KR102045956B1 - Combined power generation system using boil off gas - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 액화천연가스에서 발생하는 증발가스를 이용하는 복합 발전 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a complex power generation system using the boil-off gas generated from liquefied natural gas.
일반적으로 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, LNG)는 천연가스의 저장 밀도 문제로 천연가스를 액화상태로 저장한다. 천연가스는 영하 163℃의 초저온 상태로 LNG 저장탱크에 저장되어 있기 때문에 LNG 저장탱크 내에서는 항시 가스가 증발하고 있다. 이렇게 증발하는 가스를 증발가스(Boil Off Gas, BOG)라 한다. LNG 저장탱크는 외부의 열을 차단하기 위하여 방열재 등으로 싸여 있으나 100%로 열을 차단하는 것은 기술적으로 어렵기 때문에 상당한 양의 천연가스가 기화된다. 이러한 BOG는 LNG 저장탱크가 폭발하는 것을 방지하기 위해 압축기로 인출되어 재액화 처리한 후 저장탱크로 다시 보내거나 BOG의 양이 많을 경우에는 압력조절밸브를 이용하여 저장탱크 외부로 배출한다. LNG를 운반하는 선박의 경우 기화된 BOG를 연료로 사용하거나, 재액화하거나, 소각하는 방법을 사용하는데, 이러한 방법들은 모두 효율이 높지않거나 경제성이 떨어진다. Generally, liquefied natural gas (Liquefied Natural Gas, LNG) stores natural gas in a liquefied state due to the storage density of natural gas. Since natural gas is stored in the LNG storage tank at a very low temperature of minus 163 ° C, the gas always evaporates in the LNG storage tank. This evaporating gas is called a boil off gas (BOG). The LNG storage tank is wrapped with a heat insulating material to block external heat, but since it is technically difficult to block heat at 100%, a considerable amount of natural gas is vaporized. In order to prevent the LNG storage tank from exploding, the BOG is drawn out to the compressor, reliquefied, and sent back to the storage tank, or when the amount of BOG is large, the BOG is discharged to the outside of the storage tank by using a pressure control valve. LNG carriers use vaporized BOG as fuel, reliquefaction, or incineration, all of which are not very efficient or economical.
한편, 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. 환경오염방지에 대한 관심 고조로 유해물질 배출오염원에 대한 규제가 강화되고 있다. Meanwhile, 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. Increasing interest in preventing environmental pollution has led to tightening regulations on pollutant emission sources.
이에 따라, LNG 저장시설 또는 LNG 운반용 선박에서 발생하는 BOG를 연료로 사용하여 자원을 효율적으로 이용하고, 동시에 배출되는 온실가스인 이산화탄소를 감소시킬 수 있는 기술의 개발이 필요하다.Accordingly, there is a need to develop a technology capable of efficiently using resources using BOG generated in LNG storage facilities or LNG transport vessels and reducing carbon dioxide, which is a greenhouse gas emitted at the same time.
본 발명의 기술분야와 관련된 선행 특허문헌으로서, 등록특허공보 제10-1911119호는 BOG를 이용하는 연료전지 복합 하이브리드 시스템을 개시하고 있다.As a prior patent document related to the technical field of the present invention, Korean Patent Publication No. 10-1911119 discloses a fuel cell hybrid hybrid system using BOG.
본 발명의 목적은 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, LNG)에서 발생하는 증발가스(Boil Off Gas, BOG)를 이용하는 연료전지 시스템과 이산화탄소를 활용하여 수소를 생산하고 생산된 수소를 상기 연료전지 시스템으로 공급하는 이산화탄소 활용 시스템을 결합한, 증발가스를 이용하는 복합 발전 시스템을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to produce a hydrogen using a fuel cell system and carbon dioxide using a boil off gas (BOG) generated from liquefied natural gas (Liquefied Natural Gas, LNG) to the fuel cell system It is to provide a combined power generation system using boil-off gas that combines the supplying carbon dioxide utilization system.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 액화천연가스(LNG)를 저장하는 저장부, 상기 저장부에 저장된 액화천연가스(LNG)에서 발생하는 증발가스(BOG)를 이용하여 전기를 생산하는 연료전지 시스템 및 이산화탄소를 활용하여 수소를 생산하고, 생산된 수소를 상기 연료전지 시스템으로 공급하는 이산화탄소 활용 시스템을 포함하는, 증발가스를 이용하는 복합 발전 시스템이 제공된다.In order to achieve the above object of the present invention, according to an aspect of the present invention, the storage unit for storing the liquefied natural gas (LNG), the boil-off gas generated from the liquefied natural gas (LNG) stored in the storage unit (BOG) Provided is a complex power generation system using an evaporation gas, including a fuel cell system for producing electricity using the carbon dioxide, and a carbon dioxide utilization system for producing hydrogen using carbon dioxide and supplying the produced hydrogen to the fuel cell system.
본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는, 액화천연가스에서 발생하는 증발가스를 이용하여 연료전지 시스템을 구동시킴으로써, 버려지는 증발가스를 전기를 생산하는데 사용할 수 있다.According to the present invention, all the objects of the present invention described above can be achieved. Specifically, by driving the fuel cell system using the boil-off gas generated from the liquefied natural gas, the boil-off gas can be used to generate electricity.
또한, 이산화탄소 활용 시스템을 결합하여 연료전지 시스템 또는 기타 장치에서 배출되는 온실가스인 이산화탄소를 제거하고 청정에너지원인 수소를 생산하여 이를 연료전지에 공급함으로써, 이산화탄소 발생이 없는 친환경 복합 발전 시스템을 구현할 수 있다.In addition, by combining the carbon dioxide utilization system to remove the carbon dioxide, a greenhouse gas emitted from the fuel cell system or other devices, to produce hydrogen as a clean energy source and supply it to the fuel cell, it is possible to implement an eco-friendly complex power generation system without carbon dioxide generation. .
