KR102042683B1 - Carbon dioxide utilization system - Google Patents

Carbon dioxide utilization system Download PDF

Info

Publication number
KR102042683B1
KR102042683B1 KR1020180170838A KR20180170838A KR102042683B1 KR 102042683 B1 KR102042683 B1 KR 102042683B1 KR 1020180170838 A KR1020180170838 A KR 1020180170838A KR 20180170838 A KR20180170838 A KR 20180170838A KR 102042683 B1 KR102042683 B1 KR 102042683B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
carbon dioxide
aqueous solution
anode
utilization system
cathode
Prior art date
Application number
KR1020180170838A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김건태
김창민
김정원
Original Assignee
울산과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 울산과학기술원 filed Critical 울산과학기술원
Priority to KR1020180170838A priority Critical patent/KR102042683B1/en
Priority to PCT/KR2019/013460 priority patent/WO2020138668A1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102042683B1 publication Critical patent/KR102042683B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01Products
    • C25B1/02Hydrogen or oxygen
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01Products
    • C25B1/22Inorganic acids
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01Products
    • C25B1/24Halogens or compounds thereof
    • C25B1/26Chlorine; Compounds thereof
    • C25B11/041
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/04Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
    • C25B11/051Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
    • C25B11/055Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the substrate or carrier material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B13/00Diaphragms; Spacing elements
    • C25B13/04Diaphragms; Spacing elements characterised by the material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00Operating or servicing cells
    • C25B15/08Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
    • C25B9/08
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/17Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
    • C25B9/19Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25CPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C7/00Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
    • C25C7/02Electrodes; Connections thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25CPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C7/00Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
    • C25C7/06Operating or servicing

Abstract

The present invention relates to a carbon dioxide utilization system which produces electricity, hydrogen and bicarbonate ions by using carbon dioxide through a voluntary electrochemical reaction without external power and can recover metal ions generated therefrom. According to the present invention, by using carbon dioxide through a voluntary electrochemical reaction without external power with various metals, electricity, hydrogen and bicarbonate ions can be produced. In addition, the carbon dioxide utilization system additionally comprises a metal recovery unit, thereby recovering metals with high purity consumed in the carbon dioxide utilization system and left in an ionic form.

Description

이산화탄소 활용 시스템{CARBON DIOXIDE UTILIZATION SYSTEM}CO2 utilization system {CARBON DIOXIDE UTILIZATION SYSTEM}

본 발명은 외부 전원 없이 자발적 전기화학 반응을 통해 이산화탄소를 활용하여, 전기, 수소 및 중탄산이온을 생산하고, 이로부터 발생하는 금속 이온을 회수할 수 있는 이산화탄소 활용 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon dioxide utilization system that utilizes carbon dioxide through a spontaneous electrochemical reaction without an external power source to produce electricity, hydrogen and bicarbonate ions, and recover metal ions generated therefrom.

최근 산업화와 더불어 온실가스의 배출이 지속적으로 증가하고 있으며, 온실가스 중 이산화탄소가 가장 큰 비중을 차지하고 있다. 산업 유형별 이산화탄소 배출량은 발전소 등 에너지 공급원에서 가장 많고, 발전을 포함한 시멘트/철강/정제 산업 등에서 발생되는 이산화탄소가 전 세계 발생량의 절반을 차지하고 있다. 이산화탄소 전환/활용 분야는 크게 화학적 전환, 생물학적 전환, 직접 활용으로 구분할 수 있으며, 기술적 범주로는 촉매, 전기화학, 바이오 공정, 광활용, 무기(탄산)화, 폴리머 등으로 구분 지을 수 있다. 이산화탄소는 다양한 산업 및 공정에서 발생되고, 하나의 기술로 이산화탄소 저감을 달성할 수 없기 때문에 이산화탄소 저감을 위한 다양한 접근 방식이 필요하다.With the recent industrialization, greenhouse gas emissions have been continuously increasing, and carbon dioxide accounts for the largest portion of greenhouse gases. Carbon dioxide emissions by industry type are the highest in energy sources such as power plants, and carbon dioxide from cement, steel, and refining industries, including power generation, accounts for half of the world's production. CO2 conversion / utilization can be classified into chemical conversion, biological conversion, and direct utilization, and the technical categories can be categorized into catalyst, electrochemical, bioprocess, light utilization, inorganic (carbonate), and polymer. Since carbon dioxide is produced in various industries and processes, and a single technology cannot achieve carbon dioxide reduction, various approaches for carbon dioxide reduction are required.

현재 미국 에너지성 DOE(Department Of Energy)는 이산화탄소를 저감하기 위한 기술로 CCS(Carbon Capture & Storage)와 CCU (Carbon Capture & Utilization)이 복합된 CCUS 기술에 관심을 두고 다각적 기술 개발을 추진 중이다. CCUS 기술은 효과적인 온실가스 감축 방안으로 인정받고 있으나, 고 투자 비용, 유해 포집제의 대기 방출 가능성, 낮은 기술 성숙도의 문제에 직면하고 있다. 또한, 에너지 및 기후 정책적 관점에서 CCUS는 온실가스 배출량을 실질적으로 감축하는 수단을 제공하지만 기술의 실현에는 보완 사항이 많다. 따라서, 보다 효율적으로 이산화탄소 포집, 저장 및 활용하는 새로운 개념의 한계돌파형(breakthrough) 기술 개발이 요구되고 있다.Currently, the US Department of Energy Department of Energy (DOE) is focusing on CCUS technology that combines Carbon Capture & Storage (CCS) and Carbon Capture & Utilization (CCU) as a technology to reduce carbon dioxide. CCUS technology is recognized as an effective GHG reduction measure, but faces high investment costs, the possibility of release of harmful trapping agents into the air, and low technology maturity. In addition, from an energy and climate policy perspective, CCUS provides a means to substantially reduce greenhouse gas emissions, but there are many complements to the realization of the technology. Therefore, there is a need for developing a new concept of breakthrough technology that more efficiently captures, stores and utilizes carbon dioxide.

본 발명의 기술분야와 관련된 선행 특허문헌으로서, 공개특허공보 제10-2015-0091834호는 이산화탄소를 포집하는 나트륨 이차전지를 개시하고 있다.As a prior patent document related to the technical field of the present invention, Japanese Patent Laid-Open No. 10-2015-0091834 discloses a sodium secondary battery for capturing carbon dioxide.

대한민국 공개특허공보 제10-2015-0091834호 "이산화탄소 포집 이차전지" (2015.08.12.)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2015-0091834 "Carbon Dioxide Capture Secondary Battery" (2015.08.12.)

본 발명의 목적은 별도의 전원을 이용하지 않고 자발적 전기화학 반응을 통해 온실 가스인 이산화탄소를 활용하는 시스템을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a system utilizing carbon dioxide, which is a greenhouse gas, through a spontaneous electrochemical reaction without using a separate power source.

본 발명의 다른 목적은 이산화탄소를 활용하여 친환경 연료인 수소를 고순도로 생산할 수 있는 이산화탄소 활용 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a carbon dioxide utilization system that can produce hydrogen with high purity by using carbon dioxide with high purity.

본 발명의 또 다른 목적은 이산화탄소를 중탄산이온으로 포집할 수 있는 이산화탄소 활용 시스템을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a carbon dioxide utilization system capable of capturing carbon dioxide into bicarbonate ions.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 이산화탄소 활용 시스템에서 애노드에 사용된 금속을 회수할 수 있는 이산화탄소 활용 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention to provide a carbon dioxide utilization system that can recover the metal used in the anode in the carbon dioxide utilization system.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 수용 공간, 제1 수용액 및 상기 제1 수용액에 적어도 일부가 잠기는 캐소드를 포함하는 캐소드부, 제2 수용 공간, 염기성인 제2 수용액 및 상기 제2 수용액에 적어도 일부가 잠기는 금속의 애노드를 포함하는 애노드부 및 상기 캐소드부와 애노드부를 연결하는 연결부를 포함하며, 상기 제1 수용액으로 유입된 이산화탄소를 중탄산이온으로 포집하고 수소이온을 생성하고, 상기 수소이온과 상기 캐소드의 전자가 반응하여 수소를 생산하는 이산화탄소 활용 시스템이 제공된다.In order to achieve the above object of the present invention, according to an aspect of the present invention, the cathode including a first receiving space, the first aqueous solution and the cathode at least partially submerged in the first aqueous solution, the second receiving space, basic An anode portion including a second phosphorus aqueous solution and an anode of a metal at least partially submerged in the second aqueous solution, and a connection portion connecting the cathode portion and the anode portion, and collecting carbon dioxide introduced into the first aqueous solution as bicarbonate ions; Provided is a carbon dioxide utilization system that generates hydrogen ions and reacts with the electrons of the hydrogen ions to produce hydrogen.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 수용액을 수용하는 반응 공간, 상기 반응 공간에서 상기 수용액에 적어도 일부가 잠기는 캐소드 및 상기 반응 공간에서 상기 수용액에 적어도 일부가 잠기는 금속 재질의 애노드를 포함하며, 상기 수용액으로 유입된 이산화탄소를 중탄산이온으로 포집하고 수소이온을 생성하고, 상기 수소이온과 상기 캐소드의 전자가 반응하여 수소를 생산하는 이산화탄소 활용 시스템이 제공된다.In order to achieve the above object of the present invention, according to another aspect of the present invention, the reaction space for accommodating an aqueous solution, the cathode at least partially submerged in the aqueous solution in the reaction space and at least a portion of the aqueous solution in the reaction space Including a metal anode, the carbon dioxide introduced into the aqueous solution is collected by bicarbonate ions to produce hydrogen ions, and the hydrogen ions and the electrons of the cathode is provided with a carbon dioxide utilization system for producing hydrogen.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 금속 회수부를 더 포함하고 상기 금속 회수부는 상기 애노드에서 산화된 금속 이온이 용해된 제2 수용액을 공급받는 공급부, 상기 공급받은 제2 수용액을 수용하는 회수 공간, 상기 회수 공간에 수용된 제2 수용액에 적어도 일부가 잠기는 상기 애노드와 동일한 재질의 제2 캐소드, 상기 회수 공간에 수용된 제2 수용액에 적어도 일부가 잠기는 제2 애노드 및 상기 제2 캐소드와 상기 제2 애노드에 전원을 공급하는 전원공급부를 포함하며, 상기 공급받은 제2 수용액으로부터 산화된 금속 이온을 회수하는 이산화탄소 활용 시스템이 제공된다.In order to achieve the above object of the present invention, according to another aspect of the present invention, the metal recovery unit further comprising a supply unit for receiving a second aqueous solution in which the metal ions oxidized in the anode is dissolved, the supply A recovery space accommodating the second aqueous solution received, a second cathode having the same material as the anode at least partially submerged in the second aqueous solution accommodated in the recovery space, a second anode submerged at least partially in the second aqueous solution accommodated in the recovery space; Provided is a carbon dioxide utilization system comprising a power supply for supplying power to the second cathode and the second anode, recovering the oxidized metal ions from the supplied second aqueous solution.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 금속 회수부를 더 포함하고 상기 금속 회수부는 상기 애노드에서 산화된 금속 이온이 용해된 수용액을 공급받는 공급부, 상기 공급받은 수용액을 수용하는 회수 공간, 상기 회수 공간에 수용된 수용액에 적어도 일부가 잠기는 상기 애노드와 동일한 재질의 제2 캐소드, 상기 회수 공간에 수용된 수용액에 적어도 일부가 잠기는 제2 애노드 및 상기 제2 캐소드와 상기 제2 애노드에 전원을 공급하는 전원공급부를 포함하며, 상기 공급받은 수용액으로부터 산화된 금속 이온을 회수하는 이산화탄소 활용 시스템이 제공된다.In order to achieve the above object of the present invention, in accordance with another aspect of the present invention, the metal recovery unit further comprises a metal supply unit for supplying an aqueous solution in which the oxidized metal ions are dissolved in the anode, the supplied aqueous solution A second cathode of the same material as the anode at least partially submerged in the aqueous solution contained in the recovery space, a second anode and at least a portion of the second anode and the second cathode submerged in the aqueous solution contained in the recovery space; Provided with a power supply for supplying power to the anode, there is provided a carbon dioxide utilization system for recovering the oxidized metal ions from the supplied aqueous solution.

