KR102399070B1 - 이산화탄소 환원 시스템 - Google Patents

이산화탄소 환원 시스템 Download PDF

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오형석
고재현
민병권
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한국과학기술연구원
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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 이산화탄소를 포집하는 이산화탄소 포집장치 및 상기 이산화탄소 포집장치와 연결된 전기화학 반응장치를 포함하며, 상기 이산화탄소 포집장치는, 이산화탄소 공급을 위한 이산화탄소 주입구, 물(H2O) 공급을 위한 물 주입구, 아민 공급을 위한 아민 주입구, 상기 이산화탄소가 상기 물 및 상기 아민에 용해되어 이루어진 이산화탄소 용액을 배출하기 위한 이산화탄소 용액 배출구, 및 상기 물 및 상기 아민에 용해되지 않은 이산화탄소를 배출하기 위한 이산화탄소 배출구를 포함하고, 상기 이산화탄소 용액은 상기 전기화학 반응장치로 공급되는, 이산화탄소 환원 시스템을 제공한다.

Description

이산화탄소 환원 시스템{SYSTEM FOR REDUCTION OF CARBON DIOXIDE}
본 발명은 이산화탄소 환원 시스템에 대한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 효율적인 이산화탄소 포집 능력을 갖는 이산화탄소 포집장치를 포함하는 이산화탄소 환원 시스템에 대한 것이다.
지구 상의 탄소 순환은 대기 중의 이산화탄소의 증가로 인해 그 균형이 깨지고 있다. 대기 중의 이산화탄소의 증가는, 공장, 발전소 또는 자동차 등으로부터 이산화탄소 배출량이 증가하는 것이 그 주요 원인이 되고 있다.
탄소 순환의 균형을 유지하기 위해, 대기 중 이산화탄소의 양을 줄이는 것이 필요하다. 대기 중 이산화탄소의 양을 줄이기 위해, 이산화탄소를 전기화학적으로 환원하고 그 결과물을 이용하고자 하는 연구가 꾸준히 진행되고 있다.
이산화탄소의 전기화학적 환원 효율을 향상시키기 위해, 이산화탄소를 효율적으로 포집하고, 포집된 이산화탄소를 효율적으로 이용하는 것이 필요하다.
본 발명의 일 실시예는, 이산화탄소를 효율적으로 전기 환원시킬 수 있는 이산화탄소 환원 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 일 실시예는, 이산화탄소를 효율적으로 포집할 수 있는 이산화탄소 포집장치를 포함하는 이산화탄소 환원 시스템을 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예는, 이산화탄소를 포집하는 이산화탄소 포집장치 및 상기 이산화탄소 포집장치와 연결된 전기화학 반응장치를 포함하며, 상기 이산화탄소 포집장치는, 이산화탄소 공급을 위한 이산화탄소 주입구, 물(H2O) 공급을 위한 물 주입구, 아민 공급을 위한 아민 주입구, 상기 이산화탄소가 상기 물 및 상기 아민에 용해되어 이루어진 이산화탄소 용액을 배출하기 위한 이산화탄소 용액 배출구, 및 상기 물 및 상기 아민에 용해되지 않은 이산화탄소를 배출하기 위한 이산화탄소 배출구를 포함하고, 상기 이산화탄소 용액은 상기 전기화학 반응장치로 공급되는, 이산화탄소 환원 시스템을 제공한다.
상기 아민은 트리에틸아민(triethylamine; TEA)을 포함할 수 있다.
상기 이산화탄소 용액은 중탄산이온(bicarbonate ion, HCO3 -)을 포함할 수 있다.
상기 이산화탄소 용액에서 상기 트리에틸아민은 1 내지 5몰(mole/L)의 농도를 가질 수 있다.
중력 방향을 기준으로, 상기 이산화탄소 주입구는 상기 물 주입구 및 상기 아민 주입구보다 하부에 배치된다.
상기 이산화탄소 포집장치는, 내부 공간을 갖는 몸체, 상기 몸체의 상기 내부 공간에 배치된 복수의 플레이트 및 상기 몸체의 상기 내부 공간에 배치된 충진 물질을 포함할 수 있다.
상기 복수의 플레이트는 지그재그 형태로 배치될 수 있다.
상기 이산화탄소 환원 시스템은, 상기 이산화탄소 포집장치와 상기 전기화학 반응장치 사이에 배치된 액-액 분리기를 더 포함할 수 있다.
상기 액-액 분리기는, 상기 이산화탄소 용액 배출구와 연결된 유입부 및 서로 다른 높이를 갖는 복수의 배출구를 포함할 수 있다.
상기 이산화탄소 환원 시스템은, 상기 이산화탄소 포집장치와 상기 전기화학 반응장치 사이에 배치된 펌프를 더 포함할 수 있다.
상기 이산화탄소 용액은 5 bar 이상의 압력으로 상기 전기화학 반응장치로 공급될 수 있다.
상기 이산화탄소 용액은 20 bar 이상의 압력으로 상기 전기화학 반응장치로 공급될 수 있다.
상기 전기화학 반응장치는, 상기 이산화탄소 용액과 접촉하는 환원 전극, 상기 환원 전극과 대향하는 산화 전극 및 상기 환원 전극과 상기 산화 전극 사이에 배치된 이온교화막을 포함하고, 상기 이온교환막은 양쪽성 이온교환막일 수 있다.
상기 전기화학 반응장치는, 상기 이산화탄소 용액이 상기 환원 전극과 접촉한 후 형성된 반응액을 배출하기 위한 반응액 배출구를 더 포함하며, 상기 반응액 배출구는 상기 이산화탄소 포집장치의 상기 아민 주입구와 연결될 수 있다.
상기 반응액은 상기 전기화학 반응장치에서 생산된 합성가스를 포함한다.
상기 반응액 배출구는 합성가스 배출구와 연결될 수 있다.