도 1은 본 발명에 따른 증발가스를 이용하는 복합 발전 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증발가스를 이용하는 복합 발전 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 활용 시스템의 작동 과정을 도시한 모식도이다.
도 4은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이산화탄소 활용 시스템의 작동 과정을 도시한 모식도이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 증발가스를 이용하는 복합 발전 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 이산화탄소 활용 시스템의 작동 과정을 도시한 모식도이다.1 is a schematic block diagram of a combined cycle power generation system using the boil-off gas according to the present invention.
2 is a schematic block diagram of a combined cycle power generation system using the boil-off gas according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a schematic diagram showing the operation of the carbon dioxide utilization system according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a schematic diagram showing the operation of the carbon dioxide utilization system according to another embodiment of the present invention.
5 is a schematic block diagram of a combined cycle power generation system using the boil-off gas according to another embodiment of the present invention.
Figure 6 is a schematic diagram showing the operation of the carbon dioxide utilization system according to another 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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증발가스(Boil Off Gas, BOG)를 이용하는 복합 발전 시스템(10)의 개략적인 블록도이다. 도 1을 참조하면, 상기 증발가스를 이용하는 복합 발전 시스템(10)은 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, LNG)를 저장하는 저장부(100), 상기 저장부(100)에 저장된 액화천연가스에서 발생하는 증발가스를 이용하여 전기를 생산하는 연료전지 시스템(200) 및 상기 연료전지 시스템(200)에서 발생하는 이산화탄소를 활용하여 수소를 생산하는 이산화탄소 활용 시스템(300)을 포함한다.1 is a schematic block diagram of a combined
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 증발가스를 이용하는 복합 발전 시스템(10)은 액화천연가스를 저장하는 저장부(100)에서 발생하는 증발가스를 연료전지 시스템(200)의 연료로 이용하여 전기를 생성하고, 연료전지 시스템(200) 작동시 발생하는 이산화탄소를 이산화탄소 활용 시스템(300)에 주입하여 산화환원 반응을 통해 수소를 생산하고, 생산된 수소를 상기 연료전지 시스템(200)의 연료로 공급함으로써 자원의 이용 효율을 높이고 온실가스인 이산화탄소를 줄이기 위한 것이다. The combined cycle
상기 저장부(100)는 천연가스의 저장 용량을 증가시키기 위해 액화된 상태로 천연가스를 저장한다. 상기 저장부(100)에 저장되는 액화천연가스는 온도가 영하 163℃에 이를 수 있다. 상기 저장부는 초저온에 견딜 수 있는 소재를 사용하여 설계 및 시공된다. 상기 액화천연가스로부터 증발가스가 발생하며, 상기 증발가스는 상기 저장부(100) 또는 배관을 통한 입열에 의해 발생하거나 액 층상화에 따른 대류현상에 의해 발생한다. 본 발명에 따른 증발가스를 사용하는 복합 발전 시스템(10)은 상기 액화천연가스에서 발생하는 증발가스를 외부로 배출하거나 바로 연소시키지 않고 상기 연료전지 시스템(200)에 공급하도록 구현될 수 있다.The
상기 연료전지 시스템(200)은 연료, 전해질 및 공기에 의해 발생되는 전기화학 반응을 통해 전기를 생성할 수 있으며, 상기 연료에는 상기 증발가스 및/또는 수소가 포함된다. 상기 연료전지 시스템(200)은 상기 저장부(100)에서 발생하는 증발가스를 직접 공급 받을 수 있게 하기 위하여 상기 저장부(100)와 연료전지 시스템(200)이 직접 연결될 수 있다. 상기 저장부(100)에서 발생하는 증발가스는 송풍기(air blower), 임펠러(impeller) 또는 이송 펌프(transfer pump) 등을 통해 상기 연료전지 시스템(200)으로 이동될 수 있다. 또는, 이와 별도로 저장부(100)에서 발생하는 증발가스를 보관하는 증발가스 저장공간을 두고 이와 연결되도록 함으로써 증발가스를 공급할 수도 있다. The
상기 연료전지 시스템(200)은 상기 저장부(100)에 저장된 액화천연가스로부터 생성되는 증발가스를 이용하여 전기를 생성한다. 상기 연료전지 시스템(200)은 연료전지(210)를 포함한다.The
하나의 구체적인 실시예로, 상기 연료전지 시스템에 사용하는 연료전지(210)는 용융탄산염 연료전지(MCFC), 고분자전해질 연료전지(PEMFC), 고체산화물 연료전지(SOFC), 인산형 연료전지(PAFC) 및 직접탄소 연료전지(DCFC) 중 어느 하나 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one specific embodiment, the fuel cell 210 used in the fuel cell system includes a molten carbonate fuel cell (MCFC), a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC), a solid oxide fuel cell (SOFC), and a phosphoric acid fuel cell (PAFC). ) And direct carbon fuel cell (DCFC), but is not limited thereto.
상기 연료전지 시스템(200)은 개질기(220)를 더 포함할 수 있다. 상기 개질기(220)는 수소함유 연료로부터 수소가 풍부한 개질가스를 생산하고 부가적으로 이산화탄소 가스를 발생시킨다. 개질기에서 생산된 개질가스는 연료전지로 공급되고, 개질기(220)에서 부가적으로 발생된 이산화탄소 가스는 이산화탄소 활용 시스템(300)로 공급된다. 이를 위하여, 본 실시예에서는 개질기(220)가 증발가스의 주성분인 메탄(CH4)과 수증기(H2O)의 개질 반응에 의해 수소(H2)를 생산하는 메탄-수증기 개질기인 것으로 설명한다.The
다음의 [반응식 1]은 메탄-수증기 개질기의 개질 반응에 관한 것이다.The following [Scheme 1] relates to the reforming reaction of the methane-steam reformer.
