하게 된다. 상기 탈착 과정에서는 이산화탄소와 결합하고 있는 흡수제에 외부적인 에너지를 가하여 흡수제를 재생하고 순수한 이산화탄소만을 추출하는 단계이다. Traditionally, as a method for reducing carbon dioxide, carbon dioxide capture and storage techniques have been proposed. Carbon dioxide capture and storage technology refers to the technology of capturing carbon dioxide from sources such as power plants before leaving to the atmosphere, and then transporting them and storing them in a stable form. The carbon dioxide capture step consists of adsorption and desorption processes. First, in the adsorption process, carbon dioxide is collected from the exhaust gas using an absorbent capable of physically or chemically strong bonding with carbon dioxide. In the desorption process, external energy is applied to the absorbent bonding with carbon dioxide to regenerate the absorbent and extract only pure carbon dioxide.

그러나 대량의 이산화탄소를 안정적으로 저감하고, 포집되지 않고 배출되는 이산화탄소의 양을 줄이기 위해서는 필연적으로 이산화탄소와의 결합력이 강한 흡수제를 사용할 수밖에 없는데 포집된 이산화탄소를 탈착하는 공정은 현저히 많은 양의 에너지 소모가 필요하며, 많은 양의 에너지를 생산하는 과정은 이산화탄소 발생을 수반할 수 있기 때문에 이산화탄소의 저감을 위해 이산화탄소를 또 다시 발생시키는 순환구조가 형성되어 지구 전체 대기중의 이산화탄소 저감효과를 고려할 때 이산화탄소와 결합력이 강한 흡수제를 사용하는 것은 매우 바람직하지 못한 문제점이 있다. However, in order to stably reduce a large amount of carbon dioxide and to reduce the amount of carbon dioxide discharged without being captured, it is inevitably necessary to use an absorbent having a strong binding force with carbon dioxide. The process of desorbing the captured carbon dioxide requires a considerable amount of energy consumption Since the process of producing a large amount of energy involves the generation of carbon dioxide, a circulation structure for generating carbon dioxide again is formed to reduce the amount of carbon dioxide. Therefore, considering the effect of reducing the total carbon dioxide in the earth's atmosphere, It is very undesirable to use a strong absorbent.

또한, 반대로 이산화탄소와의 결합력이 약한 흡수제를 사용하면 이산화탄소의 추출 및 흡수제의 재생에 소모되는 에너지가 줄어들어 유리하나, 빠른 유속으로 공급되는 배가스에서 이산화탄소를 목적하는 수준까지 빠른 속도로 포집하기 어려워짐에 따라서 이산화탄소가 제대로 포집되지 못하고 다시 방출되는 문제가 있다. On the contrary, when the absorbent having a weak bonding force with carbon dioxide is used, the energy consumed in the extraction of carbon dioxide and the regeneration of the absorbent is reduced, but it is difficult to collect carbon dioxide at a high speed from the exhaust gas supplied at a high flow rate Therefore, there is a problem that carbon dioxide is not collected properly and is released again.

나아가, 이와 같은 문제점을 포집기내의 이산화탄소 체류시간을 증가를 통해 해결하고자 할 경우 포집기의 규모확장이 필요한데, 이 경우 설비증가에 따른 공간적, 비용적 문제가 발생하다. 또한, 더욱 커진 포집기내로 공급된 이산화탄소의 유동성을 증가시키기 위해서는 더 강한 압력으로 배가스를 포집기에 공급시켜야 하나, 이 때 포집기에 걸리는 배압이 증가함에 따라서 포집공정이 불안정해지고, 설비가 손상 및/또는 파괴될 수 있는 문제가 있다. Furthermore, if the problem is solved by increasing the carbon dioxide residence time in the collector, it is necessary to expand the size of the collector. In this case, space and cost problems arise due to the increase of the facility. Further, in order to increase the fluidity of the carbon dioxide supplied into the larger collector, the exhaust gas should be supplied to the collector at a higher pressure. However, as the back pressure applied to the collector increases, the collection process becomes unstable and the equipment is damaged and / There is a problem that can be.

한편, 최근 대기중의 이산화탄소를 중탄산이온과 같은 유용한 부산물로 전환시켜 조류를 배양하는 등에 활용하는 기술들이 소개되고 있다. 그러나 대기중의 이산화탄소의 농도는 400ppm 정도로써, 대기중의 이산화탄소를 중탄산이온과 같은 유용한 부산물로 전환시켜 활용하기에는 이산화탄소의 양이 매우 적은 문제가 있다. 또한, 상술한 것과 같이 배가스를 통해 포집된 이산화탄소를 재생한 후 이를 전환시킬 경우 공급되는 이산화탄소의 양에 비해 전환효율이 상대적으로 낮기 때문에 공급된 상당수의 이산화탄소가 다시 대기중으로 방출되는 문제가 있다. On the other hand, recently, techniques for converting carbon dioxide in the atmosphere into useful by-products such as bicarbonate ions and cultivating algae have been introduced. However, the concentration of carbon dioxide in the atmosphere is about 400 ppm, so there is a problem that the amount of carbon dioxide is very small for converting carbon dioxide in the atmosphere into a useful by-product such as bicarbonate ion. Further, as described above, when the carbon dioxide collected through the flue gas is regenerated and then converted, the conversion efficiency is relatively low compared to the amount of carbon dioxide supplied, so that a considerable amount of carbon dioxide supplied is again released to the atmosphere.

따라서, 빠른 속도로 배출되는 배가스에 포함된 이산화탄소가 높은 효율로 포집되며, 배압의 급격한 증가가 방지되어 안정적으로 이산화탄소를 포집할 수 있는 동시에 다양한 분야로 응용될 수 있는 유용한 부산물을 함께 수득할 수 있는 시스템에 대한 개발이 시급한 실정이다.Therefore, the carbon dioxide contained in the flue gas discharged at a high rate is captured with high efficiency, the back pressure is prevented from increasing sharply, so that carbon dioxide can be stably trapped and useful by-products can be obtained that can be applied to various fields System development is urgently needed.

대한민국 공개특허공보 제2015-0006253호Korean Patent Laid-Open Publication No. 2015-0006253

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 대기중으로 배출되는 배가스 내 포함된 이산화탄소의 농도를 현저히 저감시키는 동시에 저감과정에서 발생되는 산업상 유용한 부산물을 별도로 수집, 활용 가능하고, 이산화탄소 전환 및 포집공정의 부하를 현저히 감소시킬 수 있는 이산화탄소 전환 및 포집용 직렬반응기 및 이를 이용한 이산화탄소 전환 및 포집공정을 제공하는 것이다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made in order to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for reducing carbon dioxide concentration in exhaust gas discharged into the atmosphere, The present invention provides a series reactor for converting and collecting carbon dioxide which can significantly reduce the load of the collection process, and a process for converting and collecting carbon dioxide using the same.

상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 공급된 이산화탄소를 중탄산이온으로 전환시키는 반응을 위하여 전환반응기의 일부분에 채워진 액체, 및 탄산무수화효소를 구비한 효소반응부를 포함하는 전환반응기; 및 상기 전환반응기와 연통되고, 공급된 이산화탄소를 포집하는 포집반응기;를 포함하는 이산화탄소 전환 및 포집용 직렬반응기를 제공한다.In order to solve the above-described problems, the present invention provides a conversion reactor comprising an enzyme reaction unit comprising a liquid filled in a part of a conversion reactor and a carbonic anhydrase for a reaction for converting supplied carbon dioxide into bicarbonate ion; And a collection reactor which is in communication with the conversion reactor and collects the supplied carbon dioxide. The present invention also provides a series reactor for converting and collecting carbon dioxide.

본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 이산화탄소를 포함하는 배가스는 상기 전환반응기 또는 포집반응기로 공급되어 이산화탄소가 전환 또는 포집된 후 미반응된 이산화탄소를 포함하는 배가스가 포집반응기 또는 전환반응기로 공급되어 상기 미반응된 이산화탄소가 포집 또는 전환될 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the exhaust gas containing carbon dioxide is supplied to the conversion reactor or the collection reactor, and after the carbon dioxide is converted or captured, the exhaust gas containing unreacted carbon dioxide is supplied to the collection reactor or the conversion reactor, Unreacted carbon dioxide can be captured or converted.

본 발명의 바람직한 다른 일구현예에 따르면, 상기 전환반응기는 배가스가 공급되는 가스 공급부 및 효소반응부에서 미반응된 이산화탄소가 포함된 배가스를 배출하는 가스 배출부를 더 포함할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the conversion reactor may further include a gas discharge unit for discharging the flue gas containing unreacted carbon dioxide in the gas supply unit to which the flue gas is supplied and the enzyme reaction unit.

본 발명의 바람직한 또 다른 일구현예에 따르면, 상기 탄산무수화효소는 야생형(wild type) 탄산무수화효소 및 탄산무수화효소 변이체 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 이때, 상기 야생형 탄산무수화효소는 α형, β형, γ형, δ형, ε형 및 재조합 탄산무수화효소로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the carbonic anhydrase may include at least one of wild type carbonic anhydrase and carbonic anhydrase variant. At this time, the wild-type carbonic anhydrase may include one or more selected from the group consisting of?,?,?,?,?, And recombinant carbonic anhydrase.

본 발명의 바람직한 다른 일구현예에 따르면, 상기 탄산무수화효소는 다수개가 액체 상에 분산된 유리효소, 다수개가 비결합되어 응집된 효소집합체 및 다수개가 상호 결합된 효소가교결합복합체 중 어느 하나 이상의 형태로 포함될 수 있다. 이때, 상기 탄산무수화효소는 지지체를 더 구비하여 상기 지지체 상에 결합되거나 지지체 내부에 담지될 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the carbonic anhydrase is selected from the group consisting of free enzymes dispersed in a liquid phase, a plurality of enzyme aggregates unbound and aggregated, and enzyme cross-linking complexes . ≪ / RTI > At this time, the carbonic anhydrase may further comprise a support and may be bonded to the support or supported within the support.

본 발명의 바람직한 또 다른 일구현예에 따르면, 상기 효소가교결합복합체는 표면에 제1작용기를 포함하는 제1지지체를 더 구비하며, 상기 제1작용기에 직접 결합하는 제1탄산무수화효소 및 상기 제1탄산무수화효소와 결합하고, 인접한 탄산무수화효소끼리 가교결합된 제2 탄산무수화효소 가교결합복합체를 포함할 수 있다. 또한, 상기 효소가교결합복합체는 표면에 제2작용기를 포함하고, 상기 제1탄산무수화효소 및 제2 탄산무수화효소 가교결합복합체 중 어느 하나 이상의 효소와 상기 제2작용기를 통해 결합하는 제2지지체를 더 포함할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the enzyme cross-linking complex further comprises a first support comprising a first functional group on its surface, and the first carbonic anhydrase, which binds directly to the first functional group, And a second carbonic anhydrase crosslinking complex that binds to the first carbonic anhydrase and cross-links the adjacent carbonic anhydrase. The enzyme cross-linking complex may further comprise a second functional group on its surface, and the second functional group may be bonded to at least one of the first carbonic anhydrase and the second carbonic anhydrase cross-linking complex through the second functional group, And may further comprise a support.

본 발명의 바람직한 다른 일구현예에 따르면, 상기 전환반응기는 효소반응부에서 전환 및 용해된 중탄산수용액을 배출시키기 위한 중탄산수용액 배출부를 더 포함할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the conversion reactor may further include a bicarbonic acid aqueous solution discharge unit for discharging the bicarbonic acid aqueous solution converted and dissolved in the enzyme reaction unit.

본 발명의 바람직한 또 다른 일구현예에 따르면, 상기 포집반응기는 이산화탄소 흡수제 및 이산화탄소 분리막 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the collection reactor may include at least one of a carbon dioxide absorbent and a carbon dioxide separation membrane.

본 발명의 바람직한 다른 일구현예에 따르면, 상기 중탄산수용액 배출부와 연통되도록 중탄산수용액 저장소 및 중탄산수용액 활용소 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, it is possible to further include at least one of a bicarbonate aqueous solution reservoir and a bicarbonate aqueous solution reservoir to communicate with the bicarbonate aqueous solution discharge portion.

본 발명의 바람직한 또 다른 일구현예에 따르면, 상기 포집반응기는 이산화탄소 흡수제와 이산화탄소 간 결합물 및 반응결합물 중 어느 하나 이상을 포함하는 포집물을 배출하는 이산화탄소 포집물 배출부를 더 포함할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the collecting reactor may further include a carbon dioxide collector discharging unit for discharging a collecting object including at least one of a carbon dioxide absorbing agent, a carbon dioxide bonding agent and a reactive binder.

본 발명의 바람직한 다른 일구현예에 따르면, 상기 이산화탄소 포집물 배출부와 연통되어 배출된 포집물에서 이산화탄소를 분리 및 수집하는 이산화탄소 탈착기를 더 포함할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the carbon dioxide desorber may further include a carbon dioxide desorber for separating and collecting carbon dioxide from the discharged carbon dioxide discharged through the outlet.

