KR101927378B1 - 배기가스 내 이산화탄소 포집 및 자원화 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이산화탄소가 함유된 배기가스가 유입되며, 상기 이산화탄소를 고농도 농축가스로 포집하고, 제1 처리가스를 분리하는 이산화탄소 포집부, 상기 이산화탄소 포집부에서 포집된 고농도의 상기 농축가스를 공급받아 상기 이산화탄소를 광물화하고, 제2 처리가스를 배출하는 광물화 공정부, 상기 제1 처리가스와 제2 처리가스를 수용하여, 함유된 이산화탄소가 기설정된 농도가 되도록 제1 처리가스 및 제2 처리가스를 혼합하는 혼합탱크, 상기 혼합탱크로부터 혼합된 제3 처리가스를 공급받아 미세조류를 이용하여 광배양 공정을 수행하는 광배양 공정부 및 상기 이산화탄소 포집부, 상기 광물화 공정부, 상기 혼합탱크 및 상기 광배양 공정부로 공급 및 배출되는 가스 유량 및 이산화탄소 함유량을 제어하는 제어부를 포함하는 배기가스 내 이산화탄소 포집 및 자원화 시스템을 제공한다.

Description

배기가스 내 이산화탄소 포집 및 자원화 시스템{CARBON DIOXIDE CAPTURING AND RESOURCEIZATION SYSTEM IN EXHAUST GAS}
실시예는 배기가스 내 이산화탄소 포집 및 자원화 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 이산화탄소의 자원화 효율을 최대로 하기 위해 각각의 공정의 효율을 고려하여 이산화탄소 포집 및 자원화를 하나의 시스템으로 처리할 수 있는 배기가스 내 이산화탄소 포집 및 자원화 시스템에 관한 것이다.
산업의 발달과 함께 이산화탄소의 대기 중 농도증가로 인한 지구온난화 문제가 대두되고 있는데, 대기중 이산화탄소 농도가 증가하는 원인 중 가장 큰 원인은 에너지 산업에서 사용되는 석탄, 석유, 액화천연가스 등의 화석연료의 사용이다.
산업화가 시작된 19세기 초반부터 대기 중에 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 이산화질소, 할로카본 등의 온실 가스 농도가 증가하게 되었고 20세기 중반 이후 급속하게 증가하였다.
이러한 온실가스의 증가로 인한 지구 온난화 현상이 가속화되면서 배출 및 처리에 대한 규제가 엄격해지고 있다. 1992년 6월 브라질 리우에서 열린 환경과 개발에 관한 UN회의를 통하여 지구온난화에 대한 국제적 관심이 점차로 높아지고 있으며, 선진국들은 2010년 지구온실가스 배출량을 1990년 대비 5.2% 감축하기로 합의하는 등 온실가스 저감 방안에 대한 국제적 합의가 이루어지고 있다. 특히 지구온난화현상을 야기하는 온실가스 중 80% 정도를 차지하는 이산화탄소의 처리는 더욱 중요한 문제로 대두되었다.
배출된 이산화탄소 성분을 처리하기 위한 기술로 이산화탄소 분리막 포집 기술, 이산화탄소 광물화 기술 및 미세조류를 이용한 광배양기술 등 다양한 기술이 등장하고 있다.
그러나, 각각의 기술들은 이산화탄소를 처리할 수 있는 장점이 있으나, 시스템 설치비, 이산화탄소 처리량, 단위면적당 낮은 이산화탄소 저감률 등 다양한 문제점이 존재한다.
실시예는 이산화탄소의 자원화 효율을 최대로 하기 위해 각각의 공정의 효율을 고려하여 이산화탄소 포집 및 자원화를 연계된 하나의 시스템으로 처리하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제에 국한되지 않으며 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예는, 이산화탄소가 함유된 배기가스가 유입되며, 상기 이산화탄소를 고농도로 농축가스로 포집하고, 제1 처리가스를 분리하는 이산화탄소 포집부; 상기 이산화탄소 포집부에서 포집된 고농도의 상기 농축가스를 공급받아 상기 이산화탄소를 광물화하고, 제2 처리가스를 배출하는 광물화 공정부; 상기 제1 처리가스와 제2 처리가스를 수용하여, 함유된 이산화탄소가 기설정된 농도가 되도록 제1 처리가스 및 제2 처리가스를 혼합하는 혼합탱크; 상기 혼합탱크로부터 혼합된 제3 처리가스를 공급받아 미세조류를 이용하여 광배양 공정을 수행하는 광배양 공정부; 및 상기 이산화탄소 포집부, 상기 광물화 공정부, 상기 혼합탱크 및 상기 광배양 공정부로 공급 및 배출되는 가스 유량 및 이산화탄소 함유량을 제어하는 제어부;를 포함한다.