[반응식 1] Scheme 1
CH4+H2O->CO+3H2 CH 4 + H 2 O-> CO + 3H 2
CO + H2O->CO2+H2 CO + H 2 O-> CO 2 + H 2
즉 메탄과 수증기의 화학반응에 의해 일산화탄소(CO)와 수소가 생성되며, 연속적으로 일산화탄소와 수증기의 화학반응에 의해 최종적으로 수소가 생산될 수 있다.That is, carbon monoxide (CO) and hydrogen are produced by the chemical reaction of methane and water vapor, and hydrogen can be finally produced by the chemical reaction of carbon monoxide and water vapor.
상기 이산화탄소 활용 시스템(300)은 연료전지 시스템(200)의 연료전지(210) 또는 개질기(220)에서 발생하는 이산화탄소를 활용하여 수소를 생산한다. 생산된 수소는 상기 연료전지 시스템(200)로 공급되어 연료전지 시스템(200)의 연료로 사용될 수 있다.The carbon dioxide utilization system 300 utilizes carbon dioxide generated from the fuel cell 210 or the reformer 220 of the
도 2에는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 증발가스를 이용하는 복합 발전 시스템(10a, 10b)의 개략적인 블록도가 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 상기 증발가스를 이용하는 복합 발전 시스템(10a, 10b)은 액화천연가스 저장소(100), 연료전지 시스템(200) 및 이산화탄소 활용 시스템(300a, 300b)를 포함한다. 상기 복합 발전 시스템(10a, 10b)은 액화천연가스 저장소에서 발생하는 증발가스를 연료전지 시스템(200)으로 공급하고, 상기 연료전지 시스템은 전기를 생산하고 이산화탄소를 발생시킨다. 상기 연료전지 시스템(200)에서 발생된 이산화탄소는 이산화탄소 활용 시스템(300a, 300b)로 공급되고 상기 이산화탄소 활용 시스템(300a, 300b)는 자발적인 전기화학 반응을 통해 수소와 전기를 생산한다. 이산화탄소 활용 시스템(300a, 300b)에서 생산된 수소는 상기 연료전지 시스템(200)의 연료로 사용될 수 있다. 2 is a schematic block diagram of a combined
도 3에는 본 발명의 구체적인 일 실시예에 따른 이산화탄소 활용 시스템(300a)의 구성이 도시되어 있다. 도 3을 참조하면, 상기 이산화탄소 활용 시스템(300a)은 제1 수용 공간(311), 제1 수용액(312) 및 상기 제1 수용액(312)에 적어도 일부가 잠기는 캐소드(cathode)(313)를 포함하는 캐소드부(310), 제2 수용 공간(321), 염기성인 제2 수용액(322) 및 상기 제2 수용액(322)에 적어도 일부가 잠기는 금속의 애노드(anode)(323)를 포함하는 애노드부(320) 및 상기 캐소드부(310)와 애노드부(320)를 연결하는 연결부(330)를 포함한다.3 illustrates a configuration of a carbon
상기 이산화탄소 활용 시스템(300a)은 상기 제1 수용액(312)으로 유입된 이산화탄소를 중탄산이온으로 포집하고 수소이온을 생성하고, 상기 수소이온과 상기 캐소드(313)의 전자가 반응하여 수소를 생산할 수 있다. 즉, 자발적 산화환원 반응 과정을 통하여 온실가스인 이산화탄소 기체(CO2)를 원료로 사용하여, 친환경 연료인 수소(H2)를 생산한다. The carbon
캐소드부(320)는 제1 수용 공간(311)에 담긴 제1 수용액(312)과 제1 수용액(312)에 적어도 일부가 잠기는 캐소드(313)를 구비한다. 제1 수용액(312)으로는 알칼리성 수용액(본 실시예에서는 1M KOH의 강 염기성 용액에서 CO2를 용리시킨 것이 사용됨), 해수, 수돗물 및 증류수 등이 사용될 수 있다. 캐소드(313)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. The
캐소드부(320)에는 제1 수용 공간(311)과 연통되는 제1 유입구와 제1 배출구가 형성될 수 있다. 제1 유입구는 제1 수용액(312)의 수면보다 아래에 위치하도록 제1 수용 공간(311)의 하부에 위치할 수 있다. 제1 배출구는 제1 수용액(312)의 수면보다 위에 위치하도록 제1 수용 공간(311)의 상부에 위치할 수 있다. 제1 유입구를 통해 반응 과정에서 연료로 사용되는 이산화탄소가 제1 수용 공간(311)으로 유입되는데, 필요 반응 과정에서 생성된 가스가 외부로 배출될 수 있다. 도시되지는 않았으나, 유입구와 배출구는 충전 및 반응시 밸브 등에 의해 선택적으로 적절히 시기에 맞춰서 개폐될 수 있다. 캐소드부(320)에서는 반응 과정에서 이산화탄소 용리 반응이 일어난다.The
애노드부(320)는 제2 수용 공간(321)에 담긴 제2 수용액(322)과 제2 수용액(322)에 적어도 일부가 잠기는 애노드(323)를 구비한다. 제2 수용액(322)으로는 고농도의 알칼리 용액이 사용되는데, 예를 들어, 1M KOH 또는 6M KOH가 사용될 수 있다. 애노드(323)는 전기 회로를 이루는 금속 재질의 전극으로서, 본 실시예에서는 애노드(323)로 아연(Zn) 또는 알루미늄(Al)이 사용되는 것으로 설명한다. 또한, 애노드(323)로는 아연 또는 알루미늄을 포함하는 합금이 사용될 수도 있다.The
이제, 위에서 구성 중심으로 설명된 이산화탄소 활용 시스템(100a)의 반응 과정이 상세하게 설명된다. 유입구를 통해 제1 수용액(312)으로 이산화탄소가 주입되며, 캐소드부(320)에서는 다음 [반응식 2]와 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. Carbon dioxide is injected into the first
[반응식 2]Scheme 2
H2O(l) + CO2(g) → H+(aq) + HCO3 -(aq) H 2 O (l) + CO 2 (g) → H + (aq) + HCO 3 - (aq)
즉, 캐소드부(320)에서는 캐소드부(320)에 공급된 이산화탄소(CO2)가 제1 수용액(312)의 물(H2O)과 자발적인 화학반응을 통해 수소 양이온(H+)과 중탄산염(HCO3 -)이 생성된다.That is, in the
또한, 캐소드부(320)에서는 다음 [반응식 3]과 같은 전기적 반응이 이루어진다.In addition, the
[반응식 3]Scheme 3
2H+(aq) + 2e- → H2(g) 2H + (aq) + 2e - → H 2 (g)