또한, 본 발명은 공급된 이산화탄소를 중탄산이온으로 전환시키는 반응을 위하여 전환반응기의 일부분에 채워진 액체를 포함하는 전환반응기; 및The invention also relates to a conversion reactor comprising a liquid filled in a portion of a conversion reactor for a reaction to convert the supplied carbon dioxide to bicarbonate ions; And

상기 전환반응기와 연통되고, 공급된 이산화탄소를 포집하는 포집반응기;를 포함하는 이산화탄소 전환 및 포집용 직렬반응기를 제공한다.And a collection reactor which is in communication with the conversion reactor and collects the supplied carbon dioxide. The present invention also provides a series reactor for converting and collecting carbon dioxide.

또한, 본 발명은, (1) 이산화탄소를 포함하는 배가스를 본 발명에 따른 직렬반응기의 전환반응기에 공급하여 상기 이산화탄소를 중탄산이온으로 전환시키는 단계; 및 (2) 공급된 상기 이산화탄소 중 미반응된 이산화탄소가 포함된 배가스를 포집반응기로 공급하여 이산화탄소를 포집하는 단계;를 포함하는 직렬반응기를 통한 이산화탄소 전환 및 포집공정을 제공한다.The present invention also provides a process for the production of carbon monoxide, comprising: (1) feeding an offgas containing carbon dioxide to a conversion reactor of a tandem reactor according to the present invention to convert the carbon dioxide to bicarbonate; And (2) supplying an exhaust gas containing unreacted carbon dioxide in the supplied carbon dioxide to a collection reactor to collect carbon dioxide, thereby providing a carbon dioxide conversion and collection process through a series reactor.

또한, 본 발명은 (a) 이산화탄소를 포함하는 배가스를 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 직렬반응기의 포집반응기에 공급하여 상기 이산화탄소를 포집하는 단계; 및 (b) 공급된 이산화탄소 중 미포집된 이산화탄소가 포함된 배가스를 전환반응기로 공급하여 이산화탄소를 중탄산이온으로 전환시키는 단계;를 포함하는 직렬반응기를 통한 이산화탄소 전환 및 포집공정을 제공한다.The present invention also provides a process for producing carbon dioxide, comprising the steps of: (a) supplying an exhaust gas containing carbon dioxide to a collection reactor of a tandem reactor according to any one of claims 1 to 12 to collect the carbon dioxide; And (b) supplying an exhaust gas containing uncoated carbon dioxide in the supplied carbon dioxide to a conversion reactor to convert the carbon dioxide to bicarbonate ions, thereby providing a carbon dioxide conversion and collection process through a series reactor.

본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 전환된 상기 중탄산이온을 전환반응기에서 배출시켜 수집하는 단계; 및 포집된 이산화탄소를 탈착시켜 이산화탄소를 수집하는 단계;를 더 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the step of collecting and discharging the converted bicarbonate ions from the conversion reactor; And desorbing the collected carbon dioxide to collect carbon dioxide.

이때, 포집된 이산화탄소를 분리시키는 공정은 70 ~ 130℃의 온도에서 수행될 수 있다.At this time, the step of separating the captured carbon dioxide can be performed at a temperature of 70 to 130 ° C.

이하, 본 발명에서 사용한 용어에 대해 설명한다. Hereinafter, terms used in the present invention will be described.

본 발명에서 사용한 "A 상에"의 의미는 A의 표면에 직접 또는 B를 개재하여 간접적을 모두 포함하는 의미로 사용한다.The meaning of "on A phase" used in the present invention is meant to include both the surface of A directly or indirectly through B.

본 발명은 이산화탄소의 전환 및 포집을 통해 이산화탄소 저감공정의 상승 효과를 극대화하기에 적합하다.The present invention is suitable for maximizing the synergistic effect of the carbon dioxide reduction process through the conversion and capture of carbon dioxide.

본 발명의 일구현예에 따른 직렬반응기는 배출원에서 발생한 고농도의 이산화탄소를 일차적으로 매우 빠르게 전환하며, 이를 통해 배압증가가 방지된 채로 전환되지 않은 이산화탄소에 대해 포집공정을 수행함에 따라서 전환공정에서 열역학적 한계로 인해 미반응된 이산화탄소를 이산화탄소 포집공정을 통해 저감시킬 수 있고, 전환공정에서 1차로 저감되어 미반응된 이산화탄소만이 포집공정에 공급됨에 따라서 포집공정의 부하를 낮추는데 현저한 효과가 있다. 또한, 전환공정에서 1차로 이산화탄소가 저감됨에 따라서 이후의 포집공정에서 이산화탄소 결합력이 상대적으로 약한 흡수제를 사용하더라도 높은 수준의 이산화탄소 저감 효율을 유지할 수 있고, 이로 인하여 포집 후 흡수제의 재생 및 이산화탄소의 추출에 필요한 에너지 소모를 줄일 수 있다. 더불어 이산화탄소 저감 중에 발생한 부산물은 다양한 분야에 활용될 수 있어 이산화탄소의 저감을 통한 환경오염을 방지하는 동시에 부가가치 창출의 경제적 이익을 동시에 얻을 수 있다.The series reactor according to one embodiment of the present invention converts the high concentration of carbon dioxide generated from the emission source to the first rapidly, thereby performing the collection process on the carbon dioxide that has not been converted to the back pressure, and thus the thermodynamic limit The unreacted carbon dioxide can be reduced through the carbon dioxide capture process and only the unreacted carbon dioxide is supplied to the capture process, which is a significant effect in lowering the load of the capture process. Further, as the carbon dioxide is firstly reduced in the conversion step, a high level of carbon dioxide abatement efficiency can be maintained even if an absorbent having a relatively low carbon dioxide binding force is used in the subsequent absorption step. As a result, regeneration of the absorbent after absorption and extraction of carbon dioxide The required energy consumption can be reduced. In addition, byproducts generated during carbon dioxide abatement can be utilized in various fields, it is possible to prevent environmental pollution through reduction of carbon dioxide, and at the same time to obtain economic benefits of creating added value.

또한, 본 발명의 일구현예에 따른 직렬반응기는 매우 높은 효율로 배가스에 포함된 이산화탄소를 포집하는 동시에 미포집된 이산화탄소가 대기중의 이산화탄소 농도보다 높은 농도로 공급되어 전환됨에 따라서 대기중의 이산화탄소를 대상으로 이산화탄소를 전환시켜 부산물을 얻는 종래에 비하여 생산량을 현저히 증대시킬 수 있다. In addition, the series reactor according to one embodiment of the present invention collects carbon dioxide contained in exhaust gas at a very high efficiency, and at the same time, since uncoagulated carbon dioxide is supplied at a concentration higher than the concentration of carbon dioxide in the atmosphere, The production amount can be remarkably increased as compared with the conventional method in which by-products are obtained by converting carbon dioxide into the object.

도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 직렬반응기의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함되는 탄산무수화 효소 복합체의 단면 모식도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함되는 탄산무수화 효소 복합체의 단면 모식도이다.
1 and 2 are schematic diagrams of a series reactor according to a preferred embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional schematic diagram of a carbonic anhydrase complex included in a preferred embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional schematic diagram of a carbonic anhydrase complex included in a preferred embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same reference numerals are assigned to the same or similar components throughout the specification.

본 발명의 일구현예에 따른 이산화탄소 전환 및 포집용 직렬반응기는 도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이 이산화탄소가 어느 일방에서 타방으로 흐를 수 있도록 서로 연통된 전환반응기(100,100') 및 포집반응기(200,200')를 포함하고, 상기 전환반응기(100,100')를 통해 전환된 중탄산이온을 수집하는 중탄산이온 저장소(300,300') 및 포집반응기(200,200')에서 포집된 이산화탄소를 분리, 수집하기 위한 이산화탄소 탈착기(400,400')를 더 포함할 수 있다.As shown in FIGS. 1 and 2, the series reactor for converting and collecting carbon dioxide according to an embodiment of the present invention includes a conversion reactor 100, 100 'communicating with one another so that carbon dioxide can flow from one side to the other, And a carbon dioxide desorber (300, 300 ') for collecting the bicarbonate ions converted through the conversion reactors (100, 100') and a carbon dioxide desorber (300, 300 ') for separating and collecting the carbon dioxide captured in the collecting reactors 400, 400 ').

상기 직렬반응기에서의 이산화탄소 흐름 및 이에 따른 반응을 살펴보면, 도 1과 같은 직렬반응기에서 이산화탄소를 포함하는 배가스는 가스공급부(110)를 통해 전환반응기(100)로 공급된 후 효소반응부(120)를 거쳐 이산화탄소가 전환된 후 미반응된 이산화탄소를 포함하는 배가스가 전환반응기(100)의 가스배출구(140)을 통해 포집반응기(200)로 공급되어 상기 미반응된 이산화탄소가 포집되고, 미포집된 이산화탄소를 포함하는 배가스는 포집반응기(200)의 가스배출구(220)를 통해 배출될 수 있다. 1, the exhaust gas containing carbon dioxide is supplied to the conversion reactor 100 through the gas supply unit 110, and then supplied to the enzyme reaction unit 120 After the carbon dioxide is converted, the unreacted carbon dioxide is supplied to the collection reactor 200 through the gas outlet 140 of the conversion reactor 100 to capture the unreacted carbon dioxide, The exhaust gas containing may be discharged through the gas outlet 220 of the collection reactor 200.

또한, 도 2와 같은 직렬반응기에서 이산화탄소를 포함하는 배가스는 포집반응기(200')의 가스공급부(220')를 통해 공급된 후 이산화탄소가 포집되고, 미포집된 이산화탄소는 가스공급부(110')를 통해 전환반응기(100')로 공급된 후 효소반응부(120')를 거쳐 이산화탄소가 전환되고, 미반응된 이산화탄소를 포함하는 배가스는 전환반응기(100')의 가스배출구(140')을 통해 배출될 수 있다. 2, the exhaust gas containing carbon dioxide is supplied through the gas supplying unit 220 'of the collecting reactor 200', and then the carbon dioxide is collected, and the uncoated carbon dioxide is supplied to the gas supplying unit 110 ' The carbon dioxide is converted through the enzyme reaction unit 120 'and the unreacted carbon dioxide is supplied to the conversion reactor 100' through the gas outlet 140 'of the conversion reactor 100' .

도 1 및 도 2와 같은 직렬반응기를 통상의 이산화탄소 저감장치 또는 전환장치와 대비하면, 공급되는 배가스의 빠른 유속 및 이에 따라 반응기에 걸리는 배압, 반응기 자체의 이산화탄소 전환/포집 능력 및 전환/포집 능력을 고려하여 목적하는 수준의 이산화탄소 전환 및 포집을 위해 필요한 반응기에서의 배가스 체류시간을 모두 종합적으로 고려했을 때, 반응기에 걸리는 배압을 현저히 감소시킬 수 있고, 이산화탄소의 저감 및 전환효율에 있어서 더욱 상승된 효과를 얻을 수 있다. Compared to conventional CO 2 reduction or conversion devices, the series reactors as shown in FIGS. 1 and 2 can be used to control the rapid flow rate of the supplied flue gas and thus the back pressure on the reactor, the CO 2 conversion / It is possible to considerably reduce the backpressure in the reactor and considerably increase the efficiency of the reduction and conversion efficiency of the carbon dioxide when considering both the exhaust gas concentration and the residence time of the flue gas in the reactor necessary for the conversion and capture of the desired level of carbon dioxide Can be obtained.

구체적으로 통상의 이산화탄소 저감장치는 이산화탄소를 흡수제나 분리막을 사용하여 저감하게 되는데, 상기 흡수제나 분리막은 그 자체의 효율상 배가스내 이산화탄소를 포집 하는데 있어서 일정한 시간을 요구하며, 이에 더해 분리막은 현재의 기술개발 수준상 이산화탄소와 그 이외의 질소 등의 기체를 서로 분리하기에 만족스러운 효율이 발현되지 않는 문제점이 있다. 이에 따라서 배가스에 포함된 이산화탄소의 전량을 포집시키기 위해서는 높은 포집효율을 갖는 흡수제나 분리막을 사용하는 것뿐만 아니라 반응기 내부에서 배가스를 일정시간 이상 체류시키는 것이 요구된다. 그러나 화력발전소 등에서 배출되는 배가스의 양 및 빠른 유속을 고려했을 때, 한정된 부피 및 제한된 포집효율을 갖는 반응기로 유입된 배가스는 이산화탄소가 전량 포집되기 위해서 필요한 정도의 반응기내 체류시간을 확보하기 어렵고, 충분히 반응기내에서 체류되지 못하고 반응기를 거쳐 배출된 배가스에는 미포집된 이산화탄소가 다량 포함되어 있을 수 있어서 이산화탄소의 저감효율이 좋지 못할 수 있다. In particular, the conventional carbon dioxide abatement apparatus reduces carbon dioxide by using an absorber or a separator. The absorber or separator requires a certain time for collecting carbon dioxide in the flue gas due to its efficiency. In addition, There is a problem in that satisfactory efficiency can not be exhibited in separating the gases such as carbon dioxide and other gases from each other on the development level. Accordingly, in order to collect the entire amount of carbon dioxide contained in the flue gas, it is required not only to use an absorbent or separation membrane having a high collection efficiency but also to keep the flue gas in the reactor for a predetermined time or more. However, considering the amount of exhaust gas discharged from a thermal power plant or the like and the high flow rate, the exhaust gas flowing into the reactor having a limited volume and a limited collection efficiency is difficult to secure the residence time in the reactor to the extent necessary for capturing the entire amount of carbon dioxide, The flue gas discharged through the reactor without being allowed to stay in the reactor may contain a large amount of unoccupied carbon dioxide, so that the efficiency of reducing carbon dioxide may not be good.