본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는, 다양한 금속을 사용하여 별도의 외부 전원 없이 자발적 전기화학 반응을 통해 이산화탄소를 활용하여, 전기, 수소 및 중탄산이온을 생성할 수 있다. According to the present invention, all the objects of the present invention described above can be achieved. Specifically, the use of various metals to generate electricity, hydrogen and bicarbonate ions by utilizing carbon dioxide through a spontaneous electrochemical reaction without a separate external power source.

아울러, 상기 이산화탄소 활용 시스템은 금속 회수부를 더 포함함으로써, 상기 이산화탄소 활용 시스템에서 소모되어 이온 형태로 남은 금속을 고순도로 다시 회수할 수 있다.In addition, the carbon dioxide utilization system further includes a metal recovery unit, so that the metal consumed in the carbon dioxide utilization system and left in the form of ions can be recovered with high purity.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 활용 시스템의 작동 과정을 도시한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이산화탄소 활용 시스템의 작동 과정을 도시한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 이산화탄소 활용 시스템의 작동 과정을 도시한 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 처리부를 포함하는 이산화탄소 활용 시스템의 작동 과정을 도시한 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 회수부를 포함하는 이산화탄소 활용 시스템의 작동 과정을 도시한 모식도이다.
1 is a schematic diagram showing the operation of the carbon dioxide utilization system according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram showing the operation of the carbon dioxide utilization system according to another embodiment of the present invention.
Figure 3 is a schematic diagram showing the operation of the carbon dioxide utilization system according to another embodiment of the present invention.
Figure 4 is a schematic diagram showing the operation of the carbon dioxide utilization system including a carbon dioxide treatment unit according to an embodiment of the present invention.
5 is a schematic diagram showing an operation process of the carbon dioxide utilization system including a metal recovery unit according to an embodiment of the present invention.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성 및 작용을 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the drawings will be described in detail the configuration and operation of the embodiment of the present invention.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 활용 시스템의 구성이 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 활용 시스템(100a)은 캐소드부(110), 애노드부(150) 및 캐소드부(110)와 애노드부(150)를 연결하는 연결부(190)를 포함한다. 상기 연결부(190)은 염다리(salt bridge)일 수 있다. 이산화탄소 활용 시스템(100a)은 자발적 산화환원 반응 과정에서 온실가스인 이산화탄소 기체(CO2)를 원료로 사용하며, 친환경 연료인 수소(H2)를 생산한다. 1 shows a configuration of a carbon dioxide utilization system according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a carbon dioxide utilization system 100a according to an embodiment of the present invention includes a cathode unit 110, an anode unit 150, and a connection unit 190 connecting the cathode unit 110 and the anode unit 150. ). The connection unit 190 may be a salt bridge. The carbon dioxide utilization system 100a uses carbon dioxide gas (CO 2 ), which is a greenhouse gas, as a raw material in a voluntary redox reaction, and produces hydrogen (H 2 ), which is an environmentally friendly fuel.

캐소드부(110)는 제1 수용 공간(111)에 담긴 제1 수용액(115)과, 제1 수용액(115)에 적어도 일부가 잠기는 캐소드(cathode)(118)를 구비한다. 제1 수용액(115)으로는 알칼리성 수용액(본 실시예에서는 1M KOH의 강 염기성 용액에서 CO2를 용리시킨 것이 사용됨), 해수, 수돗물 및 증류수 등이 사용될 수 있다. 캐소드(118)는 전기 회로를 형성하기 위한 전극으로서, 탄소 페이퍼, 탄소 섬유, 탄소 펠트, 탄소 천, 금속 폼, 금속박막, 또는 이들의 조합일 수 있으며, 백금 촉매도 사용될 수 있다. 촉매의 경우, 백금 촉매 외에 탄소 계열 촉매, 탄소-금속 계열 복합 촉매, 페로브스카이트 산화물 촉매 등 일반적으로 산소발생반응(HER) 촉매로 사용될 수 있는 다른 모든 촉매도 포함된다. 캐소드부(110)에는 제1 수용 공간(111)과 연통되는 제1 유입구(112)와 제1 배출구(113)가 형성된다. 제1 유입구(112)는 제1 수용액(115)의 수면보다 아래에 위치하도록 제1 수용 공간(111)의 하부에 위치한다. 제1 배출구(113)는 제1 수용액(115)의 수면보다 위에 위치하도록 제1 수용 공간(111)의 상부에 위치한다. 제1 유입구(112)를 통해 반응 과정에서 연료로 사용되는 이산화탄소가 제1 수용 공간(111)으로 유입되는데, 필요 시 제1 수용액(115)도 유입될 수 있다. 제1 배출구(113)를 통해서는 반응 과정에서 생성된 가스가 외부로 배출된다. 도시되지는 않았으나, 유입구(112)와 배출구(113)는 반응시 밸브 등에 의해 선택적으로 적절히 시기에 맞춰서 개폐될 수 있다. 캐소드부(110)에서는 반응 과정에서 이산화탄소 용리 반응이 일어난다.The cathode unit 110 includes a first aqueous solution 115 contained in the first accommodating space 111, and a cathode 118 at least partially submerged in the first aqueous solution 115. The first aqueous solution 115 may be an alkaline aqueous solution (in this embodiment, eluted with CO 2 in a strong basic solution of 1M KOH), seawater, tap water, and distilled water. The cathode 118 is an electrode for forming an electric circuit, and may be carbon paper, carbon fiber, carbon felt, carbon cloth, metal foam, metal thin film, or a combination thereof, and a platinum catalyst may also be used. In the case of a catalyst, in addition to the platinum catalyst, all other catalysts that can be generally used as an oxygen generation reaction (HER) catalyst, such as a carbon-based catalyst, a carbon-metal based composite catalyst, and a perovskite oxide catalyst, are also included. The cathode part 110 is provided with a first inlet 112 and a first outlet 113 communicating with the first accommodating space 111. The first inlet 112 is positioned below the first accommodating space 111 to be positioned below the surface of the first aqueous solution 115. The first outlet 113 is positioned above the first accommodating space 111 to be located above the water surface of the first aqueous solution 115. Carbon dioxide used as fuel in the reaction process is introduced into the first accommodating space 111 through the first inlet 112, and if necessary, the first aqueous solution 115 may also be introduced. The gas generated in the reaction process is discharged to the outside through the first outlet 113. Although not shown, the inlet 112 and the outlet 113 may be selectively opened and closed in a timely manner by a valve or the like during the reaction. In the cathode unit 110, a carbon dioxide eluting reaction occurs in the reaction process.

애노드부(150)는 제2 수용 공간(151)에 담긴 제2 수용액(155)과, 제2 수용액(155)에 적어도 일부가 잠기는 애노드(anode)(158)를 구비한다. 제2 수용액(155)으로는 고농도의 알칼리 용액이 사용되는데, 예를 들어, 1M KOH 또는 6M KOH가 사용될 수 있다. 애노드(158)는 전기 회로를 이루는 금속 재질의 전극으로서, 본 실시예에서는 애노드(158)로 아연(Zn) 또는 알루미늄(Al)이 사용되는 것으로 설명한다. 또한, 애노드(158)로는 아연 또는 알루미늄을 포함하는 합금이 사용될 수도 있다.The anode unit 150 includes a second aqueous solution 155 contained in the second accommodating space 151, and an anode 158 at least partially submerged in the second aqueous solution 155. As the second aqueous solution 155, a high concentration of an alkaline solution is used. For example, 1M KOH or 6M KOH may be used. The anode 158 is a metal electrode constituting an electric circuit. In this embodiment, zinc (Zn) or aluminum (Al) is used as the anode 158. In addition, an alloy including zinc or aluminum may be used as the anode 158.