바람직하게는, 상기 제어부는 상기 혼합탱크로부터 공급되는 상기 제3 처리가스의 이산화탄소 농도를 3~7%로 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제어부는 상기 제1 처리가스의 유입양을 조절하여 상기 혼합탱크의 이산화탄소 농도를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 농축가스는 액화된 상태로 공급되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예는, 배기가스가 유입되며, 이를 분배하는 배기가스 유입부; 상기 배기가스 유입부로부터 배기가스를 공급받아 미세조류를 이용하여 광배양 공정을 수행하고, 제4 처리가스를 배출하는 광배양 공정부; 상기 배기가스 유입부의 배기가스와 상기 제4 처리가스를 공급받아 혼합하는 혼합탱크; 상기 혼합탱크에서 혼합된 제5 처리가스를 공급받아, 상기 제5 처리가스 내부에 함유된 이산화탄소를 고농도의 농축가스로 포집하는 이산화탄소 포집부; 상기 이산화탄소 포집부에서 포집된 상기 농축가스를 공급받아 상기 이산화탄소를 광물화하고, 제6 처리가스를 배출하는 광물화 공정부; 및 상기 배기가스 유입부, 상기 광배양 공정부, 상기 혼합탱크, 상기 이산화탄소 포집부 및 상기 광물화 공정부로 공급 및 배출되는 가스 유량 및 이산화탄소 함유량을 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 제6 처리가스는 상기 혼합탱크로 주입되는 것을 특징으로 하는 배기가스 내 이산화탄소 포집 및 자원화 시스템을 제공한다.
바람직하게는, 상기 제어부는 상기 광배양 공정부의 이산화탄소 처리효율을 고려하여 상기 배기가스 유입부를 통해 상기 광배양 공정부로 공급되는 상기 배기가스의 양을 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제어부는 상기 혼합탱크 내부의 혼합가스 내의 이산화탄소의 농도를 8~10%로 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 농축가스는 액화된 상태로 공급되는 것을 특징으로 할 수 있다.
실시예에 따르면, 이산화탄소 자원화 효율을 증대할 수 있는 효과가 있다.
또한, 이산화탄소 분리막 포집 기술, 이산화탄소 광물화 기술 및 미세조류를 이용한 광배양 기술의 문제점을 상호 보완할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 내 이산화탄소 포집 및 자원화 시스템의 블록도이고,
도 2는 도 1의 구성요소인 이산화탄소 포집부로 막분리 공정이 사용되는 경우 동작을 나타내는 도면이고,
도 3은 도 1의 시스템의 실제 동작을 나타내는 제1 실시예의 모식도이고,
도 4는 도 1의 시스템의 실제 동작을 나타내는 제2 실시예의 모식도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예를 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명 실시 예를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 실시 예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 실시 예의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 2 구성 요소는 제 1 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 1 구성 요소도 제 2 구성 요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명 실시 예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
실시 예의 설명에 있어서, 어느 한 element가 다른 element의 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1 내지 도 4는, 본 발명을 개념적으로 명확히 이해하기 위하여, 주요 특징 부분만을 명확히 도시한 것이며, 그 결과 도해의 다양한 변형이 예상되며, 도면에 도시된 특정 형상에 의해 본 발명의 범위가 제한될 필요는 없다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 내 이산화탄소 포집 및 자원화 시스템의 블록도이다.
본 발명의 실시예인 배기가스 내 이산화탄소 포집 및 자원화 시스템은 이산화탄소 포집부(100), 광물화 공정부(200), 광배양 공정부(300) 및 제어부(400)를 포함할 수 있다.
본 발명을 구성하는 이산화탄소 포집부(100)는 분리막 포집 기술을 이용할 수 있으며, 부지가 협소하고 가격이 비싼 도심에 위치한 발전소의 이산화탄소 포집시 유용하게 사용될 수 있다. 다만, 분리막 포집 기술을 이용한 이산화탄소 포집부(100)는 포집된 이산화탄소를 저장시 부지 확보가 어렵고, 안정성이 저하된다는 문제점이 있다.