이를 해결하고자 포집효율이 매우 높은 흡수제를 사용할 경우 포집된 이산화탄소의 분리공정에서 매우 큰 에너지가 소모되며, 이와 같은 에너지의 생산을 위해 이산화탄소가 오히려 발생/배출되는 문제가 있을 수 있다. 또한, 다른 방법으로 반응기내 이산화탄소의 체류시간을 충분히 확보시킬 경우 이산화탄소의 포집효율은 증가할 수 있으나, 매우 빠르게 배출되는 배가스의 양 및 유속을 고려했을 때 반응기에 걸리는 배압의 증가, 이로 인한 포집공정의 불안정화 및 반응기의 손상/파손을 초래할 수 있다. In order to solve this problem, when a sorbent having a high collection efficiency is used, a great amount of energy is consumed in the separation process of collected carbon dioxide, and there may be a problem that carbon dioxide is generated / discharged for the production of such energy. Also, if the residence time of the carbon dioxide in the reactor is sufficiently secured by another method, the carbon dioxide capture efficiency can be increased. However, considering the amount and flow rate of the exhaust gas discharged very rapidly, the increase of the back pressure in the reactor, Destabilization of the reactor and damage / breakage of the reactor.

또한, 이산화탄소를 다른 물질로 전환시켜 저감시키는 방법의 경우 대기중의 이산화탄소를 대상으로 하여 전환시킬 경우 대기 중 이산화탄소의 농도가 상대적으로 낮을 수 있어서 결과적으로 전환반응기를 통한 전환물의 생산량이 매우 미미할 수 있는 문제가 있다. 또한, 이산화탄소를 다른 물질로 전환시키는 공정은 전환반응에 일정시간이 소요되는데 만일 배가스내 이산화탄소를 전환대상으로 할 경우 공급되는 이산화탄소의 전환효율이 낮고, 반응기를 거쳐 배출되는 배가스에 다량의 이산화탄소를 포함하여 저감효율이 좋지 않을 수 있다. 만일 전환효율의 향상을 위해 체류시간을 증가시킬 경우 배압이 증가하는 문제가 있다. 더불어 또한, 만일 이산화탄소의 저감에 생체 촉매를 활용할 경우 효소활성을 안정적으로 오랜기간 유지시키기 어려움에 따라 한번의 효소투입으로 이산화탄소 저감공정을 오랜기간 계속적으로 운영할 수 없고, 운영 중에 계속 효소를 투입해야 하는 문제점이 있다. Further, in the case of the method of converting carbon dioxide into another substance and reducing the amount of carbon dioxide, the concentration of carbon dioxide in the atmosphere may be relatively low when the carbon dioxide is converted to atmospheric carbon dioxide, resulting in a very small amount of the conversion product through the conversion reactor there is a problem. In addition, the conversion of carbon dioxide into other materials requires a certain period of time for the conversion reaction. If the carbon dioxide in the flue gas is to be converted, the conversion efficiency of the supplied carbon dioxide is low and a large amount of carbon dioxide is contained in the exhaust gas discharged through the reactor So that the reduction efficiency may not be good. If the residence time is increased to improve the conversion efficiency, there is a problem that the back pressure increases. In addition, if a biocatalyst is used to reduce carbon dioxide, it is difficult to maintain the enzyme activity stably for a long period of time. Therefore, it is not possible to continuously operate the carbon dioxide reduction process for a long period of time with the addition of one enzyme, .

이에 따라서 본 발명은 전환반응기(100,100') 및 포집반응기(200,200')를 직렬로 연결시키고, 공급된 배가스가 전환반응기(100,100') 또는 포집반응기(200,200')를 거쳐 포집반응기(200,200') 또는 전환반응기(100,100')로 유입되게 함으로써 이산화탄소의 저감효율을 매우 향상시킬 수 있는 것은 물론, 직렬반응기 전체에서 체류되는 배가스의 체류시간을 연장시킬 수 있는 반사적 효과를 얻고, 이를 통해 배출되는 배가스가 많은 양으로 빠르게 공급되더라도 목적하는 전환/저감 효율 및 반응기의 배압 증가 방지를 동시에 달성할 수 있으며, 이들 중 어느 하나만을 구비함에 따라서 발생하는 공정부하를 방지할 수 있다. Accordingly, the present invention is characterized in that the conversion reactors 100 and 100 'and the collecting reactors 200 and 200' are connected in series and the supplied exhaust gas passes through the conversion reactor 100 or 100 'or the collecting reactor 200 or 200' It is possible to remarkably improve the reduction efficiency of carbon dioxide and to obtain a reflex effect that can prolong the residence time of the flue gas staying in the entire series reactor, The target conversion / reduction efficiency and the prevention of the increase in the back pressure of the reactor can be achieved at the same time, and it is possible to prevent the process load caused by having any one of them.

나아가 공정부하 감소는 이산화탄소 전환 및/또는 포집 공정에서 사용되는 탄산무수화효소의 이산화탄소 전환력 및/또는 이산화탄소 흡수제의 포집력이 일정 정도 이상을 만족시켜야 한다는 제한에서 자유로울 수 있어서 반응기를 설치, 운영하는 비용절감 측면에서 매우 유리하다.Furthermore, the reduction of the process load may be free from the restriction that the carbon dioxide conversion power of the carbonic anhydrase used in the carbon dioxide conversion and / or the capture process and / or the trapping power of the carbon dioxide sorbent should meet a certain level or more, It is very advantageous in terms of cost reduction.

더불어 상기 전환반응기(100,100')를 통한 이산화탄소의 전환공정은 배가스 내 이산화탄소의 저감뿐만 아니라 다양한 분양에 활용될 수 있는 부산물을 생산할 수 있어서 환경오염을 방지 및 부가가치 창출의 경제적 이익을 동시에 얻을 수 있다. In addition, the conversion process of the carbon dioxide through the conversion reactors 100 and 100 'can produce not only the reduction of carbon dioxide in the flue gas but also the byproducts that can be utilized in various sales, thereby achieving the economic benefits of preventing environmental pollution and creating added value.

또한, 도 1과 같이 전환반응기(100)를 통해 이산화탄소가 저감된 후 미반응된 이산화탄소에 대해 포집공정이 수행될 경우 배가스내 이산화탄소가 1차적으로 전환반응기(100)를 통해 저감됨에 따라서 포집반응기(200)는 이산화탄소와의 결합력이 비교적 약한 흡수제를 사용하더라도 직렬반응기를 통해 배출된 배가스에는 매우 낮은 농도의 이산화탄소만이 포함되어 높은 수준의 이산화탄소 저감 효율을 유지할 수 있고, 약한 흡수제에 결합된 이산화탄소의 분리에 적은 에너지만이 소요됨에 따라서 이산화탄소를 분리 위한 에너지 생성에 따른 이산화탄소의 추가배출 우려가 적다. 한편, 도 1과 같은 직렬반응기는 도 2와 같은 직렬반응기에 비해 포집반응기에서의 포집효율이 상대적으로 적게 구현되어도 목적하는 수준의 이산화탄소 전환 및 저감을 달성할 수 있는 동시에 포집된 이산화탄소의 분리에 적은 에너지가 소비될 수 있음에 따라서 경제적, 환경적 측면에서 유리할 수 있다.1, when carbon dioxide is reduced through the conversion reactor 100 and the unreacted carbon dioxide is collected, the carbon dioxide in the flue gas is primarily reduced through the conversion reactor 100, 200) can maintain a high level of carbon dioxide abatement efficiency because only a very low concentration of carbon dioxide is contained in the exhaust gas discharged through the series reactor even though an absorbent having a relatively weak bonding force with carbon dioxide is used and separation of carbon dioxide , There is less concern about the additional emission of carbon dioxide due to energy generation for separating carbon dioxide. In contrast, the series reactor shown in FIG. 1 can achieve the desired level of conversion and reduction of carbon dioxide even when the collection efficiency in the collection reactor is relatively low as compared with the series reactor shown in FIG. 2, As energy can be consumed, it can be advantageous in terms of economy and environment.

한편, 이들 중 어느 하나만을 복수개로 구비해 직렬로 연결시킬 경우 먼저, 여러 개의 포집반응기를 직렬로 연결 시, 배압의 발생은 저지시킬 수 있으나 포집된 이산화탄소의 분리에 소요되는 에너지가 그 만큼 더 증가하게 되며, 증가된 에너지 생산으로 인해 이산화탄소 발생 및 배출은 더 늘어나게 되는 문제가 있다. 또한, 후술하는 것과 같이 이산화탄소의 포집을 통한 저감공정 중에 유용한 부산물을 동시에 생산해내지 못하여 부가가치 창출을 통한 경제적 이익에 불리한 문제가 있다. 또한, 만일 여러 개의 전환반응기를 직렬로 연결 시, 전환반응기를 통한 이산화탄소 저감효율을 고려했을 때 구비해야 되는 전환반응기의 개수가 현저히 증가할 수 있고, 설비증가로 인한 규모 및 설비제조비용 상승이 문제될 수 있다. 또한, 이산화탄소의 전환반응이 가역반응일 경우 이산화탄소 저감 효율에 있어서 한계가 명확하다. When a plurality of collecting reactors are connected in series, it is possible to prevent the back pressure from occurring, but the energy required for separating the collected carbon dioxide is increased by that much And there is a problem that the generation and emission of carbon dioxide are further increased due to the increased energy production. In addition, as described later, there is a problem in that it is not possible to simultaneously produce useful by-products during the reduction process through the capture of carbon dioxide, which is disadvantageous to economic benefits through creation of added value. In addition, if several conversion reactors are connected in series, the number of conversion reactors to be provided can be remarkably increased considering the reduction efficiency of carbon dioxide through the conversion reactor, . In addition, when the conversion reaction of carbon dioxide is a reversible reaction, the limitation on the carbon dioxide reduction efficiency is clear.

다른 한편, 설비의 축소 및 전환/포집을 동시에 달성하기 위해 하나의 반응기에 이산화탄소 포집반응 및 전환반응을 일어나게 하는 것을 고려할 수 있고, 일례로, 하나의 반응기에 이산화탄소 흡수제 및 탄산무수화효소를 동시에 구비시킬 수 있으나 대부분의 흡수제 용액의 온도는 40 ~ 60℃이며, pH가 9 ~ 12 정도로 고온 및 강알칼리 환경으로써, 상기 탄산무수화효소가 장기간 활성을 유지하기에는 매우 가혹한 환경임에 따라서 효소활성이 빠르게 손실되어 오랜 기간 안정적으로 효소활성을 발현할 수 없고 잦은 효소의 교체가 요구되어 전환비용의 상승을 초래할 수 있다. 또한, 탄산무수화효소를 동시에 구비한다고 하더라도 배가스내 이산화탄소는 매우 고농도이어서 이산화탄소 포집공정이 매우 부하가 큼에 따라 포집되지 않고 배가스와 같이 배출되는 이산화탄소의 양이 증가하여 배가스내 이산화탄소의 양을 저감시키기 어려울 수 있다. On the other hand, it can be considered to cause the carbon dioxide capture reaction and the conversion reaction to occur in one reactor simultaneously to achieve reduction of equipment and conversion / collection. For example, in one reactor, carbon dioxide absorbent and carbonic anhydrase However, since most of the absorbent solution has a temperature of 40 to 60 ° C and a pH of about 9 to 12 at a high temperature and a strong alkaline environment, the carbonic anhydrase is a very harsh environment for maintaining long-term activity, The enzyme activity can not be stably maintained for a long period of time and frequent enzyme replacement is required, which may lead to an increase in conversion cost. Even if carbonic anhydrase is provided at the same time, since the carbon dioxide in the flue gas is very concentrated, the amount of carbon dioxide discharged as the flue gas increases and the amount of carbon dioxide in the flue gas is reduced It can be difficult.

이하, 직렬반응기를 구성하는 각 구성을 배가스가 최초 공급된 후 최종 배출되기까지 순서에 따라 도 1을 기준으로 설명한다. Hereinafter, the respective constituent elements constituting the series reactor will be described with reference to Fig. 1 in order from the initial supply of the exhaust gas to the final discharge.

먼저, 이산화탄소를 포함하는 배가스가 최초 공급되는 전환반응기(100)에 대해 설명한다.First, the conversion reactor 100 in which the exhaust gas containing carbon dioxide is initially supplied will be described.