염다리(연결부 (190))는 양단부가 각각 제1 수용액(115)과 제2 수용액(155)에 잠긴다. 염다리의 내부 용액으로 염화칼륨(KCl), 염화나트륨(NaCl) 등 통상적으로 사용되는 염다리 내부 용액이 사용될 수 있다.Both ends of the salt bridge (connector 190) are immersed in the first aqueous solution 115 and the second aqueous solution 155, respectively. As the internal solution of the salt bridge, a commonly used salt solution of the salt bridge, such as potassium chloride (KCl), sodium chloride (NaCl), and the like may be used.

이제, 위에서 구성 중심으로 설명된 이산화탄소 활용 시스템(100a)의 반응 과정이 상세하게 설명된다. 도 1에는 이산화탄소 활용 시스템(100a)의 반응 과정이 함께 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 유입구(112)를 통해 제1 수용액(115)으로 이산화탄소가 주입되며, 캐소드부(110)에서는 다음 [반응식 1]과 같은 이산화탄소의 화학적 용리 반응이 이루어진다.Now, the reaction process of the carbon dioxide utilization system 100a described above as the configuration center is described in detail. 1 illustrates a reaction process of the carbon dioxide utilization system 100a. Referring to FIG. 1, carbon dioxide is injected into the first aqueous solution 115 through the inlet 112, and the cathode 110 performs a chemical elution reaction of carbon dioxide as shown in the following [Scheme 1].

[반응식 1]Scheme 1

H2O(l) + CO2(g) → H+(aq) + HCO3 -(aq) H 2 O (l) + CO 2 (g) → H + (aq) + HCO 3 - (aq)

즉, 캐소드부(110)에서는 캐소드부(110)에 공급된 이산화탄소(CO2)가 제1 수용액(115)의 물(H2O)과 자발적으로 반응하여 수소 양이온(H+)과 중탄산염(HCO3 -)을 생성한다.That is, in the cathode unit 110, carbon dioxide (CO 2 ) supplied to the cathode unit 110 spontaneously reacts with water (H 2 O) of the first aqueous solution 115 to form a hydrogen cation (H + ) and a bicarbonate (HCO). 3 generates).

또한, 캐소드부(110)에서는 다음 [반응식 2]와 같은 전기적 반응이 이루어진다.In addition, the cathode 110, the electrical reaction is made as shown in the following [Scheme 2].

[반응식 2]Scheme 2

2H+(aq) + 2e- → H2(g) 2H + (aq) + 2e - → H 2 (g)

즉, 캐소드부(110)에서 수소 양이온(H+)은 전자(e-)를 받아서 수소(H2)기체를 발생하게 한다. 발생된 수소(H2)기체는 제1 배출구(113)를 통해서 외부로 배출된다.That is, the hydrogen cation (H + ) in the cathode unit 110 receives electrons (e ) to generate hydrogen (H 2 ) gas. The generated hydrogen (H 2 ) gas is discharged to the outside through the first outlet 113.

아울러, 캐소드부(110)에서는 다음 [반응식 3]과 같은 복합 수소발생 반응이 이루어진다.In addition, the cathode 110 is a complex hydrogen generation reaction as shown in the following [Reaction Scheme 3].

[반응식 3]Scheme 3

2H2O(l) + 2CO2(g) + 2e- → H2(g) + 2HCO3 -(aq) 2H 2 O (l) + 2CO 2 (g) + 2e - → H 2 (g) + 2HCO 3 - (aq)

그리고, 애노드부(150)에서는 애노드(158)가 아연(Zn)인 경우에 다음 [반응식 4]와 같은 산화 반응이 이루어진다.In addition, in the anode unit 150, when the anode 158 is zinc (Zn), an oxidation reaction is performed as shown in [Scheme 4].

[반응식 4]Scheme 4

Zn + 4OH- → Zn(OH)4 2- + 2e- (E0 = -1.25V) Zn + 4OH - → Zn (OH ) 4 2- + 2e - (E0 = -1.25V)

Zn(OH)4 2- → ZnO + H2O + 2OH- Zn (OH) 4 2- → ZnO + H2O + 2OH -

결국, 애노드(158)가 아연(Zn)인 경우에 반응 과정에서 이루어지는 전체 반응식은 다음 [반응식 5]와 같다.As a result, when the anode 158 is zinc (Zn), the entire reaction formula formed in the reaction process is as follows.

[반응식 5]Scheme 5

Zn + 2CO2 + 2H2O + 2OH- → ZnO + 2HCO3 -(aq) + H2(g) (E0 = 1.25V) Zn + 2CO 2 + 2H 2 O + 2OH - → ZnO + 2HCO 3 - (aq) + H 2 (g) (E0 = 1.25V)

만일, 애노드부(150)에서 애노드(158)가 알루미늄(Al)인 경우에 다음 [반응식 6]과 같은 산화 반응이 이루어진다.If the anode 158 is aluminum (Al) in the anode unit 150, an oxidation reaction is performed as shown in [Scheme 6].

[반응식 6]Scheme 6

Al + 3OH- → Al(OH)3 + 3e- (E0 = -2.31V) Al + 3OH - → Al (OH ) 3 + 3e - (E0 = -2.31V)

결국, 애노드(158)가 알루미늄(Al)인 경우에 반응 과정에서 이루어지는 전체 반응식은 다음 [반응식 7]과 같다.As a result, in the case where the anode 158 is aluminum (Al), the entire reaction formula formed in the reaction process is as shown in [Scheme 7].

[반응식 7]Scheme 7

2Al + 6CO2 + 6H2O + 6OH- → 2Al(OH)3 + 6HCO3 -(aq) + 3H2(g) (E0 = 2.31V) 2Al + 6CO 2 + 6H 2 O + 6OH - → 2Al (OH) 3 + 6HCO 3 - (aq) + 3H 2 (g) (E0 = 2.31V)

결과적으로, [반응식 5]와 [반응식 7]을 통해 알 수 있는 바와 같이, 반응 시 제1 수용액(115)에서 용리된 이산화탄소에 의해 생성된 수소 이온이 캐소드(118)로부터 전자를 받아서 수소 기체로 환원되어서, 제1 배출구(113)를 통해 배출되고, 금속 애노드(158)는 산화물의 형태로 변하게 된다. 반응이 진행되면서 제1 수용액(115)에는 HCO3 -(중탄산이온)이 생성되는데, 염다리의 내부 용액이 염화나트륨(NaCl)과 같이 나트륨 이온(Na+)을 포함하는 경우, 이온 균형을 맞추기 위하여 염다리로부터 나트륨 이온이 확산되어서 탄산수소나트륨(NaHCO3)수용액 형태의 이온으로 존재하게 된다. 이 용액을 건조하면 베이킹소다 형태의 탄산나트륨 고체 생성물을 부가적으로 획득할 수 있게 된다.As a result, as can be seen from [Scheme 5] and [Scheme 7], the hydrogen ions generated by the carbon dioxide eluted in the first aqueous solution 115 during the reaction receives electrons from the cathode 118 to the hydrogen gas Reduced, it is discharged through the first outlet 113, the metal anode 158 is changed into the form of oxide. As the reaction proceeds, HCO 3 (bicarbonate ion) is produced in the first aqueous solution 115. When the inner solution of the salt bridge contains sodium ions (Na + ) such as sodium chloride (NaCl), the salt bridge is used to balance the ions. Sodium ions diffuse from them to exist as ions in the form of aqueous sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ) solution. Drying this solution additionally gives a sodium carbonate solid product in the form of baking soda.

도 2에는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이산화탄소 활용 시스템(100b)의 구성이 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 활용 시스템(100b)의 캐소드부(110)와 애노드부(150)를 연결하는 연결부(190)는 제1 수용 공간과 상기 제2 수용 공간 사이에 설치되고, 상기 제1 수용액과 상기 제2 수용액의 이동은 차단하고 수용액에 용해된 이온 물질은 통과할 수 있는 다공성 구조의 이온 전달 부재이다. 2 shows a configuration of a carbon dioxide utilization system 100b according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, the connection part 190 connecting the cathode part 110 and the anode part 150 of the carbon dioxide utilization system 100b according to an embodiment of the present invention has a first accommodation space and the second accommodation space. It is installed between, the ion transport member of the porous structure to block the movement of the first aqueous solution and the second aqueous solution and to pass through the ionic material dissolved in the aqueous solution.

도 2에 도시된 일 실시예에 따른 이산화탄소 활용 시스템(100b)은 하기에서 설명하는 연결부(190)의 차이를 제외하고, 앞서서 도 1을 참고하여 상세하게 설명된 바와 동일한 구성을 가지며, 마찬가지로 반응 과정에서 이산화탄소 가스를 연료로 사용하고 수소 가스를 발생시킨다. The carbon dioxide utilization system 100b according to the embodiment shown in FIG. 2 has the same configuration as described in detail with reference to FIG. 1 except for the difference in the connection unit 190 described below, and the reaction process as well. Uses carbon dioxide gas as fuel and generates hydrogen gas.

캐소드부(110)에는 제1 수용 공간(111)과 연통되는 제1 유입구(112), 제1 배출구(113) 및 제1 연결구(114)가 형성된다. 제1 연결구(114)는 제1 수용액(115)의 수면보다 아래에 위치하며, 제1 연결구(114)에 연결부(190)가 연결된다. 캐소드부(110)에서는 반응 과정에서 이산화탄소 용리 반응이 일어난다.The cathode part 110 is provided with a first inlet 112, a first outlet 113, and a first connector 114 communicating with the first accommodating space 111. The first connector 114 is located below the water surface of the first aqueous solution 115, and the connector 190 is connected to the first connector 114. In the cathode unit 110, a carbon dioxide eluting reaction occurs in the reaction process.