즉, 캐소드부(320)에서 수소 양이온(H+)은 전자(e-)를 받아서 수소(H2)기체가 발생하게 된다. 발생된 수소(H2)기체는 제1 배출구를 통해서 외부로 배출된다.That is, the hydrogen cation (H + ) in the
아울러, 캐소드부(320)에서는 다음 [반응식 4]와 같은 복합 수소발생 반응이 이루어진다.In addition, the
[반응식 4]Scheme 4
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(320)에서는 애노드(323)가 아연(Zn)인 경우에 다음 [반응식 5]와 같은 산화 반응이 이루어진다.In the
[반응식 5]Scheme 5
Zn + 4OH- → Zn(OH)4 2- + 2e- (E0 = -1.25V) Zn + 4OH - → Zn (OH ) 4 2- + 2e - (E 0 = -1.25V)
Zn(OH)4 2- → ZnO + H2O + 2OH- Zn (OH) 4 2- → ZnO + H2O + 2OH -
결국, 애노드(323)가 아연(Zn)인 경우에 반응 과정에서 이루어지는 전체 반응식은 다음 [반응식 6]과 같다.As a result, when the
[반응식 6]Scheme 6
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) (E 0 = 1.25V)
만일, 애노드부(320)에서 애노드(323)가 알루미늄(Al)인 경우에 다음 [반응식 7]과 같은 산화 반응이 이루어진다.If the
[반응식 7]Scheme 7
Al + 3OH- → Al(OH)3 + 3e- (E0 = -2.31V) Al + 3OH - → Al (OH ) 3 + 3e - (E 0 = -2.31V)
결국, 애노드(323)가 알루미늄(Al)인 경우에 반응 과정에서 이루어지는 전체 반응식은 다음 [반응식 8]과 같다.As a result, when the
[반응식 8]Scheme 8
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) (E 0 = 2.31V)
결과적으로, [반응식 6]과 [반응식 8]을 통해 알 수 있는 바와 같이, 반응 시 제1 수용액(312)에서 용리된 이산화탄소에 의해 생성된 수소 이온이 캐소드(313)로부터 전자를 받아서 수소 기체로 환원되어서, 제1 배출구를 통해 배출되고, 금속 애노드(323)는 산화물의 형태로 변하게 된다. 반응이 진행되면서 제1 수용액(312)에는 HCO3 -(중탄산이온)이 생성된다. As a result, as can be seen from [Scheme 6] and [Scheme 8], the hydrogen ions generated by the carbon dioxide eluted in the first
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 연결부(330)에는 상기 제1 수용액(312)과 상기 제2 수용액(322)의 이동은 차단하고 수용액에 용해된 이온 물질은 통과할 수 있는 다공성 구조의 이온 전달 부재가 구비될 수 있다. As shown in FIG. 3, the
구체적인 일 실시예로, 상기 이온 전달 부재는 다공성 이온 전달 부재일 수 있다. 다공성 이온 전달 부재는 대체로 디스크 형상으로서 연결부 통로(191)의 내부를 막는 형태로 설치된다. 다공성 이온 전달 부재는 다공성 구조로 이루어져서 캐소드부(320)와 애노드부(320)의 사이에 이온의 이동은 허용하면서, 수용액(312, 322)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 다공성 이온 전달 부재는 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, G5 등급에 해당하는 1 내지 2 미크론인 다공성 유리가 사용될 수 있다. 이온 전달 부재(192)는 이온만 전달시킴으로써 반응 과정에서 생기는 이온 불균형을 해소하게 된다.In one specific embodiment, the ion transport member may be a porous ion transport member. The porous ion transport member is generally in the shape of a disk and is installed in such a way as to block the inside of the connection passage 191. The porous ion transport member has a porous structure to allow movement of ions between the
도 4에는 본 발명의 다른 구체적인 일 실시예에 따른 이산화탄소 활용 시스템(300b)의 구성이 도시되어 있다. 도 4를 참조하면, 상기 이산화탄소 활용 시스템(300b)은 반응 공간(341), 상기 반응 공간에 수용되는 수용액(342), 상기 수용액(342)에 적어도 일부가 잠기는 캐소드(313) 및 상기 반응 공간(341)에서 상기 수용액(342)에 적어도 일부가 잠기는 금속 재질의 애노드(323)를 포함한다. 4 shows a configuration of a carbon
반응 공간(341)에는 수용액(342)이 담기고 캐소드(313)와 애노드(323)가 수용된다. 반응 공간(341)에는 제1 유입구와 제1 배출구가 형성될 수 있다. 제1 유입구는 수용액의 수면보다 아래에 위치하도록 반응 공간(341)의 하부에 위치한다. 제1 배출구는 수용액(342)의 수면보다 위에 위치하도록 반응 공간(341)의 상부에 위치한다. 제1 유입구를 통해 반응 과정에서 연료로 사용되는 이산화탄소가 반응 공간(341)으로 유입되는데, 필요 시 수용액(342)도 유입될 수 있다. 제1 배출구를 통해서는 반응 과정에서 생성된 가스가 외부로 배출된다. 도시되지는 않았으나, 제1 유입구와 제1 배출구는 충전 및 반응시 밸브 등에 의해 선택적으로 적절히 시기에 맞춰서 개폐될 수 있다. 반응 공간(341)에서는 반응 과정에서 이산화탄소 용리 반응이 일어난다.The
수용액(342)은 반응 공간(341)에 담기며, 수용액(342)에 캐소드(313)의 적어도 일부와 애노드(323)의 적어도 일부가 잠긴다. 본 실시예에서 수용액(342)로 염기성 용액 또는 해수가 사용되는 것으로 설명한다. 수용액(342)은 반응 과정에서 제1 유입구를 통해 유입되는 이산화탄소에 의해 약산성을 띄게 된다.The
캐소드(313)는 반응 공간(341)에서 수용액(342)에 적어도 일부가 잠긴다. 캐소드(313)는 반응 공간(341)에서 애노드(323)보다 제1 유입구에 상대적으로 가깝게 위치한다. 캐소드(313)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(313)에서는 환원 반응이 일어나며, 그에 따라 수소가 발생하게 된다.The