상기 전환반응기(100)는 배가스에 포함된 고농도의 이산화탄소를 중탄산이온으로 전환시키는 역할을 수행하며, 이와 같은 이산화탄소의 전환은 공급된 이산화탄소의 1차 저감 효과를 갖는다. 이와 같은 이산화탄소 전환공정은 다른 방식의 이산화탄소 저감 및/또는 전환공정에 비해서 친환경적이고, 이산화탄소를 산업상 이용가능한 중탄산이온으로 전환시켜 부가가치를 창출할 수 있어서 경제성 및 생산성에서 매우 유리하다. 또한, 탄산무수화효소는 이론상으로 1초당 백만개의 이산화탄소 분자를 중탄산이온으로 전환할 수 있음에 따라서 빠른 속도로 유입되는 이산화탄소의 전환에 매우 적합하고 이를 통해 반응기에 걸리는 배압의 상승을 더욱 방지할 수 있으며, 이산화탄소의 탈착과 같은 부가적 공정을 더 요구하지 않는 이점이 있다. The conversion reactor 100 serves to convert the high concentration of carbon dioxide contained in the exhaust gas into bicarbonate ions, and the conversion of the carbon dioxide has a primary reduction effect of the supplied carbon dioxide. Such a carbon dioxide conversion process is more environmentally friendly than other methods of reducing and / or converting carbon dioxide, and can convert carbon dioxide into industrially available bicarbonate ions to create added value, which is very advantageous in terms of economy and productivity. In addition, since carbonic anhydrase can theoretically convert one million carbon dioxide molecules per second into bicarbonate ion, it is very suitable for the conversion of carbon dioxide which flows at a high rate, thereby preventing further increase of the back pressure in the reactor And there is an advantage that no additional process such as desorption of carbon dioxide is required.

공급된 이산화탄소를 중탄산이온으로 전환시키는 반응을 위하여 전환반응기의 일부분에 채워진 액체 및 상기 전환반응을 촉진시키는 탄산무수화효소를 포함하는 효소반응부(120)를 구비하며, 상기 효소반응부(120)를 구비할 수 있도록 내부가 비어 있는 반응챔버(150), 이산화탄소를 포함하는 배가스가 공급되는 가스공급부(110), 상기 가스공급부(110)를 통해 전환반응기(100) 내부로 공급된 배가스 내 이산화탄소 중 미반응된 이산화탄소 및 배가스가 배출되는 가스배출구(140), 및 효소반응부(120)에서 전환된 중탄산이온이 용해된 수용액이 배출되는 중탄산수용액 배출부(130)를 포함할 수 있다. And an enzyme reaction unit (120) including a liquid filled in a part of the conversion reactor and a carbonic anhydrase for promoting the conversion reaction for a reaction for converting the supplied carbon dioxide into bicarbonate ions, wherein the enzyme reaction unit (120) A gas supply unit 110 for supplying an exhaust gas containing carbon dioxide to the reaction chamber 150 in which the interior of the reaction chamber 100 is empty, An unreacted carbon dioxide, a gas outlet 140 through which the exhaust gas is discharged, and a bicarbonate aqueous solution discharging unit 130 through which the aqueous solution in which the bicarbonate ions converted in the enzyme reaction unit 120 are discharged is discharged.

발생된 배가스는 가스공급부(110)를 통해 전환반응기(100) 내부로 공급되며, 공급된 배가스는 효소반응부(120)를 통과하게 된다. The generated exhaust gas is supplied into the conversion reactor 100 through the gas supply unit 110, and the supplied exhaust gas passes through the enzyme reaction unit 120.

상기 효소반응부(120)는 배가스에 포함된 이산화탄소를 중탄산이온으로 전환시켜 배가스에 포함된 이산화탄소를 1차로 저감시키는 기능을 수행한다. 상기 효소반응부(120)는 이산화탄소를 중탄산이온으로 전환시키는 반응을 촉진시킬 수 있는 촉매로써, 탄산무수화효소(120a)를 포함하고, 이와 같은 반응을 매개 및/또는 반응물로 역할하는 액체(120b)를 포함한다. 상기 액체(120b)는 이산화탄소를 중탄산이온으로 전환시키는 반응을 매개 및/또는 반응물질로 기능하며, 전환되는 중탄산이온의 용해에 문제가 없는 용매(또는 용액)인 경우 제한 없이 사용될 수 있으며, 이에 대한 비제한적인 예로써, 상기 용매(또는 용액)는 물 및/또는 통상의 완충용액일 수 있고, 상기 완충용액에 대한 비제한적인 예로써, 2-아미노-2-하이드록시메틸-l,3-프로파네디올을을 사용할 수 있다. The enzyme reaction unit 120 performs a function of firstly reducing carbon dioxide contained in the exhaust gas by converting carbon dioxide contained in the exhaust gas into bicarbonate ions. The enzyme reaction unit 120 is a catalyst capable of promoting a reaction for converting carbon dioxide into bicarbonate ions and includes a carbonic anhydrase 120a and a liquid 120b serving as a mediator and / ). The liquid 120b can be used without limitation in the case of a solvent (or a solution) which functions as a reaction medium and / or reaction material for converting carbon dioxide to bicarbonate ions and has no problem in dissolving bicarbonate ions to be converted. By way of non-limiting example, the solvent (or solution) may be water and / or a conventional buffer solution, and as a non-limiting example of the buffer solution, 2-amino-2-hydroxymethyl- Propanediol can be used.

상기 탄산무수화효소(120a)는 이산화탄소를 중탄산이온으로 전환시키는 반응을 촉진시키는 기능을 갖는 공지된 효소일 경우 제한 없이 사용될 수 있으며, 일예로, 야생형(wild type) 탄산무수화효소 및 탄산무수화효소 변이체 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 이때, 상기 야생형 탄산무수화효소는 통상적으로 동물, 식물 등 자연적으로 생체내 존재하는 효소일 수 있음에 따라 α형, β형, γ형, δ형 및 ε형으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이거나 및/또는 생체내 존재하는 효소를 모방하거나 상기 효소를 인공적으로 재조합한 것, 또는 이들과 생체내 존재하는 탄산무수화효소가 병용된 것일 수 있다. 상기 인공적으로 재조합된 탄산무수화효소는 공지된 것일 수 있어 본 발명에서는 이에 대한 아미노산 서열을 특별히 한정하지 않는다. 또한, 상기 탄산무수화효소 변이체는 자연적으로 존재하는 탄산무수화효소의 아미노산 서열의 일부 또는 전부가 변형된 것으로써, 탄산무수화효소의 기본적 기능을 가지는 동시에 자연적으로 존재하는 탄산무수화효소가 갖추지 못하는 내열성 등의 물성을 유리하게 개선, 개량한 것일 수 있으며, 자연적 또는 인공적으로 개량된 것일 수 있고, 본 발명에서는 이에 대한 아미노산 서열을 특별히 한정하지 않는다.The carbonic anhydrase 120a can be used without limitation as long as it is a known enzyme having a function of promoting the conversion of carbon dioxide to bicarbonate. For example, wild type carbonic anhydrase and carbonic anhydride And enzyme variants. At this time, the wild-type carbonic anhydrase may be an enzyme naturally existing in vivo in an animal, a plant, or the like, and therefore it may be one or more selected from the group consisting of?,?,?,? And / or in vivo, or by artificially recombining the enzyme, or in combination with the in vivo carbonic anhydrase. The artificially recombined carbonic anhydrase may be a known one, and the amino acid sequence thereof is not particularly limited in the present invention. The carbonic anhydrase mutant is a modification of a part or all of the amino acid sequence of a carbonic anhydrase which exists naturally, and has a basic function of carbonic anhydrase and naturally occurring carbonic anhydrase And can be naturally or artificially modified. In the present invention, the amino acid sequence therefor is not particularly limited.

상기 탄산무수화효소(120a)는 다수개가 액체 상에 분산된 유리효소, 다수개가 비결합되어 응집된 효소집합체 및 다수개가 상호 결합된 효소가교결합복합체 중 어느 하나 이상의 형태로 포함될 수 있다. The carbonic anhydrase 120a may be in the form of any one or more of a free enzyme dispersed in a liquid phase, an enzyme aggregate in which a plurality of uncoated and coagulated enzyme aggregates, and an enzyme crosslinking complex in which a plurality of uncrosslinked enzyme coagulated complexes are combined.

또한, 상기 탄산무수화효소(120a)는 지지체를 더 구비하여 상기 지지체 상에 결합되거나 지지체 내부에 담지된 상태로 효소반응부(120)에 구비될 수 있다.In addition, the carbonic anhydrase 120a may further include a support, and the enzyme reaction unit 120 may be provided on the support or supported on the support.

상기 지지체는 탄산무수화효소를 결합시키거나 담지시키는 기능을 담당하고, 탄산무수화 효소를 집적시킬 수 있는 토대가 되며, 외력으로부터 탄산무수화효소를 보호하는 기능을 담당할 수 있다. 또한, 탄산무수화효소가 집합체를 이루거나 가교복합체의 형태일 경우 해당 형태를 안정적으로 유지하면서 효소반응부에 전체적으로 분산되어 분포될 수 있도록 하는 기능을 담당할 수 있다. 상기 지지체의 재질은 통상의 지지기능을 하고 효소활성을 억제, 저해하지 않는 경우라면 제한이 없고, 그 형상에도 비드상, 섬유상, 판상 등 특별한 제한이 없다. 일예로써, 상기 지지체는 고분자 섬유, 전기전도성 고분자, 다공성 입자, 구형입자, 나노입자, 비드, 탄소나노튜브, 와이어, 필라, 그래핀, 퓰러렌 및 폴리도파민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다. 나아가, 그 크기에 있어서도 전환반응기의 구체적 구조, 형상에 따라 달리 설계될 수 있어 본 발명에서 이를 특별히 제한하지 않는다.The support serves to bind or support a carbonic anhydrase, to serve as a base for integrating carbonic anhydrase, and to protect the carbonic anhydrase from external force. In addition, when the carbonic anhydrase is in the form of an aggregate or a cross-linked complex, it can be distributed and distributed throughout the enzyme reaction unit while stably maintaining the form. There is no particular limitation on the shape of the support, as long as it does not inhibit or inhibit the activity of the enzyme, and is not limited to beads, fibers, or plates. For example, the support may be any one or more selected from the group consisting of polymer fibers, electrically conductive polymers, porous particles, spherical particles, nanoparticles, beads, carbon nanotubes, wires, pillars, graphene, have. Furthermore, the size of the reactor can be designed differently according to the specific structure and shape of the conversion reactor, so that the present invention does not particularly limit it.

상기 탄산무수화효소가 지지체상에 결합될 때, 상기 결합은 탄산무수화 효소들의 물리적 결합(ex. 흡착) 및/또는 지지체상에 구비된 특정의 작용기를 통한 탄산무수화효소의 화학적 결합(ex. 이온결합, 공유결합 등)됨을 통해 고정될 수 있다. 또한, 접착성 물질에 의해 지지체상에 부착될 수도 있다. 상기 담지는 지지체가 다공성의 구조일 경우 내부에 포함된 기공이나 공동(cavity) 내부에 탄산무수화효소가 구비될 수 있고, 바람직하게는 집합체 또는 가교복합체를 형성하여 구비될 수 있다. 담지된 탄산무수화효소는 기공이나 공동의 지지체 내부 표면에 결합되거나 비결합 상태로 수용될 있으며, 본 발명에서는 이에 대한 제한하지 않는다.When the above-mentioned carbonic anhydrase is bound on a support, the bond is formed by physical bonding (e.g., adsorption) of carbonic anhydrase and / or chemical bonding of carbonic anhydrase through a specific functional group provided on the support Ionic bonding, covalent bonding, etc.). It may also be adhered to the support by an adhesive material. In the case where the support has a porous structure, the support may be provided with a carbonic anhydrase in the pores or cavities contained therein, and may be formed by forming an aggregate or a cross-linked complex. The supported carbonic anhydrase may be bound to the inner surface of the pores or the cavity of the cavity or may be accommodated in a non-bonded state, but the present invention is not limited thereto.

한편, 이산화탄소를 중탄산이온으로 전환시키는 반응이 잘 일어나는 최적의 조건과, 탄산무수화효소의 효소활성이 유지되기 위한 최적 조건이 상이할 수 있고, 경우에 따라서 전환반응기 내의 환경이 탄산무수화효소의 효소활성이 유지되기 어려울 수 있다. 이에 효소반응부에 구비되는 탄산무수화효소는 효소가교결합복합체 형태일 수 있고, 구체적으로 도 3과 같이 효소가교결합복합체(1000)는 표면에 제1작용기(1001)를 포함하는 제1지지체(1010)를 더 구비하여 상기 제1작용기(1001)에 고정된 제1탄산무수화효소(1100) 및 상기 제1탄산무수화효소(1100)와 결합하고, 인접한 탄산무수화효소끼리 가교결합된 복수개의 제2탄산무수화효소 가교결합복합체(1210,1211,1212,1213)를 포함하여 구현된 것일 수 있다.On the other hand, there may be a difference between an optimum condition in which the reaction for converting carbon dioxide into bicarbonate ion occurs optimally and an optimum condition for maintaining the enzyme activity of carbonic anhydrase, and in some cases, the environment in the conversion reactor is a carbonic anhydrase Enzyme activity may be difficult to maintain. As shown in FIG. 3, the enzyme cross-linking complex 1000 may include a first support (1001) having a first functional group (1001) on the surface thereof, 1010) to bind to the first carbonic anhydrase 1100 and the first carbonic anhydrase 1100 fixed to the first functional group 1001 and to bind a plurality of carbonic anhydrase cross-linked 1212, 1212, and 1213 of the second carbonic anhydrase cross-linking complexes 1210, 1211, 1212, and 1213.