애노드부(150)에는 제2 수용 공간(151)과 연통되는 제2 연결구(154)가 형성된다. 제2 연결구(154)는 제2 수용액(155)의 수면보다 아래에 위치하며, 제2 연결구(154)에 연결부(190)가 연결된다.The anode part 150 is provided with a second connector 154 in communication with the second receiving space 151. The second connector 154 is located below the water surface of the second aqueous solution 155, and the connector 190 is connected to the second connector 154.

본 일 실시예에 따른 연결부(190)는 다공성 이온 전달 부재로 캐소드부(110)와 애노드부(150)를 연결하는 연결 통로(191)와, 연결 통로(191)의 내부에 설치되는 이온 전달 부재(192)를 구비한다.The connection part 190 according to the present exemplary embodiment includes a connection passage 191 connecting the cathode 110 and the anode part 150 to the porous ion transfer member, and an ion transfer member installed inside the connection passage 191. 192.

연결 통로(191)는 캐소드부(110)에 형성된 제1 연결구(114)와 애노드부(150)에 형성된 제2 연결구(154)의 사이에 연장되어서 캐소드부(110)의 제1 수용 공간(111)과 애노드부(150)의 제2 수용 공간(151)을 연통시킨다. 연결 통로(191)의 내부에 이온 전달 부재(192)가 설치된다.The connection passage 191 extends between the first connector 114 formed in the cathode part 110 and the second connector 154 formed in the anode part 150 to form the first accommodation space 111 of the cathode part 110. ) And the second accommodating space 151 of the anode unit 150 communicate with each other. An ion transfer member 192 is installed in the connection passage 191.

이온 전달 부재(192)는 대체로 디스크 형상으로서 연결 통로(191)의 내부를 막는 형태로 설치된다. 이온 전달 부재(192)는 다공성 구조로 이루어져서 캐소드부(110)와 애노드부(150)의 사이에 이온의 이동은 허용하면서, 수용액(115, 155)의 이동은 차단한다. 본 실시예에서는 이온 전달 부재의 재질이 유리인 것으로 설명하는데, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니며, 다공성 구조의 다른 재질도 사용될 수 있고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다. 본 실시예에서 이온 전달 부재(192)는 기공 크기가 G2 등급(grade)에 해당하는 40 내지 90 미크론(micron), G3 등급에 해당하는 15 내지 40 미크론, G4 등급에 해당하는 5 내지 15 미크론, G5에 해당하는 1 내지 2 미크론인 다공성 유리가 사용될 수 있다. 이온 전달 부재(192)는 이온만 전달시킴으로써 반응 과정에서 생기는 이온 불균형을 해소하게 된다.The ion transfer member 192 has a disk shape and is installed to block the inside of the connection passage 191. The ion transfer member 192 is made of a porous structure to allow movement of ions between the cathode portion 110 and the anode portion 150, while blocking the movement of the aqueous solutions 115 and 155. In this embodiment, the material of the ion transfer member is described as glass, but the present invention is not limited thereto, and other materials having a porous structure may also be used, which is also within the scope of the present invention. In this embodiment, the ion transfer member 192 has a pore size of 40 to 90 microns corresponding to G2 grade, 15 to 40 microns corresponding to G3 grade, 5 to 15 microns corresponding to G4 grade, Porous glass of 1 to 2 microns corresponding to G5 can be used. The ion transfer member 192 transfers only ions to solve the ion imbalance generated in the reaction process.

도 3에는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 이산화탄소 활용 시스템(100c)의 구성이 도시되어 있다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 활용 시스템(100c)은 수용액(161)을 수용하는 반응 공간(161), 상기 반응 공간(161)에서 상기 수용액(161)에 적어도 일부가 잠기는 캐소드(118) 및 상기 반응 공간(161)에서 상기 수용액(161)에 적어도 일부가 잠기는 금속 재질의 애노드(158)를 포함한다. 3 shows a configuration of a carbon dioxide utilization system 100c according to another embodiment of the present invention. 3, the carbon dioxide utilization system 100c according to an embodiment of the present invention is a reaction space 161 for receiving an aqueous solution 161, at least a portion of the aqueous solution 161 in the reaction space 161 A submerged cathode 118 and a metal anode 158 that is at least partially submerged in the aqueous solution 161 in the reaction space 161.

반응 용기(160)는 내부에 수용액(162)이 담기고 캐소드(118)와 애노드(158)가 수용되는 반응 공간(161)을 제공한다. 반응 용기(160)에는 반응 공간(161)과 연통되는 제1 유입구(112)와 제1 배출구(113)가 형성된다. 제1 유입구(112)는 수용액(162)의 수면보다 아래에 위치하도록 반응 공간(161)의 하부에 위치한다. 제1 배출구(113)는 수용액(162)의 수면보다 위에 위치하도록 반응 공간(161)의 상부에 위치한다. 제1 유입구(112)를 통해 반응 과정에서 연료로 사용되는 이산화탄소 가스가 반응 공간(161)으로 유입되는데, 필요 시 수용액(162)도 유입될 수 있다. 제1 배출구(113)를 통해서는 반응 과정에서 생성된 가스가 외부로 배출된다. 도시되지는 않았으나, 제1 유입구(112)와 제1 배출구(113)는 충전 및 반응시 밸브 등에 의해 선택적으로 적절히 시기에 맞춰서 개폐될 수 있다. 제1 연결구(114)는 제1 수용액(115)의 수면보다 아래에 위치하며, 제1 연결구(114)에 연결부(190)가 연결된다. 반응 공간(161)에서는 반응 과정에서 이산화탄소 용리 반응이 일어난다.The reaction vessel 160 provides a reaction space 161 in which an aqueous solution 162 is contained and in which a cathode 118 and an anode 158 are accommodated. The reaction vessel 160 is provided with a first inlet 112 and a first outlet 113 communicating with the reaction space 161. The first inlet 112 is positioned below the reaction space 161 to be below the water surface of the aqueous solution 162. The first outlet 113 is positioned above the reaction space 161 to be located above the water surface of the aqueous solution 162. Carbon dioxide gas, which is used as fuel in the reaction process, is introduced into the reaction space 161 through the first inlet 112, and an aqueous solution 162 may also be introduced if necessary. The gas generated in the reaction process is discharged to the outside through the first outlet 113. Although not shown, the first inlet 112 and the first outlet 113 may be selectively opened and closed at a suitable time by a valve or the like during filling and reaction. The first connector 114 is located below the water surface of the first aqueous solution 115, and the connector 190 is connected to the first connector 114. In the reaction space 161, a carbon dioxide eluting reaction occurs during the reaction.

반응 용기(160)는 내부에 수용액(162)이 담기고 캐소드(118)와 애노드(158)가 수용되는 반응 공간(161)을 제공한다. 반응 용기(160)에는 반응 공간(161)과 연통되는 제1 유입구(112)와 제1 배출구(113)가 형성된다. 제1 유입구(112)는 수용액(162)의 수면보다 아래에 위치하도록 반응 공간(161)의 하부에 위치한다. 제1 배출구(113)는 수용액(162)의 수면보다 위에 위치하도록 반응 공간(161)의 상부에 위치한다. 제1 유입구(112)를 통해 반응 과정에서 연료로 사용되는 이산화탄소 가스가 반응 공간(161)으로 유입되는데, 필요 시 수용액(162)도 유입될 수 있다. 제1 배출구(113)를 통해서는 반응 과정에서 생성된 가스가 외부로 배출된다. 도시되지는 않았으나, 제1 유입구(112)와 제1 배출구(113)는 반응시 밸브 등에 의해 선택적으로 적절히 시기에 맞춰서 개폐될 수 있다. 제1 연결구(114)는 제1 수용액(115)의 수면보다 아래에 위치하며, 제1 연결구(114)에 연결부(190)가 연결된다. 반응 공간(161)에서는 반응 과정에서 이산화탄소 용리 반응이 일어난다.The reaction vessel 160 provides a reaction space 161 in which an aqueous solution 162 is contained and in which a cathode 118 and an anode 158 are accommodated. The reaction vessel 160 is provided with a first inlet 112 and a first outlet 113 communicating with the reaction space 161. The first inlet 112 is positioned below the reaction space 161 to be below the water surface of the aqueous solution 162. The first outlet 113 is positioned above the reaction space 161 to be located above the water surface of the aqueous solution 162. Carbon dioxide gas, which is used as fuel in the reaction process, is introduced into the reaction space 161 through the first inlet 112, and an aqueous solution 162 may also be introduced if necessary. The gas generated in the reaction process is discharged to the outside through the first outlet 113. Although not shown, the first inlet 112 and the first outlet 113 may be selectively opened and closed at a suitable time by a valve or the like during the reaction. The first connector 114 is located below the water surface of the first aqueous solution 115, and the connector 190 is connected to the first connector 114. In the reaction space 161, a carbon dioxide eluting reaction occurs during the reaction.

수용액(162)은 반응 공간(161)에 담기며, 수용액(162)에 캐소드(118)의 적어도 일부와 애노드(158)의 적어도 일부가 잠긴다. 본 실시예에서 수용액(162)로 염기성 용액 또는 해수가 사용되는 것으로 설명한다. 수용액(162)은 반응 과정에서 제1 유입구(112)를 통해 유입되는 이산화탄소 가스에 의해 약산성을 띄게 된다.The aqueous solution 162 is contained in the reaction space 161, and at least a portion of the cathode 118 and at least a portion of the anode 158 are immersed in the aqueous solution 162. It will be described that a basic solution or seawater is used as the aqueous solution 162 in this embodiment. The aqueous solution 162 becomes weakly acidic by the carbon dioxide gas introduced through the first inlet 112 during the reaction.