광물화 공정부(200)는 이산화탄소를 농축처리하여 광물화하는 기술로, 이산화탄소를 고속으로 대량처리하고 반영구적으로 처리할 수 있는 장점이 존재한다. 그러나, 이산화탄소 저감률의 극대화를 위해 고농도의 이산화탄소 공급원이 필요하다.
또한, 광배양 공정부(300)는 미세조류를 이용하여 이산화탄소를 바이오매스화 하는 기술로 이산화탄소의 생물학적 전환을 통한 아스타잔틴, 베타카로틴, 오메가3, CGF등 고부가가치의 유용한 물질을 생산할 수 있는 장점이 존재한다. 그러나, 미세조류를 이용한 광배양 공정은 광합성 효율의 한계로 인해 단위면적당 낮은 이산화탄소 저감률의 문제점이 존재한다.
본 발명의 실시예인 배기가스 내 이산화탄소 포집 및 자원화 시스템은 각각의 구성요소의 단점을 최소화하고 장점을 부각하는 구조에 특징이 존재한다.
이산화탄소 포집부(100)는 배기가스로부터 이산화탄소를 분리하여 고농도의 이산화탄소를 생산할 수 있다.
일실시예로, 이산화탄소 포집부(100)는 분리막 공정이 사용될 수 있다.
종래의 CCS(Carbon Capture and Storage, CCS)기술과 분리막 공정을 비교하면, 아래와 같다.
구분 처리시간 건설비 운영비 포집단가 부지면적
CCS공정 2~3분 11억원 1.5억/년 $80/tCO2 500~800m2
분리막공정 15~20초 9억원 0.8억/년 $40/tCo2 80~100m2
분리막 포집 공정을 이용하여 이산화탄소를 포집하는 경우, 처리시간과 처리비용에서 이득인 것을 확인할 수 있으며, 설비를 설치하기 위한 부지면적에서도 차이가 있음을 확인할 수 있다.
이산화탄소 포집부(100)는 배기가스를 다양한 재질의 중공사막(hollow fiber) 모듈에 유입시켜 통화하는 경우, 다양한 기체 성분들(N2, O2, CO2 등)이 투과속도 차이에 의해 빠른 속도로 포집될 수 있다.
도 2는 도 1의 구성요소인 이산화탄소 포집부(100)로 막분리 공정이 사용되는 경우 동작을 나타내는 도면이고, 표 2는 기체의 상대적인 투과속도를 나타내는 표이다.
Figure 112018022577163-pat00001
도 2와 표 2를 병행참조하면, 배기가스가 분리막으로 공급되면, 상대적 투과속도가 빠른 이산화탄소가 먼저 배출되며, 느린 질소기체가 나중에 포집되게 된다. 막분리공정을 이용하는 이산화탄소 포집부(100)는 이러한 원리를 이용하여 이산화탄소를 빠르게 포집할 수 있다.
광물화 공정부(200)는 포집된 이산화탄소를 자연산 광물 또는 산업체에서 배출되는 무기계 산업부산물(inorganic industrial waste)과 반응시켜 새로운 광물로 합성시키는 기술이다.
일실시예로, 광물화 공정부(200)는 배기가스 내 이산화탄소가 건축부산물(슬래그, 폐콘크리트)내 Ca, Mg 성분과 광물화 반응을 통해 CaCO3, MgCO3 와 탄산염을 생산하여 이산화탄소를 영구적으로 고체화할 수 있다.
생성된 탄산염은 안정하여 물에 잘 녹지 않으며, 대기 중으로 이산화탄소 방출이 불가능해 환경적으로도 해가 없으며, 이산화탄소를 영구적으로 저장하여 이산화탄소의 배출문제를 해결할 수 있다.
광배양 공정부(300)는 미세조류를 이용하여 이산화탄소 고정화하는 공정을 수행할 수 있다. 식물성 플랑크톤인 미세조류는 태양을 에너지원으로 하며, 이산화탄소를 고정화하는 광합성 작용을 하며 성장하게 된다.
이러한 미세조류를 이용하여 이산화탄소를 고정화하는 것은 식물이 이산화탄소를 광합성하는 경우와 마찬가지로 태양 에너지를 주 에너지원으로 활용할 수 있어 이산화탄소를 고정하기 위해 투입해야 하는 에너지 소모량이 매우 작은 장점이 존재한다.