상기 지지체(1010) 표면에 구비된 작용기(1001)는 제1 탄산무수화 효소(1100)를 고정시킬 수 있는 작용기의 경우 제한 없이 사용될 수 있으며, 일예로, 카르복실기, 아민기, 이민기, 에폭시기, 하이드록시기, 알데히드기, 카르보닐기, 에스터기, 메톡시기, 에톡시기, 페록시기, 에테르기, 아세탈기, 설파이드기, 포스페이트기 및 아이오드기로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있고, 바람직하게는 카르복실기 및 아민기 중 어느 하나 이상일 수 있다.The functional group (1001) provided on the surface of the support (1010) may be used without limitation in the case of a functional group capable of fixing the first carbonic anhydride enzyme (1100). For example, a functional group such as carboxyl group, amine group, imine group, An ether group, an acetal group, a sulfide group, a phosphate group, and an iodo group, preferably a carboxyl group and / or an alkyl group, Or an amine group.

탄산무수화효소가 도 3과 같은 구조의 탄산무수화효소 가교결합복합체(1000)를 형성할 경우 탄산무수화효소 활성의 유지/발현에 부적할 수 있는 온도, pH 조건에서도 우수하게 효소활성을 오랜기간 안정적으로 발현할 수 있는 이점이 있다. When the carbonic anhydrase forms a carbonic anhydrase crosslinking complex (1000) having the structure shown in FIG. 3, the enzyme activity is excellent even at a temperature and a pH condition which may not be suitable for maintenance / expression of carbonic anhydrase activity There is an advantage that the period can be stably expressed.

상기 도 3과 같은 탄산무수화효소 가교결합복합체(1000)는 후술하는 실시예 1과 같은 방법에 의해 제조될 수 있고, 이때 석출화제를 투입하지 않고 가교결합제만을 투입하여 도 3과 같은 탄산무수화효소 가교결합복합체를 제조할 수 있으나, 석출화제를 투입할 경우 더욱 더 밀도 높게 탄산무수화효소가 집적된 탄산무수화효소 가교결합복합체를 제조할 수 있다. 다만, 상기 도3과 같은 탄산무수화효소 가교결합복합체의 제조방법이 실시예 1에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 발명자에 의한 대한민국 특허공개공보 제10-2011-0128182호, 10-2011-0128134호, 10-2013-0127916호 등에 개시된 제조방법이 참조로 삽입될 수 있다. The carbonic anhydrase crosslinking complex (1000) as shown in FIG. 3 can be prepared by the same method as in Example 1 described later. In this case, only the crosslinking agent is added without introducing the precipitating agent, An enzyme crosslinking complex can be prepared. However, when a precipitating agent is added, a carbonic anhydrase crosslinking complex in which a carbonic anhydrase is accumulated more densely can be prepared. However, the method for producing the carbonic anhydrase crosslinking complex as shown in FIG. 3 is not limited to the example 1, and the method disclosed in Korean Patent Laid-Open Nos. 10-2011-0128182, 10-2011-0128134 No. 10-2013-0127916, and the like can be incorporated by reference.

한편, 더욱 우수한 효소활성을 발현하는 동시에 장기간 안정적으로 활성을 발현하기 위해서는 복합체에 결합된 효소의 양이 많은 동시에 외력 등에 의해서 효소가 복합체에서 떨어지지 않을 수 있는 우수한 결합력이 요구된다. On the other hand, in order to express more excellent enzyme activity and to express the activity stably for a long period of time, a large amount of enzyme bound to the complex is required, and at the same time, an excellent binding force capable of preventing the enzyme from falling off by the external force is required.

이에 따라 더욱 바람직하게는 도4에 도시된 것과 같이 상기 탄산무수화효소 가교결합복합체(2000)는 표면에 제1 작용기(2001)를 구비한 제1 지지체(2010) 이외에 표면에 제2 작용기(2301,2302)를 구비한 제2 지지체(2300)를 더 포함하고, 4, the carbonic anhydrase crosslinking complex 2000 may include a first support 2010 having a first functional group 2001 on its surface, a second functional group 2301 on the surface thereof, , 2302), wherein the second support (2300)

제1탄산무수화효소(2100) 및 제2 탄산무수화효소 가교결합복합체(2211,2212,2213)가 상기 제2작용기를 통해 제2지지체(2300)에 결합할 수 있다. The first carbonic anhydrase 2100 and the second carbonic anhydrase crosslinking complexes 2211, 2212 and 2213 can be bonded to the second support body 2300 through the second functional group.

제2 탄산무수화효소 가교복합체는 효소들끼리만 가교결합되는 것이 아니라 제2 지지체를 매개로 다시 공유결합됨에 따라 더욱 강한 결합력으로 효소간에 결착될 수 있고, 복수개로 포함되는 제2 지지체(2300) 각각이 효소가 군집을 이루어 공유결합될 수 있는 바인딩 포인트가 될 수 있음에 따라 더욱 많은 양의 효소가 군집을 이루어 복합체에 포함될 수 있어 현저히 향상된 효소활성 및 안정되게 오랜기간 효소활성을 발현시키는데 보다 유리할 수 있다. 상기 제2 지지체(2300)는 상술한 지지체(제1 지지체)에 대한 설명과 동일하고, 제1 지지체는 제2 지지체와 동일하거나 다른 재질일 수 있고, 형상, 크기도 동일 또는 상이할 수 있는 등 이에 대해서 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다. 또한 상기 제2 작용기 역시 상술한 지지체에 대한 설명의 작용기와 동일하며, 제1 작용기는 제2 작용기와 동일하거나 상이할 수 있다. 한편, 도 4의 제2지지체(2300)는 자성을 띠는 지지체일 수 있으며 이 경우 전환반응기(100)에서 전환된 중탄산이온이 용해된 액체(120b)를 중탄산이온 배출구(130)를 통해 배출시킬 때 자성을 이용하여 탄산무수화효소 가교결합복합체의 배출을 방지하거나 배출된 액체내 포함된 탄산무수화효소 가교결합복합체의 분리 및 재활용을 가능하게 하는 이점이 있다.The second carbonic anhydrase cross-linking complex is not crosslinked only between the enzymes but can be bound between the enzymes with a stronger binding force as they are covalently bound through the second support, and the second support bodies 2300 Since this enzyme can be a binding point to be covalently bonded in a cluster, a larger amount of the enzyme can be included in the complex and can be advantageously used for expressing the enzyme activity remarkably improved and the enzyme activity stably for a long time have. The second support body 2300 is the same as the above description of the support body (first support body). The first support body may be the same as or different from the second support body, and may have the same shape or size as the second support body This is not particularly limited in the present invention. The second functional group is also the same as the functional group described above, and the first functional group may be the same as or different from the second functional group. 4 may be a magnetic support. In this case, the liquid 120b, in which the bicarbonate ions converted in the conversion reactor 100 are dissolved, is discharged through the bicarbonate ion outlet 130 It is advantageous to use magnetism to prevent the release of the carbonic anhydrase crosslinking complex or to enable the separation and recycling of the carbonic anhydrase crosslinking complex contained in the discharged liquid.

상기 도 4에 따른 탄산무수화효소 가교결합복합체(2000)는 후술하는 실시예2에 따른 제조방법으로 제조될 수 있으나 도3에 따른 탄산무수화 효소복합체와 마찬가지로 석출화제 없이 가교결합제의 투입만으로 도 4와 같은 복합체의 구현도 가능하며, 다만, 석출화제의 투입으로 더욱 더 효소가 밀도 높게 집적된 복합체를 구현가능하고, 이를 통해 보다 향상된 물성을 발현할 수 있는 이점이 있다. 상기 도4와 같은 탄산무수화효소 가교결합복합체의 제조방법은 실시예 2에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 발명자에 의한 대한민국 특허공개공보 제10-2011-0128182호, 10-2011-0128134호, 10-2013-0127916호 등에 개시된 제조방법이 참조로 삽입될 수 있다.The carbonic anhydrase crosslinking complex 2000 according to FIG. 4 can be prepared by the manufacturing method according to Example 2 described later. However, as in the case of the carbonic anhydrase complex according to FIG. 3, only the introduction of the crosslinking agent 4 can also be realized. However, it is possible to realize a complex in which a higher concentration of enzyme is accumulated by introducing a precipitating agent, and thus, it is possible to exhibit improved physical properties through this. The method for producing the carbonic anhydrase cross-linking complex as shown in FIG. 4 is not limited to that of Example 2, and Korean Patent Laid-Open Nos. 10-2011-0128182, 10-2011-0128134, 10-2013-0127916 and the like can be inserted by reference.

상술한 탄산무수화효소(120a)는 효소반응부(120)에 구비되어 공급되는 이산화탄소를 중탄산이온으로 전환시키는 것을 촉진시킬 수 있고, 전환된 중탄산이온은 중탄산수용액 배출부(130)를 통해 배출되며, 배출된 중탄산이온수용액은 전환반응기의 중탄산수용액 배출부(130)와 연통되는 별도의 중탄산수용액 저장소(300)에 수집되거나 및/또는 중탄산수용액 배출부(130)와 연통된 중탄산이온의 활용소에서 이용될 수 있다. 상기 중탄산이온의 활용소는 전환 및/또는 수집된 중탄산이온을 탄산염으로 합성, 이를 원료로 미생물 배양, 금속 양이온의 제거, 방사성 물질의 정화 등일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The carbonic anhydrase 120a may be provided in the enzyme reaction unit 120 to promote the conversion of carbon dioxide to bicarbonate ions. The converted bicarbonate ions are discharged through the bicarbonate aqueous solution discharging unit 130 , The discharged bicarbonate ion solution is collected in a separate bicarbonate aqueous solution reservoir 300 communicating with the bicarbonate aqueous solution discharge portion 130 of the conversion reactor and / or at the utilization site of bicarbonate ion communicated with the bicarbonate aqueous solution discharge portion 130 Can be used. The utilization site of the bicarbonate ion may include, but is not limited to, synthesis of bicarbonate ions converted and / or collected as carbonates, cultivation of microorganisms as a raw material, removal of metal cations, purification of radioactive materials, and the like.

또한, 본 발명은 상술한 전환반응기가 도 1과 다르게 공급된 이산화탄소를 중탄산이온으로 전환시키는 반응을 위하여 전환반응기의 일부분에 채워진 액체를 포함하여 형성될 수 있다.In addition, the present invention can also be formed with a liquid filled in a part of the conversion reactor for the reaction to convert the carbon dioxide supplied to the bicarbonate ion, unlike in Fig.

한편, 전환반응기(100)의 일부분에 채워진 액체 또는 이를 포함하는 효소반응부(120)에서 전환 가능한 이산화탄소 농도는 제한적일 수 있음에 따라 공급되는 배가스에 포함된 이산화탄소의 농도가 고농도일 경우 효소반응부(120)에서 미반응된 이산화탄소가 존재하며, 상기 미반응된 이산화탄소는 전환반응기(100)에 구비될 수 있는 가스 배출부(140)를 통해 포집반응기(200)로 공급될 수 있다.On the other hand, when the concentration of carbon dioxide contained in the supplied exhaust gas is high because the concentration of the carbon dioxide in the liquid filled in the conversion reactor 100 or the enzyme reaction unit 120 including the liquid is limited, the enzyme reaction unit The unreacted carbon dioxide may be supplied to the collection reactor 200 through a gas discharge unit 140 provided in the conversion reactor 100.

다음으로 상술한 전환반응기(100)와 직렬로 연결되는 포집반응기(200)에 대해 설명한다.Next, a collection reactor 200 connected in series with the above-described conversion reactor 100 will be described.

상기 포집반응기(200)는 전환반응기(100)에서 미반응된 이산화탄소를 포집하는 역할을 담당한다. 상술한 전환반응기(100)의 가스배출부(140)를 통해 이산화탄소를 포함하는 배가스가 포집반응기(200)의 반응챔버(230) 내부로 공급되면 공급된 이산화탄소가 반응기에서 포집되며, 미포집된 이산화탄소를 포함하는 배가스는 이후 포집반응기(200)의 가스배출구(220)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 상기 포집반응기(200)는 이산화탄소 분리막 및/또는 이산화탄소를 흡수제를 통해 이산화탄소를 분리 포집할 수 있다.The collection reactor 200 plays a role of collecting unreacted carbon dioxide in the conversion reactor 100. When the exhaust gas containing carbon dioxide is supplied into the reaction chamber 230 of the collection reactor 200 through the gas discharge part 140 of the conversion reactor 100, the supplied carbon dioxide is collected in the reactor, and uncoated carbon dioxide May be discharged to the outside through the gas outlet 220 of the collection reactor 200. [ The collection reactor 200 can separate and collect carbon dioxide through a carbon dioxide separation membrane and / or carbon dioxide through an absorbent.