캐소드(118)는 반응 공간(161)에서 수용액(162)에 적어도 일부가 잠긴다. 캐소드(118)는 반응 공간(161)에서 애노드(158)보다 제1 유입구(112)에 상대적으로 가깝게 위치한다. 캐소드(118)는 전기 회로를 형성하기 위한 전극으로서, 탄소 페이퍼, 탄소 섬유, 탄소 펠트, 탄소 천, 금속 폼, 금속박막, 또는 이들의 조합일 수 있으며, 백금 촉매도 사용될 수 있다. 촉매의 경우, 백금 촉매 외에 탄소 계열 촉매, 탄소-금속 계열 복합 촉매, 페로브스카이트 산화물 촉매 등 일반적으로 산소발생반응(HER) 촉매로 사용될 수 있는 다른 모든 촉매도 포함한다. 반응 시 캐소드(118)에서는 환원 반응이 일어나며, 그에 따라 수소가 발생하게 된다.The cathode 118 is at least partially submerged in the aqueous solution 162 in the reaction space 161. The cathode 118 is located in the reaction space 161 relatively closer to the first inlet 112 than to the anode 158. The cathode 118 is an electrode for forming an electric circuit, and may be carbon paper, carbon fiber, carbon felt, carbon cloth, metal foam, metal thin film, or a combination thereof, and a platinum catalyst may also be used. In the case of the catalyst, in addition to the platinum catalyst, carbon-based catalysts, carbon-metal-based composite catalysts, perovskite oxide catalysts, and all other catalysts that can generally be used as an oxygen evolution reaction (HER) catalyst. During the reaction, a reduction reaction occurs in the cathode 118, and accordingly hydrogen is generated.

애노드(158)는 반응 공간(161)에서 수용액(162)에 적어도 일부가 잠긴다. 애노드(158)는 반응 공간(161)에서 캐소드(118)보다 제1 유입구(112)와 상대적으로 멀게 위치한다. 애노드(158)는 전기 회로를 이루는 금속 재질의 전극으로서, 본 실시예에서는 애노드(158)로 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 또는 아연(Zn)이 사용되는 것으로 설명한다. 또한, 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 및 아연(Zn) 중 어느 하나 이상의 합금을 포함될 수 도 있다. 반응 시 애노드(158)에서는 약산성 환경에 따른 산화 반응이 일어나게 된다.The anode 158 is at least partially submerged in the aqueous solution 162 in the reaction space 161. The anode 158 is located relatively far from the first inlet 112 than the cathode 118 in the reaction space 161. The anode 158 is a metal electrode constituting an electric circuit. In this embodiment, the anode 158 is vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), or nickel. It is explained that (Ni), copper (Cu), aluminum (Al) or zinc (Zn) are used. Further, at least one of vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), aluminum (Al), and zinc (Zn) Alloys may also be included. In the reaction, the anode 158 generates an oxidation reaction according to a weakly acidic environment.

이제, 위에서 구성 중심으로 설명된 이산화탄소 활용 시스템(100c)의 반응 과정이 상세하게 설명된다. 도 3에는 이산화탄소 활용 시스템(100c)의 반응 과정이 함께 도시되어 있다. 도 3을 참조하면, 제1 유입구(112)를 통해 수용액(162)으로 이산화탄소 가스가 주입되며, 반응 공간(161)에서는 다음 [반응식 1]과 같은 이산화탄소의 화학적 용리 반응이 이루어진다.Now, the reaction process of the carbon dioxide utilization system 100c described above as the configuration center is described in detail. 3 illustrates a reaction process of the carbon dioxide utilization system 100c. Referring to FIG. 3, carbon dioxide gas is injected into the aqueous solution 162 through the first inlet 112, and a chemical elution reaction of carbon dioxide is performed in the reaction space 161 as shown in the following [Scheme 1].

[반응식 1]Scheme 1

H2O(l) + CO2(g) → H+(aq) + HCO3 -(aq) H 2 O (l) + CO 2 (g) → H + (aq) + HCO 3 - (aq)

즉, 반응 공간(161)으로 공급된 이산화탄소(CO2)는 수용액(162)의 물(H2O)과 자발적으로 반응하여 수소 양이온(H+)과 중탄산염(HCO3 -)을 생성한다.That is, carbon dioxide (CO 2 ) supplied to the reaction space 161 spontaneously reacts with water (H 2 O) in the aqueous solution 162 to generate hydrogen cations (H + ) and bicarbonate (HCO 3 ).

또한, 캐소드(118)에서는 다음 [반응식 2]와 같은 전기적 반응이 이루어진다.In addition, the cathode 118 is an electrical reaction as shown in the following [Scheme 2].

[반응식 2]Scheme 2

2H+(aq) + 2e- → H2(g) 2H + (aq) + 2e - → H 2 (g)

즉, 캐소드(118) 주변에서 수소 양이온(H+)은 전자(e-)를 받아서 수소(H2)기체를 생성한다. 발생된 수소(H2)기체는 제1 배출구(113)를 통해서 외부로 배출된다.That is, the hydrogen cation (H + ) around the cathode 118 receives the electron (e ) to generate a hydrogen (H 2 ) gas. The generated hydrogen (H 2 ) gas is discharged to the outside through the first outlet 113.

아울러, 캐소드(118) 주변에서는 다음 [반응식 3]과 같은 복합 수소발생 반응이 이루어진다.In addition, a complex hydrogen generation reaction is performed around the cathode 118 as shown in the following [Scheme 3].

[반응식 3]Scheme 3

2H2O(l) + 2CO2(g) + 2e- → H2(g) + 2HCO3 -(aq) 2H 2 O (l) + 2CO 2 (g) + 2e - → H 2 (g) + 2HCO 3 - (aq)

그리고, 애노드부(150)에서는 애노드(158)가 아연(Zn)인 경우에 다음 [반응식 4]와 같은 산화 반응이 이루어진다.In addition, in the anode unit 150, when the anode 158 is zinc (Zn), an oxidation reaction is performed as shown in [Scheme 4].

[반응식 4]Scheme 4

Zn + 4OH- → Zn(OH)4 2- + 2e- (E0 = -1.25V) Zn + 4OH - → Zn (OH ) 4 2- + 2e - (E0 = -1.25V)

Zn(OH)4 2- → ZnO + H2O + 2OH- Zn (OH) 4 2- → ZnO + H2O + 2OH -

결국, 애노드(158)가 아연(Zn)인 경우에 반응 과정에서 이루어지는 전체 반응식은 다음 [반응식 5]와 같다.As a result, when the anode 158 is zinc (Zn), the entire reaction formula formed in the reaction process is as follows.

[반응식 5]Scheme 5

Zn + 2CO2 + 2H2O + 2OH- → ZnO + 2HCO3 -(aq) + H2(g) (E0 = 1.25V) Zn + 2CO 2 + 2H 2 O + 2OH - → ZnO + 2HCO 3 - (aq) + H 2 (g) (E0 = 1.25V)

만일, 애노드(150)에서 애노드(158)가 알루미늄(Al)인 경우에 다음 [반응식 6]과 같은 산화 반응이 이루어진다.If the anode 158 is aluminum (Al) in the anode 150, an oxidation reaction is performed as shown in [Scheme 6].

[반응식 6]Scheme 6

Al + 3OH- → Al(OH)3 + 3e- (E0 = -2.31V) Al + 3OH - → Al (OH ) 3 + 3e - (E0 = -2.31V)

결국, 애노드(158)가 알루미늄(Al)인 경우에 반응 과정에서 이루어지는 전체 반응식은 다음 [반응식 7]과 같다.As a result, in the case where the anode 158 is aluminum (Al), the entire reaction formula formed in the reaction process is as shown in [Scheme 7].

[반응식 7]Scheme 7

2Al + 6CO2 + 6H2O + 6OH- → 2Al(OH)3 + 6HCO3 -(aq) + 3H2(g) (E0 = 2.31V) 2Al + 6CO 2 + 6H 2 O + 6OH - → 2Al (OH) 3 + 6HCO 3 - (aq) + 3H 2 (g) (E0 = 2.31V)

결과적으로, [반응식 5]와 [반응식 7]을 통해 알 수 있는 바와 같이, 반응 시 수용액(162)에서 용리된 이산화탄소에 의해 생성된 수소 이온이 캐소드(118)로부터 전자를 받아서 수소 기체로 환원되어서, 제1 배출구(113)를 통해 배출되고, 금속 애노드(158)는 산화물의 형태로 변하게 된다. 반응이 진행되면서 수용액(162)에는 HCO3 -(중탄산이온)이 생성된다.As a result, as can be seen from [Scheme 5] and [Scheme 7], the hydrogen ions produced by the carbon dioxide eluted in the aqueous solution 162 during the reaction receives electrons from the cathode 118 is reduced to hydrogen gas And is discharged through the first outlet 113, and the metal anode 158 is changed into an oxide. As the reaction proceeds, HCO 3 (bicarbonate ion) is produced in the aqueous solution 162.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 처리부(200)을 포함하는 이산화탄소 활용 시스템의 반응 과정을 도시한 모식도이다. 도 4를 참조하면, 이산화탄소 활용 시스템(100a, 100b, 100c)은 이산화탄소 처리부(200)를 더 포함할 수 있다. 상기 이산화탄소 처리부(200)는 캐소드부(110)의 제1 수용액(115) 또는 반응 공간(161)의 수용액(162)과 동일한 수용액을 구비한다. 상기 이산화탄소 처리부(200)는 캐소드부(110) 또는 반응 공간(161)과 이산화탄소 처리부(200)를 연통시키는 연결관(210), 이산화탄소가 유입되는 제2 유입구(220), 상부에 위치하는 제2 배출구(230) 및 이산화탄소 순환 공급부(240)를 포함할 수 있다. 이산화탄소 활용 시스템(100a, 100b, 100c)은 도 1 내지 3에 도시된 실시예에서 설명된 것과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.4 is a schematic diagram illustrating a reaction process of a carbon dioxide utilization system including a carbon dioxide processing unit 200 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, the carbon dioxide utilization system 100a, 100b, 100c may further include a carbon dioxide processor 200. The carbon dioxide processing unit 200 includes an aqueous solution that is the same as the first aqueous solution 115 of the cathode unit 110 or the aqueous solution 162 of the reaction space 161. The carbon dioxide processing unit 200 is a cathode 110 or the reaction space 161 and the connection pipe 210 for communicating the carbon dioxide processing unit 200, the second inlet port 220 in which carbon dioxide is introduced, the second located above It may include an outlet 230 and the carbon dioxide circulation supply unit 240. Carbon dioxide utilization system (100a, 100b, 100c) is the same as described in the embodiment shown in Figures 1 to 3, detailed description thereof will be omitted.