미세조류는 식물에 비해 성장속도가 빠르고, 1세대 바이오연료인 콩,옥수수, 유채씨 등에 비하여 단위면적당 바이오매스 생산성이 20-100배 이상 높은 특징을 가지고, 해상이나 황무지를 통해 대량 배양이 가능하며, 하수, 해수 폐수 등 다양한 수자원을 활용할 수 있다. 특히, 화력발전소와 같은 탄소 배출원에서 나오는 연소 배기가스를 직접적으로 세포 배양에 활용할 수 있다는 장점이 존재한다.
미세조류 공정의 경우, 이산화탄소를 바이오디젤, 바이오폴리머, 의약품, 건강식품, 천연색소 등 다양한 고부가가치 물질로 전환이 가능하고, 태양광을 활용하여 추가적인 에너지 투입이 없어 저비용의 경제성을 갖춘 친환경 공정 개발이 가능하다는 장점을 가진다.
이러한 광배양에 사용가능한 미세조류로는 네클로리스(Neochloris sp.), 클로렐라(Chlorella sp.), 클로로코쿰(Chlorococcum sp.), 스피루리나(Spirulina sp.), 헤마토코쿠스(Haematococcus sp.), 네오스폰지오코쿰(Neospongiococcum sp.), 세네데스무스(Scenedesmus sp.), 두나리엘라(Dunaliella sp.), Thaustochytrids 등을 예를 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 일반적으로 이산화탄소를 바이오매스로 전환하는 능력을 가지는 미세조류라면 제한 없이 사용가능하다.
제어부(400)는 이산화탄소 포집부(100), 광물화 공정부(200) 및 광배양 공정부(300)로 공급되는 가스의 유량 및 이산화탄소의 함량을 제어하며, 전체 공정의 효율을 향상시키기 위해 시스템 전체의 구동을 제어할 수 있다.
도 3는 도 1의 시스템의 실제 동작을 나타내는 제1 실시예의 모식도이다.
도 3을 참조하면, 배기가스 내 이산화탄소 포집 및 자원화 시스템은 이산화탄소가 함유된 배기가스가 유입되며, 상기 이산화탄소를 고농도로 농축가스(G)로 포집하고, 제1 처리가스(G1)를 분리하는 이산화탄소 포집부(100), 상기 이산화탄소 포집부(100)에서 포집된 고농도의 상기 농축가스(G)를 공급받아 상기 이산화탄소를 광물화하고, 제2 처리가스(G2)를 배출하는 광물화 공정부(200), 상기 제1 처리가스(G1)와 제2 처리가스(G2)를 수용하여, 함유된 이산화탄소가 기설정된 농도가 되도록 제1 처리가스(G1) 및 제2 처리가스(G2)를 혼합하는 혼합탱크(500), 상기 혼합탱크(500)로부터 미세조류가 이용할 수 있는 상태로 혼합된 제3 처리가스(G3)를 공급받아 미세조류를 이용하여 광배양 공정을 수행하는 광배양 공정부(300) 및 상기 이산화탄소 포집부(100), 상기 광물화 공정부(200), 상기 혼합탱크(500) 및 상기 광배양 공정부(300)로 공급 및 배출되는 가스 유량 및 이산화탄소 함유량을 제어하는 제어부(400)를 포함할 수 있다.
이산화탄소 포집부(100)는 유입되는 배기가스에서 분리막 공정을 이용하여 고농도의 이산화탄소를 포집하게 된다. 이후, 농축가스(G)는 광물화 공정부(200)로 공급되며, 제1 처리가스(G1)는 혼합탱크(500)로 유입되게 된다. 농축가스(G)는 액화된 상태의 액화 탄산으로 광물화 공정부(200)로 공급될 수 있다.
광물화 공정부(200)는 고농도의 농축가스(G)를 이용하여 고칼슘재 및 골재 등 다양한 종류의 광물을 생산할 수 있다. 광물화 공정부(200)는 70~80%의 이산화탄소 처리효율을 구비하는 것이 바람직하다. 광물화 공정부(200)는 광물을 생산하고 남은 제2 처리가스(G2)를 혼합탱크(500)로 공급할 수 있다.
혼합탱크(500)는 제1 처리가스(G1)와 제2 처리가스(G2)를 공급받아 혼합하게 된다. 이때, 제어부(400)는 광배양 공정부(300)의 효율을 최대화하기 위해 혼합탱크(500)를 통해 광배양 공정부(300)로 공급되는 제3 처리가스(G3)의 이산화탄소 농도를 제어할 수 있다. 일실시예로, 제3 처리가스(G3)의 이산화탄소 농도는 3~7%로 제어될 수 있다.