상기 이산화탄소 분리막은 통상의 이산화탄소 분리막일 수 있음에 따라 구체적인 재질, 구조 등에 당업계에 공지된 이산화탄소 분리막의 경우 제한 없이 사용될 수 있다. 이에 대한 비제한적인 예로써, 상기 이산화탄소 분리막의 소재는 유기고분자로서 CO2/N2의 분리특성이 탁월한 6FDA계 폴리이미드, Cardo-type의 폴리이미드, 폴리술폰, 셀룰로오스 아세테이트 등일 수 있다. 또한, 구체적인 구조는 다공성의 스틸이나 세라믹지지체 상에 코팅되는 다공성 무기막을 포함하는 구조이거나 유리상의 고분자 또는 고무상의 고분자에 의한 투과선택성을 가지는 고분자막 구조일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 그 메커니즘에 있어서, 분리막이 상기 다공성 무기막일 경우 분자량에 따른 Knudsen 확산, 표면 인력에 의한 표면확산, 모세관 응축, 분자의 크기에 따른 분자체 메커니즘으로 구분될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며 목적에 따라 적절한 분리막을 선택하여 사용할 수 있다.Since the carbon dioxide separation membrane may be a conventional carbon dioxide separation membrane, the carbon dioxide separation membrane known in the art may be used without limitation in specific materials and structures. As a non-limiting example, the material of the carbon dioxide separation membrane may be 6FDA polyimide, Cardo-type polyimide, polysulfone, cellulose acetate or the like, which is excellent in separation characteristics of CO 2 / N 2 as an organic polymer. In addition, the specific structure may be a structure including a porous inorganic film coated on porous steel or a ceramic support, or a polymer membrane structure having a glass-like polymer or a rubber-like polymer having a permeability selectivity. In the mechanism, if the separation membrane is the porous inorganic membrane, it may be classified into Knudsen diffusion according to molecular weight, surface diffusion due to surface attraction, capillary condensation, molecular sieve mechanism depending on the size of molecules, but not limited thereto. Accordingly, it is possible to select and use an appropriate separation membrane.

상기 이산화탄소 흡수제는 통상의 이산화탄소 흡수제일 수 있고, 구체적으로 건식흡수제 및 습식흡수제 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 건식흡수제는 일예로써, 고체아민, 알칼리금속염, 알칼리토금속염, 제올라이트, 금속유기구조체 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 습식흡수제는 통상의 습식흡수제일 수 있고, 바람직하게는 아민계 수용액일 수 있으며, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 디메틸에탄올아민, 디에틸에탄올아민, 디메틸글리신, N-메틸디에탄올아민, 2-아미노-2메틸-1-프로판올, 2-아미노-2하이드록시메틸-1,3-프로파네디올, 파이페리딘, 파이페라진, 탄산칼륨, 탄산나트륨, 암모니아 및 탄산암모늄으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다. The carbon dioxide absorbent may be a conventional carbon dioxide absorbent, and may specifically include at least one of a dry absorbent and a wet absorbent. The dry absorbent may, for example, include solid amines, alkali metal salts, alkaline earth metal salts, zeolites, metal organic structures and the like. The wetting agent may be a conventional wetting agent, preferably an amine-based aqueous solution, and may be a monoethanolamine, diethanolamine, dimethylethanolamine, diethylethanolamine, dimethylglycine, N-methyldiethanolamine Amino-2-hydroxymethyl-1, 3-propanediol, piperidine, pyperazine, potassium carbonate, sodium carbonate, ammonia and ammonium carbonate And may include any one selected.

본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 상기 포집반응기는 이산화탄소 흡수제, 바람직하게는 습식흡수제를 포함할 경우 탄산무수화효소 가교결합복합체를 더 포함할 수 있다. 상기 포집반응기에 탄산무수화효소 가교결합복합체가 더 구비되는 경우 이산화탄소의 포집효율을 더욱 향상시킬 수 있고, 포집속도를 더욱 빠르게 할 수 있는 이점이 있다. 다만, 상기 포집반응기의 이산화탄소 포집 환경은 pH가 9 ~ 12의 알칼리 조건이며, 온도가 40 ~ 60℃일 수 있는데, 이와 같은 조건에서는 탄산무수화효소의 변성을 야기하여 효소활성이 현저히 저하될 수 있다. 따라서 안정적으로 장기간 우수한 효소활성 발현을 위하여 상기 탄산무수화효소는 전환반응기에 포함되는 탄산무수화효소와 상이할 수 있고, 바람직하게는 도 3 및/또는 도 4와 같이 탄산무수화효소간 가교결합되어 집적된 탄산무수화효소 가교결합복합체가 유리할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the collection reactor may further include a carbonic anhydrase cross-linking complex when it comprises a carbon dioxide absorbent, preferably a wet absorbent. When the carbonic anhydrase crosslinking complex is further included in the collection reactor, the collection efficiency of carbon dioxide can be further improved and the collection rate can be further increased. However, the carbon dioxide capture environment of the capture reactor may be an alkaline pH of 9 to 12 and a temperature of 40 to 60 ° C. Under such conditions, denaturation of the carbonic anhydrase may occur and the activity of the enzyme may be significantly lowered . Therefore, in order to stably and excellently express the enzymatic activity for a long period of time, the carbonic anhydrase may be different from the carbonic anhydrase contained in the conversion reactor, and preferably, the carbonic anhydrase is cross- And an integrated carbonic anhydrase crosslinking complex may be advantageous.

상술한 전환반응기(100)에서 공급된 이산화탄소가 포집반응기(200)를 거치면서 흡수제에 의해 포집된 흡수제-이산화탄소 반응물은 이후에 이산화탄소를 분리 및 수집하는 이산화탄소 탈착기(400)로 공급되며, 전환반응기(100)에서 공급된 이산화탄소를 포함하는 배가스 중 포집된 이산화탄소를 제외한 잔량의 배가스는 배가스 배출부(220)를 통해 최종 대기중으로 배출되거나 전환반응기(100)의 가스 공급부(110)로 재공급되어 이산화탄소 저감 공정을 반복 수행할 수도 있다.The absorbent-carbon dioxide reactant collected by the absorbent while the carbon dioxide supplied from the conversion reactor 100 passes through the collection reactor 200 is then supplied to the carbon dioxide desorber 400 for separating and collecting the carbon dioxide, The remaining amount of the exhaust gas excluding the carbon dioxide captured in the exhaust gas containing carbon dioxide supplied from the exhaust gas purification unit 100 is discharged to the final atmosphere through the exhaust gas discharge unit 220 or supplied again to the gas supply unit 110 of the conversion reactor 100, The abatement process may be repeatedly performed.

상기 탈착기(400)는 공급된 흡수제-이산화탄소 반응물 및 분리된 이산화탄소를 저장하는 챔버(420), 이산화탄소 분리과정에서 소요되는 에너지, 예를 들어 열을 발생시키는 에너지 공급부(410)를 포함할 수 있고, 분리된 이산화탄소를 배출시키는 이산화탄소 배출부(430)를 구비할 수 있다. 이때 가해지는 열은 70 ~ 130℃일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 사용되는 이산화탄소의 흡수제 종류에 따라 변경될 수 있다.The desorber 400 may include a chamber 420 for storing the supplied absorbent-carbon dioxide reactant and separated carbon dioxide, and an energy supply unit 410 for generating energy, for example, heat in the carbon dioxide separation process And a carbon dioxide discharging unit 430 for discharging the separated carbon dioxide. The heat applied at this time may be 70-130 ° C, but is not limited thereto, and may be changed depending on the kind of the absorbent of carbon dioxide used.

한편, 본 발명에 따른 바람직한 다른 구현예에 의한 직렬반응기는 도 1 및 도 2와 다르게 전환반응기 및 포집반응기 중 어느 하나가 다른 일방을 거쳐 배가스가 유입되는 방식이 아니라, 전환반응기 및 포집반응기 모두 직접 배가스가 유입될 수 있는 가스공급부를 각각 포함할 수 있으며, 각각의 가스공급부는 개폐식으로 구현될 수 있고, 어느 일방이 개방된 경우 다른 일방이 폐쇄되는 방식으로 이산화탄소 전환 및 포집공정이 이루어지게 할 수 있다. 즉, 공급되는 배가스의 양, 이산화탄소의 농도, 중탄산이온의 필요정도를 고려해서 배가스가 먼저 유입되는 반응기가 선택될 수 있으며, 이때 선택된 반응기로 배가스가 직접 유입되고, 나머지 선택되지 못한 반응기에 구비되는 가스공급부는 배가스의 직접유입을 막도록 닫혀진 상태일 수 있다. 또한, 이와 같은 각각에 구비된 가스공급부의 개방 또는 폐쇄는 배가스가 직렬반응기로 공급된 후 전환 및 포집공정이 일어나는 공정 중간에도 반응기 내부에 체류중인 배가스의 양을 고려하여 바뀔 수도 있다. 1 and 2, a series reactor according to another preferred embodiment of the present invention is different from the one shown in FIG. 1 and FIG. 2 in that the conversion reactor and the collection reactor are not directly connected to each other through any one of the conversion reactor and the collection reactor, Each of the gas supply units may be configured to be opened and closed, and when either one of the gas supply units is opened, the other of the gas supply units may be closed and the carbon dioxide conversion and collection process may be performed have. That is, the reactor in which the flue gas flows first may be selected in consideration of the amount of the supplied flue gas, the concentration of carbon dioxide, and the required degree of bicarbonate ion. At this time, the flue gas directly flows into the selected reactor, The gas supply may be closed to prevent direct entry of the flue gas. The opening or closing of the gas supply unit may be changed in consideration of the amount of the exhaust gas remaining in the reactor even during the process of converting and collecting the exhaust gas after the exhaust gas is supplied to the series reactor.

이상으로 설명한 본 발명에 따른 직렬반응기를 통해 배가스에 포함된 이산화탄소는 도 1과 같이 전환반응기로 배가스가 직접 공급될 경우, (1) 이산화탄소를 포함하는 배가스를 상술한 본 발명의 일구현예에 따른 직렬반응기의 전환반응기에 공급하여 상기 이산화탄소를 중탄산이온으로 전환시키는 단계; 및 (2) 공급된 상기 이산화탄소 중 미반응된 이산화탄소가 포함된 배가스를 포집반응기로 공급하여 이산화탄소를 포집하는 단계;를 포함하여 이산화탄소가 전환 및 포집될 수 있다. The carbon dioxide contained in the flue gas through the series reactor according to the present invention can be used in the following manner: (1) when the flue gas is directly supplied to the conversion reactor as shown in FIG. 1, the flue gas containing carbon dioxide Converting the carbon dioxide into bicarbonate ions by supplying the converted carbon dioxide to a conversion reactor of a series reactor; And (2) supplying exhaust gas containing unreacted carbon dioxide in the supplied carbon dioxide to a collection reactor to collect carbon dioxide, so that carbon dioxide can be converted and collected.

또한, 도 2와 같이 포집반응기로 배가스가 직접 공급될 경우, (a) 이산화탄소를 포함하는 배가스를 본 발명의 일구현예에 따른 직렬반응기의 포집반응기에 공급하여 상기 이산화탄소를 포집하는 단계; 및 (b) 공급된 이산화탄소 중 미포집된 이산화탄소가 포함된 배가스를 전환반응기로 공급하여 이산화탄소를 중탄산이온으로 전환시키는 단계;를 포함하여 이산화탄소가 전환 및 포집될 수 있다. In addition, when the exhaust gas is directly supplied to the collection reactor as shown in FIG. 2, (a) the exhaust gas containing carbon dioxide is supplied to a collection reactor of a tandem reactor according to an embodiment of the present invention to collect the carbon dioxide; And (b) supplying a flue gas containing uncoated carbon dioxide in the supplied carbon dioxide to a conversion reactor to convert the carbon dioxide to bicarbonate ions, whereby carbon dioxide can be converted and collected.

이산화탄소의 전환 및 포집공정을 도 1과 같은 직렬반응기를 중심으로 설명하면, 상기 (1) 단계의 구체적인 설명은 상술한 전환반응기에서의 설명과 동일하여 생략한다. 전환반응기에서의 이산화탄소 전환 공정은 바람직하게는 pH 7.5 ~ 8.5, 온도 25 ~ 45℃에서 수행함이 보다 유리할 수 있다.The conversion and trapping process of carbon dioxide will be described with reference to a series reactor as shown in FIG. 1, and the detailed description of the step (1) is the same as that of the above-described conversion reactor. It may be more advantageous to carry out the carbon dioxide conversion process in the conversion reactor, preferably at a pH of 7.5 to 8.5 and a temperature of 25 to 45 < 0 > C.