애노드(323)는 반응 공간(341)에서 수용액(342)에 적어도 일부가 잠긴다. 애노드(323)는 반응 공간(341)에서 캐소드(313)보다 제1 유입구와 상대적으로 멀게 위치한다. 애노드(323)는 전기 회로를 이루는 금속 재질의 전극으로서, 본 실시예에서는 애노드(323)로 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 또는 아연(Zn)이 사용되는 것으로 설명한다. 반응 시 애노드(323)에서는 약산성 환경에 따른 산화 반응이 일어나게 된다.The
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 유입구를 통해 수용액(342)으로 이산화탄소 가스가 주입되며, 반응 공간(341)에서는 다음 [반응식 2]와 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
[반응식 2]Scheme 2
H2O(l) + CO2(g) → H+(aq) + HCO3 -(aq) H 2 O (l) + CO 2 (g) → H + (aq) + HCO 3 - (aq)
즉, 반응 공간(341)으로 공급된 이산화탄소(CO2)가 수용액(342)의 물(H2O)과 자발적인 화학반응을 통해 수소 양이온(H+)과 중탄산염(HCO3 -)이 생성된다.That is, hydrogen cation (H + ) and bicarbonate (HCO 3 − ) are produced through spontaneous chemical reaction of carbon dioxide (CO 2 ) supplied to the
또한, 캐소드(313)에서는 다음 [반응식 3]과 같은 전기적 반응이 이루어진다.In addition, the
[반응식 3]Scheme 3
2H+(aq) + 2e- → H2(g) 2H + (aq) + 2e - → H 2 (g)
즉, 캐소드(313) 주변에서 수소 양이온(H+)은 전자(e-)를 받아서 수소(H2)기체가 발생하게 된다. 발생된 수소(H2)기체는 제1 배출구를 통해서 외부로 배출된다.That is, the hydrogen cation (H + ) around the
아울러, 캐소드(313) 주변에서는 다음 [반응식 4]와 같은 복합 수소발생 반응이 이루어진다.In addition, a complex hydrogen generation reaction is performed around the
[반응식 4]Scheme 4
2H2O(l) + 2CO2(g) + 2e- → H2(g) + 2HCO3 -(aq) 2H 2 O (l) + 2CO 2 (g) + 2e - → H 2 (g) + 2HCO 3 - (aq)
그리고, 애노드(323)가 아연(Zn)인 경우에 다음 [반응식 5]와 같은 산화 반응이 이루어진다.When the
[반응식 5]Scheme 5
Zn + 4OH- → Zn(OH)4 2- + 2e- (E0 = -1.25V) Zn + 4OH - → Zn (OH ) 4 2- + 2e - (E 0 = -1.25V)
Zn(OH)4 2- → ZnO + H2O + 2OH- Zn (OH) 4 2- → ZnO + H 2 O + 2OH -
결국, 애노드(323)가 아연(Zn)인 경우에 반응 과정에서 이루어지는 전체 반응식은 다음 [반응식 6]과 같다.As a result, when the
[반응식 6]Scheme 6
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) (E 0 = 1.25V)
만일, 애노드(323)가 알루미늄(Al)인 경우에 다음 [반응식 7]과 같은 산화 반응이 이루어진다.If the
[반응식 7]Scheme 7
Al + 3OH- → Al(OH)3 + 3e- (E0 = -2.31V) Al + 3OH - → Al (OH ) 3 + 3e - (E 0 = -2.31V)
결국, 애노드(323)가 알루미늄(Al)인 경우에 반응 과정에서 이루어지는 전체 반응식은 다음 [반응식 8]과 같다.As a result, when the
[반응식 8]Scheme 8
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) (E 0 = 2.31V)
결과적으로, [반응식 6]과 [반응식 8]을 통해 알 수 있는 바와 같이, 반응 시 수용액(342)에서 용리된 이산화탄소에 의해 생성된 수소 이온이 캐소드(313)로부터 전자를 받아서 수소 기체로 환원되어서, 제1 배출구를 통해 배출되고, 금속 애노드(323)는 산화물의 형태로 변하게 된다. 반응이 진행되면서 수용액(342)에는 HCO3 -(중탄산이온)이 생성된다.As a result, as can be seen from [Scheme 6] and [Scheme 8], the hydrogen ions generated by the carbon dioxide eluted in the
도 5에는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 증발가스를 이용하는 복합 발전 시스템(10c)의 개략적인 블록도가 도시되어 있다. 도 5를 참조하면, 상기 증발가스를 이용하는 복합 발전 시스템(10c)은 액화천연가스 저장소(100), 연료전지 시스템(200) 및 이산화탄소 활용 시스템(300c)을 포함한다. 상기 복합 발전 시스템(10c)은 액화천연가스 저장소에서 발생하는 증발가스를 연료전지 시스템(200)으로 공급하고, 상기 연료전지 시스템은 전기를 생산하고 이산화탄소를 발생시킨다. 상기 연료전지 시스템(200)에서 발생된 이산화탄소는 이산화탄소 활용 시스템(300c)로 공급되고 상기 이산화탄소 활용 시스템(300c)는 전원(400)으로부터 전력을 공급받아 전기화학 반응을 통해 수소, 염소 및 전기를 생산한다. 이산화탄소 활용 시스템(300c)에서 생산된 수소는 상기 연료전지 시스템(200)의 연료로 사용될 수 있다. 5 is a schematic block diagram of a combined cycle
도 6에는 본 발명의 또 다른 구체적인 일 실시예에 따른 이산화탄소 활용 시스템(300c)의 구성이 개략적으로 도시되어 있다. 도 6을 참조하면, 이산화탄소 활용 시스템(300a)은 반응 공간(341), 상기 반응 공간(341)에 수용되고 염소 음이온을 포함하는 전해질 수용액(343), 상기 반응 공간(341)에서 상기 전해질 수용액(343)에 적어도 일부가 잠기는 캐소드(313), 상기 캐소드(313)에서 발생하는 수소를 배출하는 수소 배출부, 상기 반응 공간(341)에서 상기 전해질 수용액(343)에 적어도 일부가 잠기는 애노드(323), 및 상기 캐소드(313)와 애노드(323)에 전기적으로 연결되는 전원(400)을 포함한다. 이산화탄소 활용 시스템(100c)은 전원(400)으로부터 공급되는 전기에너지를 이용하여 이산화탄소를 원료로 활용함으로써 수소 및 염소를 발생시킬 수 있다. 6 schematically illustrates a configuration of a carbon