이때, 제어부(400)는 고농도를 가지는 제2 처리가스(G2)는 혼합탱크(500)로 그대로 유입하고, 제1 처리가스(G1)의 유입양을 조절하여 혼합탱크(500) 내 이산화탄소를 제어할 수 있다. 제어부(400)는 필요한 농도에 따라 제1 처리가스(G1)가 혼합탱크(500)로 유입되는 양을 결정하고 남는 저농도의 제1 처리가스(G1)를 대기 중으로 방출할 수 있다.
광배양 공정부(300)는 최적의 비율로 조절된 제3 처리가스(G3)를 공급받아 미세조류를 이용한 광배양 공정을 실시하며, 처리 후 가스를 대기로 방출할 수 있다.
일실시예로, 유입되는 배기가스에서 이산화탄소 농도가 8%이며 400m3/hr의 유량이 공급되는 경우, 이산화탄소 포집부(100)의 이산화탄소 처리효율이 90%라 할 때, 40m3/hr의 유량으로 이산화탄소의 농도가 90%인 농축가스(G)가 광물화 공정부(200)로 공급될 수 있다. 이때, 제1 처리가스(G1)는 360m3/hr의 유량으로, 이산화탄소 농도가 1%인 상태로 혼합탱크(500)로 유입될 수 있다.
광물화 공정부(200)에서 사용되는 광물화 반응장치의 이산화탄소 처리효율이 80%라 할 때, 이산화탄소 농도가 90%인 농축가스(G)를 통해 광물을 생산하며, 제2 처리가스(G2)는 40m3/hr의 용량이며, 이산화탄소의 농도가 18%인 상태로 혼합탱크(500)로 공급될 수 있다.
광배양 공정부(300)로 공급되는 제3 처리가스(G3)의 최적의 이산화탄소 농도가 5%라 할때, 제어부(400)는 혼합탱크(500)로부터 공급되는 제3 처리가스(G3)의 농도를 조절하게 된다. 이 경우, 이산화탄소 함유량이 높은 제2 처리가스(G2)는 혼합탱크(500)로 그대로 유입하며, 제1 처리가스(G1)의 유입량을 조절하여 혼합탱크(500)의 농도를 조절할 수 있다. 제어부(400)는 제2 처리가스(G2)가 이산화탄소의 농도가 18%이며,40m3/hr의 유량으로 공급되는 경우, 360m3/hr이며 이산화탄소 농도가 1%로 공급되는 제1 처리가스(G1)의 공급양 중 240m3/hr을 대기로 방출하게 되며, 120m3/hr를 혼합탱크(500)로 공급하도록 조절하여 제3 처리가스(G3)의 농도를 5%로 조절할 수 있다.
광배양 공정부(300)가 30%의 이산화탄소 처리효율을 가지는 경우, 대기 중으로160m3/hr에 이산화탄소 농도가 3.5%인 가스가 방출된다.
전체 공정에서 대기 중으로 방출되는 제1 처리가스(G1)와 광배양 공정부(300)에서 방출되는 가스를 합하면, 전체 방출되는 방출가스는 400m3/hr 유량 및 이산화탄소 농도 2%인 상태로 대기중으로 방출될 수 있다.
도 4은 도 1의 시스템의 실제 동작을 나타내는 제2 실시예의 모식도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 배기가스 내 이산화탄소 포집 및 자원화 시스템은 배기가스가 유입되며, 이를 분배하는 배기가스 유입부(600), 상기 배기가스 유입부(600)로부터 배기가스를 공급받아 미세조류를 이용하여 광배양 공정을 수행하고, 제4 처리가스(G4)를 배출하는 광배양 공정부(300), 상기 배기가스 유입부(600)의 배기가스와 상기 제4 처리가스(G4)를 공급받아 혼합하는 혼합탱크(500), 상기 혼합탱크(500)에서 혼합된 제5 처리가스(G5)를 공급받아, 상기 제5 처리가스(G5) 내부에 함유된 이산화탄소를 고농도의 농축가스(G)로 포집하는 이산화탄소 포집부(100), 상기 이산화탄소 포집부(100)에서 포집된 상기 농축가스(G)를 공급받아 상기 이산화탄소를 광물화하고, 제6 처리가스를 배출하는 광물화 공정부(200) 및 상기 배기가스 유입부(600), 상기 광배양 공정부(300), 상기 혼합탱크(500), 상기 이산화탄소 포집부(100) 및 상기 광물화 공정부(200)로 공급 및 배출되는 가스 유량 및 이산화탄소 함유량을 제어하는 제어부(400)를 포함하고, 상기 제6 처리가스는 상기 혼합탱크(500)로 주입되는 것을 특징으로 할 수 있다.