제2 유입구(220)는 이산화탄소 처리부(200)에서 연결관(210)보다 위에 위치하고, 제2 배출구(230) 및 제1 수용액(115) 또는 수용액(162)의 수면보다 아래에 위치한다. 제2 유입구(220)를 통해 반응 과정에서 연료로 사용되는 이산화탄소 기체가 이산화탄소 처리부(200)으로 유입된다. 제2 유입구(220)를 통해 필요에 따라 제1 수용액(115) 또는 수용액(162)도 공급될 수 있다. 제2 유입구(220)와 제1 배출구(113)는 반응시 밸브 등에 의해 선택적으로 적절한 시기에 맞춰서 개폐될 수 있다.The second inlet 220 is located above the connection pipe 210 in the carbon dioxide treatment unit 200, and is located below the water surface of the second outlet 230 and the first aqueous solution 115 or the aqueous solution 162. Carbon dioxide gas used as fuel in the reaction process is introduced into the carbon dioxide processing unit 200 through the second inlet 220. The first aqueous solution 115 or the aqueous solution 162 may also be supplied through the second inlet 220 as necessary. The second inlet 220 and the first outlet 113 may be opened and closed at a suitable time selectively by a valve or the like during the reaction.

연결관(210)은 이산화탄소 처리부(200)에서 제2 유입구(220)보다 아래에 위치하며, 연결관(210)을 통해 이산화탄소 처리부(200)는 제1 수용 공간(111) 또는 반응 공간(161)과 연통된다.The connection pipe 210 is positioned below the second inlet 220 in the carbon dioxide processing unit 200, and the carbon dioxide processing unit 200 is connected to the first accommodation space 111 or the reaction space 161 through the connection pipe 210. Communicating with

제2 배출구(230)는 이산화탄소 처리부(200)에서 제2 유입구(220) 및 제1 수용액(115) 또는 수용액(162)의 수면보다 위에 위치한다. 제2 배출구(230)를 통해 이산화탄소 처리부(200)에서 제1 수용액(115) 또는 수용액(162)에 용해되지 않아서 이온화되지 않은 이산화탄소 기체가 외부로 배출된다. 제2 배출구(230)를 통해 배출된 이산화탄소는 이산화탄소 순환 공급부(240)를 통해 제2 유입구(220)로 공급된다.The second outlet 230 is positioned above the water surface of the second inlet 220 and the first aqueous solution 115 or the aqueous solution 162 in the carbon dioxide treatment unit 200. Carbon dioxide gas that has not been ionized because it is not dissolved in the first aqueous solution 115 or the aqueous solution 162 in the carbon dioxide treatment unit 200 through the second outlet 230 is discharged to the outside. The carbon dioxide discharged through the second outlet 230 is supplied to the second inlet 220 through the carbon dioxide circulation supply unit 240.

이산화탄소 순환 공급부(240)는 제2 배출구(230)를 통해 배출되는 이산화탄소를 제2 유입구(220)로 순환시켜서 재공급한다. The carbon dioxide circulation supply unit 240 circulates the carbon dioxide discharged through the second outlet 230 to the second inlet 220 and supplies it again.

연결관(210)은 제1 수용 공간(111) 또는 반응 공간(161)의 제1 유입구(112)와 연결된다. 연결관(210)을 통해 제1 수용 공간(111) 또는 반응 공간(161)과 이산화탄소 처리부(200)가 연통된다.The connecting pipe 210 is connected to the first inlet 112 of the first receiving space 111 or the reaction space 161. The first accommodating space 111 or the reaction space 161 and the carbon dioxide processor 200 communicate with each other through the connection pipe 210.

제2 유입구(220)를 통해 이산화탄소 처리부(200)로 유입된 이산화탄소 중 제1 수용액(115) 또는 수용액(162)에 용해되지 않아서 이온화되지 않은 이산화탄소 기체는 제1 수용 공간(111) 또는 반응 공간(161)으로 이동하지 못하고 상승하여 이산화탄소 처리부(200) 내 제1 수용액(115) 또는 수용액(162)의 수면 위 공간에 모인 후 제2 배출구(230)를 통해 배출되고, 제2 배출구(230)를 통해 배출된 이산화탄소 기체는 이산화탄소 순환 공급부(240)에 의해 제2 유입구(220)를 통해 이산화탄소 처리부(200)로 공급되어서 재활용된다. 또한, 이산화탄소 처리부(200)로 유입된 이산화탄소 중 제1 수용액(115) 또는 수용액(162)에 용해되지 않아서 이온화되지 않은 이산화탄소 기체는 제1 수용 공간(111) 또는 반응 공간(161)으로 이동하지 못하므로, 제1 배출구(113)를 통해서 이산화탄소가 섞이지 않은 고순도의 수소가 배출될 수 있다.Carbon dioxide gas that is not ionized because it is not dissolved in the first aqueous solution 115 or the aqueous solution 162 of the carbon dioxide introduced into the carbon dioxide treatment unit 200 through the second inlet 220 may be the first accommodation space 111 or the reaction space ( 161 does not move to the rising and gathers in the space above the water surface of the first aqueous solution 115 or the aqueous solution 162 in the carbon dioxide treatment unit 200 and is discharged through the second outlet 230, the second outlet 230 The carbon dioxide gas discharged through is supplied to the carbon dioxide processing unit 200 through the second inlet 220 by the carbon dioxide circulation supply unit 240 and recycled. In addition, carbon dioxide gas which is not ionized because it is not dissolved in the first aqueous solution 115 or the aqueous solution 162 of the carbon dioxide introduced into the carbon dioxide treatment unit 200 may not move to the first accommodation space 111 or the reaction space 161. Therefore, high purity hydrogen in which carbon dioxide is not mixed may be discharged through the first outlet 113.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 회수부(300)를 포함하는 이산화탄소 활용 시스템의 반응 과정을 도시한 모식도이다. 도 5를 참조하면, 이산화탄소 활용 시스템(100a, 100b, 100c)은 금속 회수부(300)를 더 포함할 수 있다. 상기 금속 회수부(200)는 애노드부(150)의 제2 수용액(155) 또는 반응 공간(161)의 수용액(162)과 동일한 수용액을 구비한다. 상기 금속 회수부(300)는 애노드부(150) 사용된 제2 수용액(155) 또는 반응 공간(161)에서 사용된 수용액(162)을 공급 받는 공급부(320), 공급 받은 폐수용액(155 또는 162)으로부터 금속을 회수하는 제2 캐소드(330), 전기 회로를 형성하기 위한 제2 애노드(340) 및 상기 제2 캐소드(330)와 제2 애노드(340)으로 전력을 공급하는 전원공급부(350)을 포함할 수 있다. 이산화탄소 활용 시스템(100a, 100b, 100c)은 도 1 내지 3에 도시된 실시예에서 설명된 것과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.5 is a schematic diagram showing a reaction process of a carbon dioxide utilization system including a metal recovery unit 300 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, the carbon dioxide utilization system 100a, 100b, 100c may further include a metal recovery unit 300. The metal recovery part 200 includes the same aqueous solution as the second aqueous solution 155 of the anode part 150 or the aqueous solution 162 of the reaction space 161. The metal recovery part 300 may include a supply part 320 that receives the second aqueous solution 155 used in the anode part 150 or the aqueous solution 162 used in the reaction space 161, and the received wastewater solution 155 or 162. A second cathode 330 for recovering metal from the metal, a second anode 340 for forming an electric circuit, and a power supply 350 for supplying power to the second cathode 330 and the second anode 340. It may include. Carbon dioxide utilization system (100a, 100b, 100c) is the same as described in the embodiment shown in Figures 1 to 3, detailed description thereof will be omitted.

상기 공급부(320)는 이산화탄소 활용 시스템(100a, 100b, 100c)로부터 금속 이온이 용해되어 있는 수용액(155 또는 162)을 금속 회수부(300)로 공급한다. 상기 공급부(320)는 필요에 따라 밸브 등에 의해 선택적으로 적절한 시기에 맞춰서 개폐될 수 있다. The supply unit 320 supplies an aqueous solution 155 or 162 in which metal ions are dissolved from the carbon dioxide utilization systems 100a, 100b, and 100c to the metal recovery unit 300. The supply unit 320 may be opened and closed at a suitable time selectively by a valve or the like as necessary.

제2 캐소드(330)는 회수 공간(310)에 수용된 수용액(155 또는 162)에 적어도 일부가 잠기며, 애노드(158)와 동일한 재질로 이루어진다. 이산화탄소 활용 시스템(100a, 100b, 100c)의 애노드(158)가 아연(Zn)인 경우에는 상기 공급받은 수용액(155 또는 162)에는 Zn(OH)4 2-가 존재하게 된다. 그리고, 회수 공간(310)의 제2 캐소드(330)에서는 다음 [반응식 8]과 같은 환원 반응이 이루어질 수 있다.At least a part of the second cathode 330 is immersed in the aqueous solution 155 or 162 accommodated in the recovery space 310, and is made of the same material as the anode 158. When the anode 158 of the carbon dioxide utilization systems 100a, 100b, and 100c is zinc (Zn), Zn (OH) 4 2− may exist in the supplied aqueous solution 155 or 162. In addition, in the second cathode 330 of the recovery space 310, a reduction reaction may be performed as shown in Scheme 8 below.