또한, 상기 (2) 단계의 구체적인 설명은 상술한 포집반응기에서의 설명과 동일하여 생략한다. 포집반응기에서의 이산화탄소 포집 공정은 바람직하게는 pH 9 ~ 12, 온도 40 ~ 60℃ 보다 바람직하게는 45 ~ 55℃의 온도로 수행될 수 있다. 만일 40℃미만의 온도로 수행될 경우 목적하는 수준으로 이산화탄소를 저감시킬 수 없고, 60℃를 초과할 경우 이산화탄소의 용해도가 낮아져 기체상태로 배출되는 이산화탄소의 양이 현저히 늘어남에 따라 포집반응기에서 미반응되는 이산화탄소의 양이 현저히 늘어나는 문제점이 있을 수 있다. Further, the detailed description of the step (2) is the same as the description in the above-described collecting reactor and is omitted. The carbon dioxide capture step in the collection reactor is preferably carried out at a pH of 9 to 12 and a temperature of 40 to 60 ° C, preferably 45 to 55 ° C. If the temperature is lower than 40 ° C., the carbon dioxide can not be reduced to the desired level. If the temperature is higher than 60 ° C., the solubility of carbon dioxide is lowered and the amount of carbon dioxide discharged into the gaseous state is significantly increased. There is a problem that the amount of the carbon dioxide which is generated by the combustion is remarkably increased.

본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 상기 포집반응기에서 이산화탄소 흡수제로 이산화탄소를 포집시킨 후, 미포집된 이산화탄소를 배출 및 포집물에서 이산화탄소 흡수제와 이산화탄소를 분리시켜 이산화탄소를 수집하는 단계;를 더 포함할 수 있고, 이산화탄소 분리, 수집 공정은 상술한 직렬반응기에 더 구비될 수 있는 탈착기(400)를 통해 수행될 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 이산화탄소 탈착기는 통상의 이산화탄소 저감 장치에 응용되는 이산화탄소 탈착기일 수 있음에 따라 본 발명에서는 이를 특별히 한정하지 않으며, 이산화탄소를 분리시키기 위해 투입되는 열 등의 에너지 크기는 포집반응기에 구비되는 흡수제의 구체적 종류에 따라 상이하며, 흡수제 구체적 종류에 따라 분리시간도 상이할 수 있어 본 발명에서는 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.According to a preferred embodiment of the present invention, the method further comprises collecting carbon dioxide with the carbon dioxide absorbent in the collection reactor, discharging uncoated carbon dioxide, and separating the carbon dioxide absorbent and carbon dioxide from the collected carbon dioxide to collect carbon dioxide And the carbon dioxide separation and collection process may be performed through the desorber 400 which may be further included in the above-described series reactor, but the present invention is not limited thereto. Since the carbon dioxide desorber may be a carbon dioxide desorber applied to a conventional carbon dioxide abatement apparatus, the present invention is not particularly limited thereto, and the energy level of heat input for separating carbon dioxide may be a specific kind of absorbent And the separation time may be different depending on the specific type of the absorbent. Therefore, the present invention is not particularly limited thereto.

하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.The present invention will now be described more specifically with reference to the following examples. However, the following examples should not be construed as limiting the scope of the present invention, and should be construed to facilitate understanding of the present invention.

<준비예 1> - 탄산무수화 효소복합체 1의 제조&Lt; Preparation Example 1 > - Preparation of carbonic anhydrase complex 1

카르복실기를 함유하는 직경 약 50nm의 폴리아닐린(아닐린 및 3-아미노벤조익에시드를 단량체로 각각 1 : 3 중량부로 포함하여 중합된 공중합체) 섬유상 지지체를 제조한 후, 상기 지지체상에 탄산무수화 효소가 쉽게 결합할 수 있도록 카르복실기를 치환하는 EDC-NHS 반응을 진행시킨다. 구체적으로 2mg을 10㎖의 증류수에 분산시키고, 2㎖의 EDC (10mg/㎖), 4㎖의 NHS (50mg/㎖), 4㎖의 100mM MES (2-(N-morpholino)ethanesulfonic acid) 버퍼(pH6.0)와 혼합하여 총 20㎖의 혼합 용액을 만들었다. 이후 상온에서 1시간 동안 교반시키고 원심분리를 통해 수세하였고 이후 100 mM PB buffer (pH 7.6)에 녹인 탄산무수화효소(Carbonic anhydrase, CA)용액 10 mg/㎖ 1㎖를 넣어 2시간동안 150 rpm으로 교반시켜 효소와 폴리아닐린 지지체간의 공유결합을 유도하였다.A fibrous support having a carboxyl group-containing polyaniline (polymerized with 1: 3 parts by weight of each of aniline and 3-aminobenzoic acid as monomers) having a diameter of about 50 nm was prepared. Then, a carbonic anhydridease The EDC-NHS reaction in which the carboxyl group is substituted is proceeded so as to be easily bonded. Specifically, 2 mg was dispersed in 10 ml of distilled water, and 2 ml of EDC (10 mg / ml), 4 ml of NHS (50 mg / ml) and 4 ml of 100 mM MES (2- (N-morpholino) ethanesulfonic acid) buffer pH 6.0) to prepare a total of 20 ml of mixed solution. Then, the mixture was stirred at room temperature for 1 hour, washed with water by centrifugation, and then 10 mg / ml of a carbonic anhydrase (CA) solution dissolved in 100 mM PB buffer (pH 7.6) Followed by stirring to induce a covalent bond between the enzyme and the polyaniline support.

그 뒤 석출화제로서 용액 속에 암모늄설페이트용액 농도가 55%v/v가 되도록 하였다. 효소의 석출이 용이하도록 하기 위해 실온에서 150 rpm으로 30분동안 교반시켰다. 그 뒤 가교결합제로서 12.5%v/v의 글루타르알데하이드를 첨가하여 용액속의 글루타르알데하이드의 농도가 0.5%가 되도록 한다. 그 뒤 가교결합제의 충분한 반응을 위하여 4의 냉장고에서 17시간동안 반응시켰다. 그 뒤 매트릭스 복합체를 포함하는 용액을 100mM Tris buffer pH 7.6를 이용해 30분 동안 200 rpm에서 교반시켜준 후 다시 100 mM PB를 이용하여 씻어주었다. 모든 처리가 끝난 효소고정화 물질들은 4 에서 보관하여 도 3과 같은 탄산무수화 효소복합체를 제조하였다.The concentration of the ammonium sulfate solution in the solution was then adjusted to 55% v / v as a precipitating agent. The mixture was stirred at room temperature for 30 minutes at 150 rpm to facilitate the precipitation of the enzyme. Then 12.5% v / v glutaraldehyde is added as a cross-linking agent so that the concentration of glutaraldehyde in the solution is 0.5%. Then, the reaction was carried out in a refrigerator of 4 for 17 hours for sufficient reaction of the crosslinking agent. Then, the solution containing the matrix complex was stirred at 200 rpm for 30 minutes with 100 mM Tris buffer pH 7.6, and then washed again with 100 mM PB. All treated enzyme immobilization materials were stored at 4 to produce a carbonic anhydrase complex as shown in Fig.

<준비예 2> - 탄산무수화 효소복합체 2의 제조&Lt; Preparation Example 2 > - Preparation of carbonic anhydrase complex 2

카르복실기를 함유하는 직경 약 50nm의 폴리아닐린(아닐린 및 3-아미노벤조익에시드를 단량체로 각각 1 : 3 중량부로 포함하여 중합된 공중합체) 섬유상 지지체를 제조한 후, 상기 지지체상에 탄산무수화 효소가 쉽게 결합할 수 있도록 카르복실기를 치환하는 EDC-NHS 반응을 진행시킨다. 구체적으로 2mg을 10ml의 증류수에 분산시키고, 2㎖의 EDC (10mg/㎖), 4㎖의 NHS (50mg/㎖), 4㎖의 100mM MES (2-(N-morpholino)ethanesulfonic acid) 버퍼(pH6.0)와 혼합하여 총 20ml의 혼합 용액을 만든다. 이후 상온에서 1시간 동안 교반시키고 원심분리를 통해 수세한다. 이후 100 mM PB buffer (pH 7.6)에 녹인 탄산무수화효소(Carbonic anhydrase, CA)용액 10 mg/㎖ 1㎖를 넣어 2시간동안 150 rpm으로 교반시켜 효소와 폴리아닐린 지지체간의 공유결합을 유도하였다. 그 뒤 석출화제로서 용액 속에 암모늄설페이트용액 농도가 55%v/v가 되도록 하는 동시에 유체역학적 직경(hydrodynamic diameter)이 50nm이고, 아민기로 개질된 실리카비드를 2.5mg 혼합한뒤, 이 용액을 효소가 있는 용액에 첨가하였다. 하였다. 효소의 석출이 용이하도록 하기 위해 실온에서 150 rpm으로 30분동안 교반시켰다. 그 뒤 가교결합제로서 12.5%v/v의 글루타르알데하이드를 첨가하여 용액속의 글루타르알데하이드의 농도가 0.5%가 되도록 한다. 그 뒤 가교결합제의 충분한 반응을 위하여 4의 냉장고에서 17시간동안 반응시켰다. 그 뒤 매트릭스 복합체를 포함하는 용액을 100mM Tris buffer pH 7.6를 이용해 30분 동안 200 rpm에서 교반시켜준 후 다시 100 mM PB를 이용하여 씻어주었다. 모든 처리가 끝난 효소고정화 물질들은 4 에서 보관하여 도 4와 같은 탄산무수화 효소복합체를 제조하였다.A fibrous support having a carboxyl group-containing polyaniline (polymerized with 1: 3 parts by weight of each of aniline and 3-aminobenzoic acid as monomers) having a diameter of about 50 nm was prepared. Then, a carbonic anhydridease The EDC-NHS reaction in which the carboxyl group is substituted is proceeded so as to be easily bonded. Specifically, 2 mg was dispersed in 10 ml of distilled water and mixed with 2 ml of EDC (10 mg / ml), 4 ml of NHS (50 mg / ml), 4 ml of 100 mM MES (2- (N-morpholino) ethanesulfonic acid) .0) to make a total of 20 ml of mixed solution. Thereafter, the mixture is stirred at room temperature for 1 hour and is washed by centrifugation. Then, 10 mg / ml 1 ml of a carbonic anhydrase (CA) solution dissolved in 100 mM PB buffer (pH 7.6) was added and stirred at 150 rpm for 2 hours to induce the covalent bond between the enzyme and the polyaniline support. Thereafter, as the precipitating agent, the ammonium sulfate solution concentration was adjusted to 55% v / v in the solution, and 2.5 mg of the silica beads modified with amine groups were hydrodynamically measured to have a hydrodynamic diameter of 50 nm. Lt; / RTI &gt; solution. Respectively. The mixture was stirred at room temperature for 30 minutes at 150 rpm to facilitate the precipitation of the enzyme. Then 12.5% v / v glutaraldehyde is added as a cross-linking agent so that the concentration of glutaraldehyde in the solution is 0.5%. Then, the reaction was carried out in a refrigerator of 4 for 17 hours for sufficient reaction of the crosslinking agent. Then, the solution containing the matrix complex was stirred at 200 rpm for 30 minutes with 100 mM Tris buffer pH 7.6, and then washed again with 100 mM PB. All the treated enzyme immobilization materials were stored at 4 to prepare a carbonic anhydrase complex as shown in Fig.

<준비예 3> - 탄산무수화 효소복합체 3의 제조&Lt; Preparation Example 3 > - Preparation of carbonic anhydrase complex 3

카르복실기를 함유하는 직경 약 50nm의 폴리아닐린(아닐린 및 3-아미노벤조익에시드를 단량체로 각각 1 : 3 중량부로 포함하여 중합된 공중합체) 섬유상 지지체를 제조한 후, 상기 지지체상에 탄산무수화 효소가 쉽게 결합할 수 있도록 카르복실기를 치환하는 EDC-NHS 반응을 진행시킨다. 구체적으로 2mg을 10㎖의 증류수에 분산시키고, 2㎖의 EDC (10mg/㎖), 4㎖의 NHS (50mg/㎖), 4㎖의 100mM MES (2-(N-morpholino)ethanesulfonic acid) 버퍼(pH6.0)와 혼합하여 총 20㎖의 혼합 용액을 만들었다. 이후 상온에서 1시간 동안 교반시키고 원심분리를 통해 수세하였고 이후 100 mM PB buffer (pH 7.6)에 녹인 탄산무수화효소(Carbonic anhydrase, CA)용액 10 mg/㎖ 1㎖를 넣어 2시간동안 150 rpm으로 교반시켜 효소와 폴리아닐린 지지체간의 공유결합을 유도하였고, 이를 통해 폴리아닐린 지지체상에 효소가 바인딩된 탄산무수화 효소복합체를 제조하였다.A fibrous support having a carboxyl group-containing polyaniline (polymerized with 1: 3 parts by weight of each of aniline and 3-aminobenzoic acid as monomers) having a diameter of about 50 nm was prepared. Then, a carbonic anhydridease The EDC-NHS reaction in which the carboxyl group is substituted is proceeded so as to be easily bonded. Specifically, 2 mg was dispersed in 10 ml of distilled water, and 2 ml of EDC (10 mg / ml), 4 ml of NHS (50 mg / ml) and 4 ml of 100 mM MES (2- (N-morpholino) ethanesulfonic acid) buffer pH 6.0) to prepare a total of 20 ml of mixed solution. Then, the mixture was stirred at room temperature for 1 hour, washed with water by centrifugation, and then 10 mg / ml of a carbonic anhydrase (CA) solution dissolved in 100 mM PB buffer (pH 7.6) Followed by stirring to induce covalent bonding between the enzyme and the polyaniline support. Thus, a carbonic anhydrase conjugate having an enzyme bound to a polyaniline support was prepared.