반응 공간(341)에서는 이산화탄소 용리 반응이 일어난다.In the
전해질 수용액(343)은 반응 공간(341)에 담기며, 전해질 수용액(343)에 캐소드(313)의 적어도 일부와 애노드(323)의 적어도 일부가 잠긴다. 전해질 수용액(343)은 바닷물이나 소금물과 같이 염소 이온(Cl-)을 포함하는 전해질 수용액으로서, 본 실시예에서는 염화나트륨(NaCl) 수용액인 것으로 설명한다. 그에 따른 전해질 수용액(343)은 나트륨 양이온(Na+)과 염소 음이온(Cl-)을 포함하게 된다.The
캐소드(313)는 반응 공간(341)에서 전해질 수용액(343)에 적어도 일부가 잠긴다. 캐소드(313)는 전원(400)의 음극과 전기적으로 연결되어서 전원(400)으로부터 전자를 공급받는다. 캐소드(313)는 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 수소발생반응 촉매로 사용될 수 있는 다른 모든 촉매도 포함한다. 캐소드(313)에서는 환원 반응에 의한 수소발생반응(HER; Hydrogen Evolution Reaction)이 일어나게 된다.The
수소 배출부는 전해질 수용액(343)의 수면보다 위에 위치하도록 반응 공간의 캐소드(312) 상부에 위치하는 것이 바람직하다. 수소 배출구를 통해서는 이산화탄소 활용 시스템(100)에서 발생한 수소가 배출된다.The hydrogen discharge part is preferably positioned above the
애노드(323)는 반응 공간(341)에서 전해질 수용액(343)에 적어도 일부가 잠긴다. 애노드(323)는 전원(400)의 양극과 전기적으로 연결되어서 전원(400)으로 전자를 공급한다. 본 실시예에서 애노드(323)는 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 또는 아연(Zn)이 사용되는 것으로 설명한다. 또한, 추가적으로 애노드(323)은 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 연소발생반응 촉매로 사용될 수 있는 다른 모든 촉매도 포함한다. 애노드(323)에서는 산화 반응에 의한 염소발생반응(CER; Chlorine Evolution Reaction)이 일어나게 된다.The
염소 배출부는 상기 애노드(323) 발생하는 염소(Cl2)또는 염소계 화합물(HClO 등)을 이산화탄소 활용 시스템(300c)의 외부로 배출할 수 있다. 본 실시예에 따른 증발가스를 이용하는 복합 발전 시스템(10c)이 선박에 설치되는 경우, 상기 발생된 염소 또는 염소계 화합물은 별도의 저장시설에 보관하거나 평형수 처리 시스템 공급되어 선박의 평형수를 살균처리하는데 사용될 수 있다. The chlorine discharge unit may discharge chlorine (Cl 2 ) or chlorine-based compound (HClO, etc.) generated from the
상기 반응 공간(341)에는 이산화탄소가 공급되는 유입구가 형성될 수 있다. 상기 유입구는 반응 공간(341)의 전해질 수용액(343)의 수면보다 아래에 위치하는 것이 바람직하다. 유입구를 통해 원료인 이산화탄소가 반응 공간(341)으로 유입되는데, 필요 시 전해질 수용액(343)도 유입될 수 있다.An inlet through which carbon dioxide is supplied may be formed in the
이제, 이산화탄소 활용 시스템(300c)에서 이산화탄소가 제거되면서 수소가 발생되는 과정을 설명한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 유입구를 통해 염화나트륨 수용액인 전해질 수용액(343)으로 이산화탄소 가스가 주입되며, 반응 공간(341)에서는 다음 [반응식 2]와 같은 이산화탄소의 화학적 용리 반응이 이루어진다.Now, a process of generating hydrogen while carbon dioxide is removed from the carbon
[반응식 2]Scheme 2
H2O(l) + CO2(g) → H+(aq) + HCO3 -(aq) H 2 O (l) + CO 2 (g) → H + (aq) + HCO 3 - (aq)
즉, 반응 공간(341)으로 공급된 이산화탄소(CO2)가 전해질 수용액(343)의 용매인 물(H2O)과 자발적인 화학반응을 통해 수소 양이온(H+)과 중탄산염(HCO3 -)이 생성된다. [반응식 2]의 반응은 전해질 수용액은 산성화 시킨다.That is, the carbon dioxide (CO 2 ) supplied to the
또한, 캐소드(313)에서는 다음 [반응식 3]과 같은 전기적 반응이 이루어진다.In addition, the
[반응식 3]Scheme 3
2H+(aq) + 2e- → H2(g) 2H + (aq) + 2e - → H 2 (g)
즉, 캐소드(313)의 주변에서 수소 양이온(H+)은 캐소드(313)로부터 전자(e-)를 받아서 수소(H2)기체가 발생하게 된다. 캐소드(313)에서 일어나는 수소발생반응은 전해질 수용액(343)을 염기성화 시킨다. 발생된 수소(H2)기체는 수소 배출부(140)를 통해서 외부로 배출될 수 있다.That is, hydrogen cations (H + ) around the
아울러, 캐소드(313)의 주변에서는 다음 [반응식 4]와 같은 복합 수소발생 반응이 이루어진다.In addition, in the vicinity of the
[반응식 4]Scheme 4
2H2O(l) + 2CO2(g) + 2e- → H2(g) + 2HCO3 -(aq) 2H 2 O (l) + 2CO 2 (g) + 2e - → H 2 (g) + 2HCO 3 - (aq)
그리고, 애노드(323)에서는 다음 [화학식 9]와 같은 염소발생반응이 일어난다.In addition, the
[반응식 9]Scheme 9
2Cl-(aq) → Cl2(g) + 2e- (E0 = 1.25V) 2Cl - (aq) → Cl 2 (g) + 2e - (E 0 = 1.25V)
결국, 최종 반응식은 다음 [반응식 10] 및 [반응식 11]과 같다.As a result, the final reaction scheme is shown in the following [Scheme 10] and [Scheme 11].