[반응식 8]Scheme 8

Zn(OH)4 2- + 2e- → Zn + 4OH- Zn (OH) 4 2- + 2e - → Zn + 4OH -

만일, 애노드(158)가 알루미늄(Al)인 경우에는 상기 공급받은 수용액(155 또는 162)에는 Al(OH)4 2-이 존재하게 된다. 그리고, 회수 공간(310)의 제2 캐소드(330)에서는 다음 [반응식 8]과 같은 금속 회수 반응이 이루어진다.다음 [반응식 9]와 같은 환원 반응이 이루어질 수 있다.If the anode 158 is aluminum (Al), Al (OH) 4 2- is present in the supplied aqueous solution 155 or 162. In the second cathode 330 of the recovery space 310, a metal recovery reaction may be performed as shown in Scheme 8 below. A reduction reaction may be performed as shown in Scheme 9 below.

[반응식 9]Scheme 9

Al(OH)3 + 3e- → Al + 3OH- Al (OH) 3 + 3e - → Al + 3OH -

[반응식 8]와 [반응식 9]을 통해 알 수 있는 바와 같이, 활용 시스템(100a, 100b, 100c)으로부터 공급받은 수용액(155 또는 162)에 용해되어 있는 금속 이온은 제2 캐소드(330)로부터 전자를 받아서 금속으로 환원될 수 있다. As can be seen from [Scheme 8] and [Scheme 9], the metal ions dissolved in the aqueous solution (155 or 162) supplied from the utilization system (100a, 100b, 100c) is electrons from the second cathode (330) Can be reduced to metal.

제2 애노드(340)는 회수 공간(310)에 수용된 수용액에 적어도 일부가 잠기며, 전기 회로를 형성하기 위한 전극이다. 상기 제2 애노드의 재질은 탄소 페이퍼, 탄소 섬유, 탄소 펠트, 탄소 천, 금속 폼, 금속박막, 또는 이들의 조합일 수 있으며, 백금 촉매도 사용될 수 있다. 촉매의 경우, 백금 촉매 외에 탄소 계열 촉매, 탄소-금속 계열 복합 촉매, 페로브스카이트 산화물 촉매 등 일반적으로 산소발생반응(HER) 촉매로 사용될 수 있는 다른 모든 촉매도 포함한다.The second anode 340 is at least partially submerged in the aqueous solution accommodated in the recovery space 310, and is an electrode for forming an electrical circuit. The material of the second anode may be carbon paper, carbon fiber, carbon felt, carbon cloth, metal foam, metal thin film, or a combination thereof, and a platinum catalyst may also be used. In the case of the catalyst, in addition to the platinum catalyst, carbon-based catalysts, carbon-metal-based composite catalysts, perovskite oxide catalysts, and all other catalysts that can generally be used as an oxygen evolution reaction (HER) catalyst.

회수 공간(310)의 제2 애노드(310)에서는 다음 [반응식 10]과 같은 금속 회수 반응이 이루어진다. 다음 [반응식 10]과 같은 산화 반응이 이루어질 수 있다.In the second anode 310 of the recovery space 310, a metal recovery reaction is performed as shown in [Scheme 10]. An oxidation reaction as shown in [Scheme 10] can be performed.

[반응식 10]Scheme 10

4OH- → 2H2O + O2 + 4e- 4OH - → 2H 2 O + O 2 + 4e -

전원공급부(350)는 제2 캐소드(330) 및 제2 애노드(340)와 전기적으로 연결되어 전기를 제공한다. 전원공급부(350)의 음극은 금속 회수부(300)의 제2 캐소드(330)와 전기적으로 연결되고 전원공급부(350)의 양극은 금속 회수부(300)의 제2 애노드(340)와 전기적으로 연결된다. 상기 전원공급부(300)는 이에 제한되는 것은 아니나, 일반적인 전지나 발전기 뿐만 아니라 태양전지, 풍력발전 등의 신재생 에너지가 사용될 수 있다.The power supply 350 is electrically connected to the second cathode 330 and the second anode 340 to provide electricity. The cathode of the power supply unit 350 is electrically connected to the second cathode 330 of the metal recovery unit 300, and the anode of the power supply unit 350 is electrically connected to the second anode 340 of the metal recovery unit 300. Connected. The power supply unit 300 is not limited thereto, but renewable energy such as solar cells and wind power generation may be used as well as general batteries or generators.

이상 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.Although the present invention has been described through the above embodiments, the present invention is not limited thereto. The above embodiments may be modified or changed without departing from the spirit and scope of the present invention, and those skilled in the art will recognize that such modifications and changes also belong to the present invention.

100a, 100b, 100c : 이산화탄소 활용 시스템
110 : 캐소드부 111 : 제1 수용 공간
112 : 제1 유입구 113 : 제1 배출구
114 : 제1 연결구 115 : 제1 수용액
118 : 캐소드 150 : 애노드부
151 : 제2 수용 공간 154 : 제2 연결구
155 : 제2 수용액 158 : 애노드
160 : 반응 용기 161 : 반응 공간
162 : 수용액 190 : 연결부
191 : 연결 통로 192 : 이온 전달 부재
200 : 이산화탄소 처리부 210 : 연결관
220 : 제2 유입구 230 : 제2 배출구
240 : 이산화탄소 순환 공급부 300 : 금속 회수부
310 : 회수 공간 320 : 공급부
330 : 제2 캐소드 340 : 제2 애노드
350 : 전원공급부
100a, 100b, 100c: carbon dioxide utilization system
110: cathode 111: first accommodation space
112: first inlet 113: first outlet
114: first connector 115: first aqueous solution
118: cathode 150: anode
151: second accommodation space 154: second connector
155: second aqueous solution 158: anode
160: reaction vessel 161: reaction space
162: aqueous solution 190: connection part
191: connecting passage 192: ion transport member
200: carbon dioxide treatment unit 210: connector
220: second inlet 230: second outlet
240: carbon dioxide circulation supply unit 300: metal recovery unit
310: recovery space 320: supply unit
330: second cathode 340: second anode
350: power supply

Claims (25)