배기가스 유입부(600)는 산업설비로부터 유입되는 배기가스를 광배양 공정부(300)와 혼합탱크(500)로 분배할 수 있다. 이때, 제어부(400)는 광배양 공정부(300)의 이산화탄소 처리효율을 고려하여 혼합탱크(500)에서 이산화탄소 포집부(100)로 공급되는 혼합가스의 농도를 고려하여 광배양 공정부(300)로 주입되는 배기가스의 양을 제어할 수 있다. 이때, 제어부(400)는 광물화 반응부를 통해 혼합탱크(500)로 공급되는 제5 처리가스(G5)의 농도까지 함께 고려하여 광배양 공정부(300)로 공급되는 배기가스의 양을 조절할 수 있다.
광배양 공정부(300)는 배기가스를 공급받아 미세조류를 이용한 광배양 공정을 실시하여 바이오매스를 생산할 수 있으며, 처리된 제4 처리가스(G4)는 혼합탱크(500)로 주입될 수 있다.
혼합탱크(500)는 배기가스 유입부(600)로부터 공급받은 배기가스, 제4 처리가스(G4) 및 광물화 반응부로부터 공급되는 제5 처리가스(G5)를 혼합하며, 혼합가스는 이산화탄소 포집부(100)로 공급될 수 있다. 혼합가스 내부의 이산화탄소 농도는 8~10%로 공급되도록 제어부(400)를 통해 제어될 수 있다.
이산화탄소 포집부(100)는 혼합탱크(500)로부터 유입되는 혼합가스에서 분리막 공정을 이용하여 고농도의 이산화탄소를 포집하게 된다. 이후, 농축가스(G)는 광물화 공정부(200)로 공급되며, 처리된 가스는 대기 중으로 방출될 수 있다. 일실시예로, 농축가스(G)는 액화된 상태로 공급될 수 있다.
광물화 공정부(200)는 이산화탄소 포집부(100)로부터 농축가스(G)를 공급받아 고칼슘재 및 골재 등 다양한 종류의 광물을 생산할 수 았다. 광물화 공정부(200)는 70~80%의 이산화탄소 처리효율을 구비하는 것이 바람직하다. 광물화 공정부(200)는 광물을 생산하고 남은 제2 처리가스(G2)를 혼합탱크(500)로 공급할 수 있다. 광물화 공정부(200)는 이산화탄소 포집부(100)에서 공급되는 농축가스(G)를 처리한 후, 제5 처리가스(G5)를 혼합탱크(500)로 유입시키며, 혼합탱크(500)는 제5 처리가스(G5)를 재혼합하여 이산화탄소 포집부(100)로 공급하는 순환과정을 형성하게 된다.
일실시예로, 배기가스 유입부(600)로 공급되는 배기가스의 이산화탄소 농도가 8%이며 400m3/hr의 유량이 공급되는 경우, 제어부(400)는 이산화탄소 처리효율이 30%인 광배양 공정부(300)로 100m3/hr의 유량을 공급하고, 나머지 300m3/hr을 혼합탱크(500)로 공급할 수 있다.
광배양 공정부(300)는 미세조류를 이용하여 바이오매스를 생산하고, 이산화탄소 농도 5.5%이고, 100m3/hr인 제4 처리가스(G4)를 혼합탱크(500)로 공급하게 된다.
혼합탱크(500)는 배기가스 유입부(600)로부터 공급되는 가스와 제4 처리가스(G4) 및 광물화 공정부(200)에서 공급되는 이산화탄소 농도는 18%이고, 40m3/hr인 제5 처리가스(G5)를 혼합하여 이산화탄소 농도가 8~10%이고, 400m3/hr인 혼합가스를 이산화탄소 포집부(100)로 공급할 수 있다.