<실시예 1> &Lt; Example 1 >

전환반응기 중 효소반응부에 상기 준비예 1에서 준비된 도 3과 같은 탄산무수화 효소복합체 및 물을 구비시키고, 포집반응기에 이산화탄소 흡수제로 습식흡수제인 50 중량% 농도의 N-메틸디에탄올아민 수용액을 구비시키고, 상기 준비예 1에서 준비된 도 3과 같은 탄산무수화 효소복합체를 구비시켜 도 1과 같이 전환반응기와 포집반응기가 직렬로 연결된 직렬반응기를 구현하였다.In the conversion reactor, the carbonic anhydrase complex and water as shown in Fig. 3 prepared in Preparation Example 1 were placed in an enzyme reaction unit, and a 50% by weight aqueous solution of N-methyldiethanolamine as a wetting agent was added as a carbon dioxide absorbent And a carbonic anhydrase complex as shown in FIG. 3 prepared in Preparation Example 1 was provided to implement a serial reactor in which a conversion reactor and a collection reactor were connected in series as shown in FIG.

<실시예 2>&Lt; Example 2 >

실시예 1과 같이 동일하게 실시하여 구현하되, 효소반응기에 구비되는 탄산무수화효소 가교결합복합체를 준비예 2에서 준비된 도 4와 같은 탄산무수화효소 가교결합복합체로 변경하여 직렬반응기를 구현하였다.The same procedure as in Example 1 was carried out, except that the carbonic anhydrase crosslinking complex provided in the enzyme reactor was replaced with the carbonic anhydrase cross-linking complex prepared in Preparation Example 2 to prepare a serial reactor.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

100,100': 전환반응기 110,110': 가스공급부
120,120': 효소반응부 120a,121': 탄산무수화효소복합체
120b,122': 액체 130,130': 중탄산수용액 배출부
140,140': 가스배출부 150,150': 반응챔버
200,200': 포집반응기
210,210': 이산화탄소 포집물 배출부
220,220': 가스공급부 230,230': 반응챔버
300,300': 중탄산이온 저장 400,400': 탈착기
100, 100 ': conversion reactor 110, 110': gas supply unit
120, 120 ': enzyme reaction unit 120a, 121': carbonic anhydrase complex
120b, 122 ': Liquid 130, 130': Bicarbonate aqueous solution discharge portion
140, 140 ': gas discharge part 150, 150': reaction chamber
200, 200 ': collection reactor
210, 210 ': Carbon dioxide capture discharge unit
220, 220 ': gas supply part 230, 230': reaction chamber
300,300 ': Bicarbonate ion storage 400,400': Desorber

Claims (18)

공급된 이산화탄소를 중탄산이온으로 전환시키는 반응을 위하여 전환반응기의 일부분에 채워진 액체, 및 탄산무수화효소를 구비한 효소반응부를 포함하는 전환반응기; 및
상기 전환반응기와 연통되고, 공급된 이산화탄소를 포집하는 포집반응기;를 포함하고,
상기 탄산무수화효소는 다수개가 액체 상에 분산된 유리효소, 다수개가 비결합되어 응집된 효소집합체 및 다수개가 상호 결합된 효소가교결합복합체 중 어느 하나 이상의 형태로 포함되는 이산화탄소 전환 및 포집용 직렬반응기.
A conversion reactor comprising an enzyme reaction part comprising a liquid filled in a part of the conversion reactor and a carbonic anhydrase for a reaction for converting the supplied carbon dioxide to bicarbonate ion; And
And a collection reactor communicating with the conversion reactor and collecting the supplied carbon dioxide,
The carbonic anhydrase may be one or more of a free enzyme enzyme dispersed in a liquid phase, an enzyme aggregate in which a plurality of uncoated and aggregated enzymes are aggregated, and an enzyme cross- .
제1항에 있어서,
이산화탄소를 포함하는 배가스는 상기 전환반응기 또는 포집반응기로 공급되어 이산화탄소가 전환 또는 포집된 후, 미반응된 이산화탄소를 포함하는 배가스가 포집반응기 또는 전환반응기로 공급되어 상기 미반응된 이산화탄소가 포집 또는 전환되는 이산화탄소 전환 및 포집용 직렬반응기.
The method according to claim 1,
The exhaust gas containing carbon dioxide is supplied to the conversion reactor or the collection reactor to convert or capture carbon dioxide, and then the exhaust gas containing unreacted carbon dioxide is supplied to a collection reactor or a conversion reactor to collect or convert the unreacted carbon dioxide A series reactor for carbon dioxide conversion and collection.
제1항에 있어서,
상기 전환반응기는 배가스가 공급되는 가스 공급부 및 효소반응부에서 미반응된 이산화탄소가 포함된 배가스를 배출하는 가스 배출부를 더 포함하는 이산화탄소 전환 및 포집용 직렬반응기.
The method according to claim 1,
Wherein the conversion reactor further comprises a gas supply part for supplying the exhaust gas and a gas exhaust part for exhausting the exhaust gas containing unreacted carbon dioxide in the enzyme reaction part.
제1항에 있어서,
상기 탄산무수화효소는 야생형(wild type) 탄산무수화효소 및 탄산무수화효소 변이체 중 어느 하나 이상을 포함하는 이산화탄소 전환 및 포집용 직렬반응기.
The method according to claim 1,
Wherein said carbonic anhydrase comprises at least one of a wild type carbonic anhydrase and a carbonic anhydrase variant.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 탄산무수화효소는 지지체를 더 구비하여 상기 지지체 상에 결합되거나 지지체 내부에 담지된 이산화탄소 전환 및 포집용 직렬반응기.
The method according to claim 1,
Wherein the carbonic anhydrase has a support and is bonded on the support or supported inside the support.
제1항에 있어서,
상기 전환반응기는 효소반응부에서 전환 및 용해된 중탄산수용액을 배출시키기 위한 중탄산수용액 배출부를 더 포함하는 이산화탄소 전환 및 포집용 직렬반응기.
The method according to claim 1,
Wherein the conversion reactor further comprises a bicarbonate aqueous solution discharge unit for discharging the bicarbonate aqueous solution converted and dissolved in the enzyme reaction unit.
제1항에 있어서,
상기 포집반응기는 이산화탄소 흡수제 및 이산화탄소 분리막 중 어느 하나 이상을 포함하는 이산화탄소 전환 및 포집용 직렬반응기.
The method according to claim 1,
Wherein the collection reactor comprises at least one of a carbon dioxide absorbent and a carbon dioxide separation membrane.
제7항에 있어서,
상기 중탄산수용액 배출부와 연통되도록 중탄산수용액 저장소 및 중탄산수용액 활용소 중 어느 하나 이상을 더 포함하는 이산화탄소 전환 및 포집용 직렬반응기.
8. The method of claim 7,
Further comprising at least one of a bicarbonate aqueous solution reservoir and a bicarbonate aqueous solution reservoir to communicate with the bicarbonate aqueous solution discharge portion.
제1항에 있어서,
상기 효소가교결합복합체는 표면에 제1작용기를 포함하는 제1지지체를 더 구비하며,
상기 제1작용기에 직접 결합하는 제1탄산무수화효소 및 상기 제1탄산무수화효소와 결합하고, 인접한 탄산무수화효소끼리 가교결합된 제2 탄산무수화효소 가교결합복합체를 포함하는 이산화탄소 전환 및 포집용 직렬반응기.
The method according to claim 1,
Wherein the enzyme cross-linking complex further comprises a first support comprising a first functional group on its surface,
A second carbonic anhydrase binding to the first functional group directly and a second carbonic anhydrase crosslinking complex that binds to the first carbonic anhydrase and crosses the adjacent carbonic anhydrase, Collecting series reactors.
제10항에 있어서, 상기 효소가교결합복합체는
표면에 제2작용기를 포함하고, 상기 제1탄산무수화효소 및 제2 탄산무수화효소 가교결합복합체 중 어느 하나 이상의 효소와 상기 제2작용기를 통해 결합하는 제2지지체를 더 포함하는 이산화탄소 전환 및 포집용 직렬반응기.
11. The composition of claim 10, wherein the enzyme cross-linking complex comprises
Further comprising a second support which comprises a second functional group on its surface and which binds to the enzyme through at least one of the first carbonic anhydrase and the second carbonic anhydrase crosslinking complex through the second functional group, Collecting series reactors.
제1항에 있어서,
상기 포집반응기는 이산화탄소 흡수제와 이산화탄소 간 결합물 및 반응결합물 중 어느 하나 이상을 포함하는 포집물을 배출하는 이산화탄소 포집물 배출부를 더 포함하는 이산화탄소 전환 및 포집용 직렬반응기.
The method according to claim 1,
Wherein the trapping reactor further comprises a carbon dioxide capture and discharge unit for discharging a capture including at least one of carbon dioxide absorbent, carbon dioxide bond, and reaction bond.
제12항에 있어서,
상기 이산화탄소 포집물 배출부와 연통되어 배출된 포집물에서 이산화탄소를 분리 및 수집하는 이산화탄소 탈착기를 더 포함하는 이산화탄소 전환 및 포집용 직렬반응기.
13. The method of claim 12,
And a carbon dioxide desorber for separating and collecting carbon dioxide from the discharged carbon dioxide collected in the discharged carbon dioxide collection unit.
삭제delete (1) 이산화탄소를 포함하는 배가스를 제1항 내지 제4항 및 제6항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 직렬반응기의 전환반응기에 공급하여 상기 이산화탄소를 중탄산이온으로 전환시키는 단계; 및
(2) 공급된 상기 이산화탄소 중 미반응된 이산화탄소가 포함된 배가스를 포집반응기로 공급하여 이산화탄소를 포집하는 단계;를 포함하는 직렬반응기를 통한 이산화탄소 전환 및 포집공정.
(1) supplying an exhaust gas containing carbon dioxide to a conversion reactor of a series reactor according to any one of claims 1 to 4 and 6 to 13 to convert the carbon dioxide to bicarbonate ion; And
(2) supplying the exhaust gas containing unreacted carbon dioxide in the supplied carbon dioxide to a collection reactor to collect carbon dioxide, and a step of converting and collecting carbon dioxide through a series reactor.
(a) 이산화탄소를 포함하는 배가스를 제1항 내지 제4항 및 제6항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 직렬반응기의 포집반응기에 공급하여 상기 이산화탄소를 포집하는 단계; 및
(b) 공급된 이산화탄소 중 미포집된 이산화탄소가 포함된 배가스를 전환반응기로 공급하여 이산화탄소를 중탄산이온으로 전환시키는 단계;를 포함하는 직렬반응기를 통한 이산화탄소 전환 및 포집공정.
(a) supplying an exhaust gas containing carbon dioxide to a collection reactor of a tandem reactor according to any one of claims 1 to 4 and 6 to 13 to collect the carbon dioxide; And
(b) feeding a flue gas containing uncoated carbon dioxide out of the supplied carbon dioxide to a conversion reactor to convert the carbon dioxide to bicarbonate ions, and a process for converting and collecting carbon dioxide through a series reactor.
제15항에 있어서,
전환된 상기 중탄산이온을 전환반응기에서 배출시켜 수집하는 단계; 및
포집된 이산화탄소를 탈착시켜 이산화탄소를 수집하는 단계;를 더 포함하는 직렬반응기를 통한 이산화탄소 전환 및 포집공정.
16. The method of claim 15,
Withdrawing the converted bicarbonate ions from the conversion reactor to collect; And
Desorbing the collected carbon dioxide to collect carbon dioxide; and converting and collecting the carbon dioxide through the series reactor.
제16항에 있어서,
전환된 상기 중탄산이온을 전환반응기에서 배출시켜 수집하는 단계; 및
포집된 이산화탄소를 탈착시켜 이산화탄소를 수집하는 단계;를 더 포함하는 직렬반응기를 통한 이산화탄소 전환 및 포집공정.
17. The method of claim 16,
Withdrawing the converted bicarbonate ions from the conversion reactor to collect; And
Desorbing the collected carbon dioxide to collect carbon dioxide; and converting and collecting the carbon dioxide through the series reactor.
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