제1 수용 공간, 제1 수용액 및 상기 제1 수용액에 적어도 일부가 잠기는 캐소드를 포함하는 캐소드부;
제2 수용 공간, 염기성인 제2 수용액 및 상기 제2 수용액에 적어도 일부가 잠기는 금속의 애노드를 포함하는 애노드부;
상기 캐소드부와 애노드부를 연결하는 연결부; 및
금속 회수부;를 포함하고,
상기 제1 수용액으로 유입된 이산화탄소를 중탄산이온으로 포집하고 수소이온을 생성하고, 상기 애노드는 자발적 산화반응을 통해 상기 캐소드로 전자를 공급하고, 상기 수소이온과 상기 캐소드의 전자가 반응하여 수소를 생산하고,
상기 금속 회수부는 상기 애노드에서 산화된 금속 이온이 용해된 제2 수용액을 공급받는 공급부;
상기 공급받은 제2 수용액을 수용하는 회수 공간;
상기 회수 공간에 수용된 제2 수용액에 적어도 일부가 잠기는 상기 애노드와 동일한 재질의 제2 캐소드;
상기 회수 공간에 수용된 제2 수용액에 적어도 일부가 잠기는 제2 애노드; 및
상기 제2 캐소드와 상기 제2 애노드에 전원을 공급하는 전원공급부;를 포함하며,
상기 공급받은 제2 수용액으로부터 산화된 금속 이온을 회수하는 이산화탄소 활용 시스템.
A cathode part comprising a first accommodating space, a first aqueous solution, and a cathode at least partially submerged in the first aqueous solution;
An anode portion comprising a second accommodation space, a basic second aqueous solution and an anode of a metal at least partially submerged in the second aqueous solution;
A connection part connecting the cathode part and the anode part; And
It includes; metal recovery unit,
The carbon dioxide introduced into the first aqueous solution is trapped by bicarbonate ions to generate hydrogen ions, and the anode supplies electrons to the cathode through spontaneous oxidation, and the hydrogen ions react with electrons of the cathode to produce hydrogen. and,
The metal recovering unit may include a supply unit receiving a second aqueous solution in which metal ions oxidized in the anode are dissolved;
A recovery space accommodating the supplied second aqueous solution;
A second cathode of the same material as the anode at least partially submerged in the second aqueous solution contained in the recovery space;
A second anode at least partially submerged in a second aqueous solution accommodated in the recovery space; And
And a power supply unit supplying power to the second cathode and the second anode.
A carbon dioxide utilization system for recovering the oxidized metal ions from the supplied second aqueous solution.
제 1 항에 있어서,
상기 애노드의 재질은 알루미늄(Al), 아연(Zn) 또는 이들의 합금을 포함하는 이산화탄소 활용 시스템.
The method of claim 1,
The anode material is carbon dioxide utilization system comprising aluminum (Al), zinc (Zn) or their alloys.
제 1 항에 있어서,
상기 연결부는 염다리인 이산화탄소 활용 시스템.
The method of claim 1,
The connection portion is a carbon dioxide utilization system salt bridge.
제 3 항에 있어서,
상기 염다리의 내부 용액은 나트륨 이온을 포함하는 이산화탄소 활용 시스템.
The method of claim 3, wherein
The internal solution of the salt bridge is carbon dioxide utilization system containing sodium ions.
제 1 항에 있어서,
상기 연결부는 제1 수용 공간과 상기 제2 수용 공간 사이에 설치되고, 상기 제1 수용액과 상기 제2 수용액의 이동은 차단하고 이온의 이동은 허용하는 다공성 구조의 이온 전달 부재인 이산화탄소 활용 시스템.
The method of claim 1,
The connecting portion is installed between the first receiving space and the second receiving space, the carbon dioxide utilization system is a porous structure ion transfer member that blocks the movement of the first aqueous solution and the second aqueous solution and allows the movement of ions.
제 5 항에 있어서,
상기 이온 전달 부재의 재질은 유리인 이산화탄소 활용 시스템.
The method of claim 5,
And a material of the ion transport member is glass.
제 5 항에 있어서,
상기 이온 전달 부재에 형성된 기공은 40 내지 90 미크론, 15 내지 40 미크론, 5 내지 15 미크론 또는 1 내지 2 미크론인 이산화탄소 활용 시스템.
The method of claim 5,
The pores formed in the ion transfer member is 40 to 90 microns, 15 to 40 microns, 5 to 15 microns or 1 to 2 microns carbon dioxide utilization system.
제 1 항에 있어서,
상기 캐소드부는 생성된 수소를 배출하는 제1 배출구를 구비하고, 상기 제1 배출구는 제1 수용액의 수면보다 위에 위치하는 이산화탄소 활용 시스템.
The method of claim 1,
The cathode unit has a first outlet for discharging the generated hydrogen, the first outlet is located carbon dioxide above the water surface of the first aqueous solution.
제 1 항에 있어서,
제1 수용 공간과 제1 수용액이 연통되는 제1 연결관을 구비하는 이산화탄소 처리부를 더 포함하고,
상기 이산화탄소 처리부는 유입된 이산화탄소 중 이온화되지 않은 이산화탄소가 상기 캐소드부로 공급되지 않도록 하는 이산화탄소 활용 시스템.
The method of claim 1,
It further comprises a carbon dioxide treatment unit having a first connecting tube in communication with the first receiving space and the first aqueous solution,
The carbon dioxide processing unit is a carbon dioxide utilization system to prevent the non-ionized carbon dioxide is not supplied to the cathode portion of the introduced carbon dioxide.
제 9 항에 있어서,
상기 이산화탄소 처리부는,
상기 이온화되지 않은 이산화탄소를 상기 이산화탄소 처리부 내의 제1 수용액과의 비중 차이를 이용하여 분리하는 이산화탄소 활용 시스템.
The method of claim 9,
The carbon dioxide processing unit,
The carbon dioxide utilization system for separating the non-ionized carbon dioxide by using the difference in specific gravity with the first aqueous solution in the carbon dioxide treatment unit.
제 9 항에 있어서,
상기 이산화탄소 처리부는,
상기 이온화되지 않은 이산화탄소를 이산화탄소 처리부 내의 제1 수용액의 수면 상부에서 수집하는 이산화탄소 활용 시스템.
The method of claim 9,
The carbon dioxide processing unit,
The carbon dioxide utilization system for collecting the non-ionized carbon dioxide on the water surface of the first aqueous solution in the carbon dioxide treatment unit.
제 9 항에 있어서,
상기 이산화탄소 처리부는,
상기 이산화탄소 처리부 내의 제1 수용액의 수면보다 낮은 위치에 이산화탄소가 유입되는 유입구를 구비하고,
상기 제1 연결관은 상기 유입구보다 낮은 위치에 구비되는 이산화탄소 활용 시스템.
The method of claim 9,
The carbon dioxide processing unit,
And an inlet through which carbon dioxide flows in a position lower than the surface of the first aqueous solution in the carbon dioxide treatment unit.
The first connecting pipe is provided with a carbon dioxide utilization system lower than the inlet.
제 9 항에 있어서,
상기 이산화탄소 처리부는 이산화탄소 처리부 내의 제1 수용액의 수면 상부에 이온화되지 않은 이산화탄소를 배출하는 제2 배출구를 구비하는 이산화탄소 활용 시스템.
The method of claim 9,
The carbon dioxide treatment unit has a carbon dioxide utilization system having a second outlet for discharging carbon dioxide that is not ionized on the water surface of the first aqueous solution in the carbon dioxide treatment unit.
제 9 항에 있어서,
상기 이산화탄소 처리부는 상기 제1 수용 공간의 제1 수용액으로부터 분리된 이온화되지 않은 이산화탄소를 상기 이산화탄소 처리부 내의 제1 수용액으로 공급하는 이산화탄소 순환 공급부를 더 포함하는 이산화탄소 활용 시스템.
The method of claim 9,
The carbon dioxide processing unit further includes a carbon dioxide circulation supply unit supplying unionized carbon dioxide separated from the first aqueous solution in the first accommodation space to the first aqueous solution in the carbon dioxide processing unit.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
KR1020180170838A 2018-12-27 2018-12-27 Carbon dioxide utilization system KR102042683B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180170838A KR102042683B1 (en) 2018-12-27 2018-12-27 Carbon dioxide utilization system
PCT/KR2019/013460 WO2020138668A1 (en) 2018-12-27 2019-10-15 Secondary battery generating hydrogen by using carbon dioxide and complex power generation system having same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180170838A KR102042683B1 (en) 2018-12-27 2018-12-27 Carbon dioxide utilization system

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190088325A Division KR102025920B1 (en) 2019-07-22 2019-07-22 Carbon dioxide utilization system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102042683B1 true KR102042683B1 (en) 2019-11-08

Family

ID=68542045

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180170838A KR102042683B1 (en) 2018-12-27 2018-12-27 Carbon dioxide utilization system

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102042683B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210114237A (en) * 2020-03-10 2021-09-23 한국과학기술연구원 Self-driving electrochemical cell
WO2022197009A1 (en) * 2021-03-19 2022-09-22 울산과학기술원 Secondary battery for producing hydrogen by using carbon dioxide, and combined cycle power system comprising same

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080025170A (en) * 2005-06-21 2008-03-19 내셔날 리서치 카운실 오브 캐나다 Hydrogen generation system
JP2011528407A (en) * 2008-07-16 2011-11-17 カレラ コーポレイション Use of CO2 in electrochemical systems
KR20140084640A (en) * 2012-12-27 2014-07-07 금오공과대학교 산학협력단 Method for reducing carbon dioxide and non-diaphragm reductor of carbon dioxide using the same
KR20150091834A (en) 2014-02-04 2015-08-12 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 Sea water secondary battery for capturing co_2
KR20180020763A (en) * 2016-08-19 2018-02-28 서강대학교산학협력단 Electrochemical reduction apparatus of carbon dioxide and/or carbon monoxide and electrochemical reduction method of carbon dioxide and/or carbon monoxide using the apparatus

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080025170A (en) * 2005-06-21 2008-03-19 내셔날 리서치 카운실 오브 캐나다 Hydrogen generation system
JP2011528407A (en) * 2008-07-16 2011-11-17 カレラ コーポレイション Use of CO2 in electrochemical systems
KR20140084640A (en) * 2012-12-27 2014-07-07 금오공과대학교 산학협력단 Method for reducing carbon dioxide and non-diaphragm reductor of carbon dioxide using the same
KR20150091834A (en) 2014-02-04 2015-08-12 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 Sea water secondary battery for capturing co_2
KR20180020763A (en) * 2016-08-19 2018-02-28 서강대학교산학협력단 Electrochemical reduction apparatus of carbon dioxide and/or carbon monoxide and electrochemical reduction method of carbon dioxide and/or carbon monoxide using the apparatus

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210114237A (en) * 2020-03-10 2021-09-23 한국과학기술연구원 Self-driving electrochemical cell
KR102386012B1 (en) * 2020-03-10 2022-04-14 한국과학기술연구원 Self-driving electrochemical cell
WO2022197009A1 (en) * 2021-03-19 2022-09-22 울산과학기술원 Secondary battery for producing hydrogen by using carbon dioxide, and combined cycle power system comprising same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yang et al. Lithium metal extraction from seawater
US11710840B2 (en) Carbon dioxide utilization system, and complex power generation system using the same
KR101955696B1 (en) Secondary battery using carbon dioxide and complex electric power generation system having the same
KR102032676B1 (en) Carbon dioxide utilization system
KR102045956B1 (en) Combined power generation system using boil off gas
KR102025920B1 (en) Carbon dioxide utilization system
KR102093169B1 (en) Propulsion power producing system for ship using carbon dioxide
JPS58213885A (en) Electrolytic manufacture of hydrogen peroxide
KR102042683B1 (en) Carbon dioxide utilization system
CN108101163A (en) It is a kind of that valuable metal is recycled from industrial wastewater and drops ammonia nitrogen and the method for COD
KR101997780B1 (en) Secondary battery using carbon dioxide and complex electric power generation system having the same
Calvo Direct lithium recovery from aqueous electrolytes with electrochemical ion pumping and lithium intercalation
Zhang et al. A low-cost anodic catalyst of transition metal oxides for lithium extraction from seawater
KR102205629B1 (en) Secondary battery using carbon dioxide and complex electric power generation system having the same
KR102171288B1 (en) Power producing system for submarine using fuel cell
KR101986642B1 (en) Fuel cell systme having hydrogen generation apparatus using carbon dioxide
KR102163935B1 (en) Secondary battery using carbon dioxide and complex electric power generation system having the same
KR101955692B1 (en) Secondary-battery capturing carbon and complex system for the same
KR101955697B1 (en) Secondary battery using carbon dioxide and complex electric power generation system having the same
US20220193604A1 (en) Exhaust gas purification system for reducing fine dust
CN113422122B (en) Solid electrolyte-based waste battery lithium resource recovery method
KR102001213B1 (en) Fuel cell system having hydrogen generating and carbon dioxide removing apparatus using carbon dioxide
KR102028709B1 (en) Ballast water treatment system using carbon dioxide utilization system
KR102041554B1 (en) Hybrid power generation system and self supporting hydrogen-electricity complex charge station using reverse electrodialysis power generation appartus with effective hydrogen-electricity generation
RU2775271C1 (en) Carbon dioxide utilization system and integrated power generation system using it

Legal Events

Date Code Title Description
GRNT Written decision to grant