[반응식 10]
2NaCl(aq) + 2H2O(l) + 2CO2(g) → 2NaHCO3(aq) + 2H+(aq) + 2Cl-(aq) 2NaCl (aq) + 2H 2 O (l) + 2CO 2 (g) → 2NaHCO 3 (aq) + 2H + (aq) + 2Cl - (aq)
[반응식 11]Scheme 11
2H+(aq) + 2Cl-(aq) → H2(g) + Cl2(g) 2H + (aq) + 2Cl - (aq) → H 2 (g) + Cl 2 (g)
[반응식 10]과 [반응식 11]으로부터 알 수 있는 바와 같이, 전해반응 후 수소 이온(H+)이 사라지게 되므로, 전해질 수용액(343)의 pH가 증가하여 염기성화됨으로써, 유입구를 통해 유입되는 이산화탄소가 계속해서 용해될 수 있다. 초기에 염화나트륨(NaCl) 수용액이었던 전해질 수용액(343)은 반응이 계속 진행되면서 점점 탄산수소나트륨(NaHCO3)수용액으로 변하게 된다.As can be seen from [Scheme 10] and [Scheme 11], since the hydrogen ions (H + ) disappear after the electrolytic reaction, the pH of the electrolyte solution (343) is increased and basicized, so that the carbon dioxide flowing through the inlet is Can continue to be dissolved. The
본 실시예에서는 전해질 수용액(343)으로서 염화나트륨(NaCl) 수용액이 사용되는 것으로 설명하였으나, 염화나트륨 수용액 대신 염화칼륨(KCl) 수용액이나 염화칼슘(CaCl2)수용액 등 다른 양이온을 포함하는 용액이 사용될 수 있으며, 이 경우 이에 대응하는 탄산염이 생성될 수 있다.In the present embodiment, it was described that an aqueous sodium chloride (NaCl) solution is used as the
상기 이산화탄소 활용 시스템(300c)은 상기 전해질 수용액(343)에 용해되는 이산화탄소의 양이 설정 값 이상으로 유지되도록 상기 애노드에서 생성되는 염소의 양을 조절하여, 상기 전해질 수용액(343)의 pH를 설정 값 이상으로 유지시킬 수 있다. The carbon
한편, 전해질 수용액(343)으로 염소 이온(Cl-)이 없는 용액을 사용하여 진행하면 애노드(323)에서는 다음 [반응식 12]과 같은 산소발생반응이 이루어진다.On the other hand, chlorine ions in the electrolyte solution (343) (Cl -), when conducted using no solution in the
[반응식 12]Scheme 12
4OH- → O2 + 2H2O + 4e- 4OH - → O 2 + 2H 2 O + 4e -
그에 따라, 전해질 수용액(343)의 pH가 변하지 않게 되어 이산화탄소가 추가적으로 용해되지 않는다.Accordingly, the pH of the
전원(400)의 양극은 애노드(323)과 전기적으로 연결되고 전원(400)의 음극은 캐소드(130)과 전기적으로 연결되어, 이산화탄소 활용 시스템(300c)에 전기 에너지를 제공한다. 전원(400)으로는 태양 전지와 풍력발전 등의 신재생 에너지를 포함하여 전기 에너지를 제공할 수 있는 모든 형태의 전원이 사용될 수 있으며, 연료전지 시스템(200)으로부터 공급받는 것일 수도 있다.A positive electrode of the
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 증발가스를 이용하는 복합 발전 시스템(10)은 선박에 설치될 수 있다. 증발가스를 이용하는 복합 발전 시스템(10)을 선박에 설치하는 경우 증발가스를 이용하는 복합 발전 시스템(10)에 포함된 이산화탄소 활용 시스템(300)은 선박의 구동장치에서 발생하는 이산화탄소를 활용하여 수소를 생산할 수 있다. 이 경우 선박의 구동장치에서 발생하는 이산화탄소를 활용할 경우 선박의 운항시 발생하는 온실가스인 이산화탄소를 감소 또는 제거함과 동시에 친환경 연료인 수소를 생산할 수 있다. 한편, 상기와 같이 생산되는 수소는 선박의 구동장치로 공급되어 구동장치의 출력을 향상 시킬 수 있다. 이에 따라, 선박을 추진시키는데 필요한 연료를 절감할 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니나, 상기 구동장치는 경유와 천연가스 중 적어도 하나를 연료로 사용하는 듀얼퓨얼엔진(Dual Fuel Engine)일 수 있다. The complex
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.