이산화탄소의 처리효율이 90%인 이산화탄소 포집부(100)는 이산화탄소 농도가 90%이고, 40m3/hr인 농축가스(G)를 광물화 반응부로 공급하고, 처리된 이산화탄소 농도가 1%, 360~400m3/hr인 가스를 대기로 방출할 수 있다.
도 3에 나타나는 제1 실시예의 경우, 최종 대기로 방출되는 이산화탄소의 농도는 2%로 높으나, 전체 공정이 순차적으로 진행되어 에너지 소모량이 낮아지는 장점이 존재한다.
그러나, 도 4에 나타나는 제2 실시예의 경우, 최종 대기로 방출되는 이산화탄소의 농도는 1%로 낮으나, 광물화 반응부의 순환 구조를 구성하기 위해 제1 실시예에 비해 에너지 소모량이 증가하는 단점이 존재한다.
이상으로 본 발명의 실시 예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 살펴보았다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 이산화탄소 포집부
200 : 광물화 공정부
300 : 광배양 공정부
400 : 제어부
500 : 혼합탱크
600 : 배기가스 유입부

Claims (8)

  1. 이산화탄소가 함유된 배기가스가 유입되며, 상기 이산화탄소를 중공사막 모듈을 이용하여 고농도 농축가스로 포집하고, 제1 처리가스를 분리하는 이산화탄소 포집부;
    상기 이산화탄소 포집부에서 포집된 고농도의 상기 농축가스를 공급받아 상기 이산화탄소를 광물화하고, 제2 처리가스를 배출하는 광물화 공정부;
    상기 제1 처리가스와 제2 처리가스를 수용하여, 함유된 이산화탄소가 기설정된 농도가 되도록 제1 처리가스 및 제2 처리가스를 혼합하는 혼합탱크;
    상기 혼합탱크로부터 혼합된 제3 처리가스를 공급받아 미세조류를 이용하여 광배양 공정을 수행하는 광배양 공정부; 및
    상기 이산화탄소 포집부, 상기 광물화 공정부, 상기 혼합탱크 및 상기 광배양 공정부로 공급 및 배출되는 가스 유량 및 이산화탄소 함유량을 제어하는 제어부;
    를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 제1 처리가스의 유입양을 조절하여 상기 혼합탱크의 이산화탄소 농도를 제어하며, 상기 혼합탱크로부터 공급되는 상기 제3 처리가스의 이산화탄소 농도를 3~7%로 제어하는 것을 특징으로 하는 배기가스 내 이산화탄소 포집 및 자원화 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 농축가스는 액화된 상태로 공급되는 것을 특징으로 하는 배기가스 내 이산화탄소 포집 및 자원화 시스템.
  5. 배기가스가 유입되며, 이를 분배하는 배기가스 유입부;
    상기 배기가스 유입부로부터 배기가스를 공급받아 미세조류를 이용하여 광배양 공정을 수행하고, 제4 처리가스를 배출하는 광배양 공정부;
    상기 배기가스 유입부의 배기가스와 상기 제4 처리가스를 공급받아 혼합하는 혼합탱크;
    상기 혼합탱크에서 혼합된 제5 처리가스를 공급받아, 상기 제5 처리가스 내부에 함유된 이산화탄소를 중공사막 모듈을 이용하여 고농도의 농축가스로 포집하는 이산화탄소 포집부;
    상기 이산화탄소 포집부에서 포집된 상기 농축가스를 공급받아 상기 이산화탄소를 광물화하고, 제6 처리가스를 배출하는 광물화 공정부; 및
    상기 배기가스 유입부, 상기 광배양 공정부, 상기 혼합탱크, 상기 이산화탄소 포집부 및 상기 광물화 공정부로 공급 및 배출되는 가스 유량 및 이산화탄소 함유량을 제어하는 제어부;
    를 포함하고,
    상기 제6 처리가스는 상기 혼합탱크로 주입되고,
    상기 제어부는 상기 광배양 공정부의 이산화탄소 처리효율을 고려하여 상기 배기가스 유입부를 통해 상기 광배양 공정부로 공급되는 상기 배기가스의 양을 제어하며, 상기 혼합탱크 내부의 혼합가스 내의 이산화탄소의 농도를 8~10%로 제어하는 것을 특징으로 하는 배기가스 내 이산화탄소 포집 및 자원화 시스템.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제5 항에 있어서,
    상기 농축가스는 액화된 상태로 공급되는 것을 특징으로 하는 배기가스 내 이산화탄소 포집 및 자원화 시스템.
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