10, 10a, 10b, 10c : 증발가스를 이용하는 복합 발전 시스템
100 : 저장부 200 : 연료전지 시스템
210 : 연료전지 220 : 개질기
300, 300a, 300b, 300c : 이산화탄소 활용 시스템
310 : 캐소드부 311 : 제1 수용 공간
312 : 제1 수용액 313 : 캐소드
320 : 애노드부 321 : 제2 수용 공간
322 : 제2 수용액 323 : 애노드
330 : 연결부 341 : 반응 공간
342 : 수용액 343 : 전해질 수용액
400 : 전원 10, 10a, 10b, 10c: combined power generation system using boil-off gas
100: storage 200: fuel cell system
210: fuel cell 220: reformer
300, 300a, 300b, 300c: carbon dioxide utilization system
310: cathode part 311: first accommodation space
312 first
320: anode part 321: second accommodation space
322 second
330: connection portion 341: reaction space
342: aqueous solution 343: electrolyte solution
400: power
Claims (10)
상기 저장부에 저장된 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, LNG)에서 발생하는 증발가스(Boil Off Gas, BOG)를 이용하여 전기를 생산하는 연료전지 시스템; 및
상기 연료전지 시스템에서 발생하는 이산화탄소를 활용하여 수소를 생산하는 이산화탄소 활용 시스템;을 포함하고,
상기 이산화탄소 활용 시스템은,
반응 공간, 상기 반응 공간에 수용되고 염소 음이온을 포함하는 전해질 수용액, 상기 반응 공간에서 상기 전해질 수용액에 적어도 일부가 잠기는 캐소드, 상기 캐소드에서 발생하는 수소를 배출하는 수소 배출부, 상기 반응 공간에서 상기 전해질 수용액에 적어도 일부가 잠기는 애노드, 상기 애노드에서 발생하는 염소를 배출하는 염소 배출부 및 상기 캐소드및 애노드와 전기적으로 연결되는 전원을 포함하고,
상기 반응 공간으로 주입된 이산화탄소가 상기 반응 공간의 전해질 수용액으로 유입되어, 상기 전해질 수용액의 물과 상기 이산화탄소의 반응에 의해 수소이온과 중탄산이온이 생성되고,
상기 전원에 의해 전기가 인가되어, 상기 캐소드에서는 상기 수소이온과 상기 캐소드의 전자가 결합되어 수소를 생산하고, 상기 애노드에서는 상기 염소 음이온에서 전자가 분리되어 염소를 생산하는, 증발가스를 이용하는 복합 발전 시스템.A storage unit for storing liquefied natural gas;
A fuel cell system for generating electricity using Boil Off Gas (BOG) generated from Liquefied Natural Gas (LNG) stored in the storage unit; And
Includes; carbon dioxide utilization system for producing hydrogen by using carbon dioxide generated in the fuel cell system,
The carbon dioxide utilization system,
A reaction solution, an aqueous electrolyte solution contained in the reaction space and containing a chlorine anion, a cathode at least partially submerged in the aqueous electrolyte solution in the reaction space, a hydrogen discharge part for discharging hydrogen generated from the cathode, and the electrolyte in the reaction space An anode submerged in an aqueous solution, a chlorine discharge portion for discharging chlorine generated from the anode, and a power source electrically connected to the cathode and the anode,
The carbon dioxide injected into the reaction space is introduced into the aqueous electrolyte solution of the reaction space, and hydrogen ions and bicarbonate ions are generated by the reaction of water of the aqueous electrolyte solution with the carbon dioxide.
Electric power is applied by the power source, and the hydrogen ions and the electrons of the cathode are combined to produce hydrogen at the cathode, and at the anode, electrons are separated from the chlorine anion to produce chlorine, thereby generating a combined power generation using an evaporation gas. system.
상기 연료전지는 용융탄산염 연료전지(MCFC), 고분자전해질 연료전지(PEMFC), 고체산화물 연료전지(SOFC), 인산형 연료전지(PAFC) 및 직접탄소 연료전지(DCFC) 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 증발가스를 이용한 복합 발전 시스템.The method of claim 1,
The fuel cell may be any one or more of a molten carbonate fuel cell (MCFC), a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC), a solid oxide fuel cell (SOFC), a phosphoric acid fuel cell (PAFC) and a direct carbon fuel cell (DCFC). Composite power generation system using boil-off gas.
상기 이산화탄소 활용 시스템에서 생산되는 수소를 상기 연료전지 시스템으로 공급하는 것을 특징으로 하는, 증발가스를 이용한 복합 발전 시스템.The method of claim 1,
A composite power generation system using evaporative gas, characterized in that for supplying hydrogen produced by the carbon dioxide utilization system to the fuel cell system.
상기 애노드의 재질은 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 또는 아연(Zn)인, 증발가스를 이용하는 복합 발전 시스템. The method of claim 1,
The anode is made of vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), aluminum (Al) or zinc (Zn). Power generation system using evaporative gas.
상기 증발가스를 이용하는 복합 발전 시스템은 선박용인 것을 특징으로 하는, 증발가스를 이용한 복합 발전 시스템.The method of claim 1,
Combined power generation system using the boil-off gas is characterized in that for the ship, combined power generation system using the boil-off gas.
상기 이산화탄소 활용 시스템은 선박의 구동장치에서 발생하는 이산화탄소를 활용 하는 것을 특징으로 하는, 증발가스를 이용한 복합 발전 시스템. The method of claim 8,
The carbon dioxide utilization system is characterized in that to utilize the carbon dioxide generated in the drive device of the vessel, a composite power generation system using evaporation gas.
상기 이산화탄소 활용 시스템은 생산되는 수소를 선박의 구동장치로 공급하는 것을 특징으로 하는, 증발가스를 이용한 복합 발전 시스템. The method of claim 8,
The carbon dioxide utilization system is characterized in that for supplying the hydrogen produced by the driving device of the ship, a complex power generation system using evaporation gas.
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