상기 이산화탄소 환원 시스템은, 상기 반응액 배출구와 상기 아민 주입구 사이에 배치된 압력 조절 밸브를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이산화탄소 포집장치에서 아민 수용액에 의해 포집된 이산화탄소가 용액 상태로 전기화학 반응장치로 투입된다. 그 결과, 이산화탄소를 아민 수용액으로부터 분리하는 분리공정을 거치지 않아 이산화탄소 분리 공정 비용이 절약되고, 이산화탄소 전환효율이 향상되고, 이산화탄소가 상대전극으로 넘어가는 크로스오버의 발생이 방지된다
본 발명의 일 실시예에 따르면, 아민 수용액에 이산화탄소가 포집된 상태, 보다 구체적으로, HCO3-을 포함한 아민 수용액이 전기화학 반응장치로 투입되어 순환하므로, 생성된 합성가스를 이산화탄소와 분리하는 추가공정이 필요하지 않다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전기화학 반응장치의 이온교환막으로 양쪽성 이온교환막(bipolar ion exchange membrane)이 사용되어, 이산화탄소의 환원 효율이 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이산화탄소 포집장치의 이산화탄소 용액 배출구와 전기화학 반응장치의 이산화탄소 용액 주입구 사이에 액-액 분리기가 배치된다. 비수성인 아민, 예를 들어, 트리에틸아민(TEA)과 물이 층분리 되더라도, 액-액 분리기를 이용하여 층분리된 트리에틸아민(TEA)과 물을 별도로 추출하여 다시 혼합함으로써 이산화탄소 용액이 안정적으로 전기화학 반응장치로 주입되도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 펌프를 이용하여 이산화탄소 용액이 가압된 상태에서 이산화탄소 용액이 전기화학 반응장치로 공급된다. 그 결과, 고압 상태에서 전기화학 반응이 이루질 수 있고, 전기화학 반응에 의해 생산된 합성가스는 고압의 조건을 가지기 때문에 추가적인 압력조절장치 없이 바로 열화학 반응기로 주입될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 환원 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집장치에 대한 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집장치에 대한 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액-액 분리기에 대한 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학 반응장치에 대한 개략적인 분해 사시도이다.
도 6은 전기화학 반응장치로 인가되는 이산화탄소 용액의 압력에 대한 일산화탄소의 페러데이 효율을 보여주는 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범위를 이해시키기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 범위는 청구항에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로, 본 발명이 도면에 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략된다.
본 명세서에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
이하, 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 환원 시스템(100)의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 환원 시스템(100)은 이산화탄소 포집장치(110) 및 이산화탄소 포집장치(110)와 연결된 전기화학 반응장치(120)를 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 환원 시스템(100)은 전기화학 반응장치(120)에 전기 에너지를 공급하기 위한 전원(130)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이산화탄소 포집장치(110)는, 이산화탄소 공급을 위한 이산화탄소 주입구(111), 물(H2O) 공급을 위한 물 주입구(112), 아민 공급을 위한 아민 주입구(113), 이산화탄소가 물 및 아민에 용해되어 이루어진 이산화탄소 용액을 배출하기 위한 이산화탄소 용액 배출구(114) 및 물 및 아민에 용해되지 않은 이산화탄소를 배출하기 위한 이산화탄소 배출구(155)를 포함할 수 있다.
이산화탄소 주입구(111)를 통하여 이산화탄소가 이산화탄소 포집장치(110)로 공급된다. 공장, 발전소 또는 자동차 등과 같은 다양한 분야에서 생성된 이산화탄소가 이산화탄소 주입구(111)를 통하여 이산화탄소 포집장치(110)로 공급될 수 있다. 이산화탄소 주입구(111)를 통하여, 공기의 성분들, 예를 들어, 질소(N2), 산소(O2) 등이 이산화탄소 포집장치(110)로 주입될 수도 있다.
물 주입구(112)를 통하여 물(H2O)이 이산화탄소 포집장치(110)로 공급된다.
아민 주입구(113)를 통하여 아민이 이산화탄소 포집장치(110)로 공급된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 아민으로 3차 아민(tertiary amine)이 사용될 수 있다. 3차 아민으로, 예를 들어, 트리에틸아민(triethylamine; TEA)이 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이산화탄소 포집장치(110) 내에서 이산화탄소가 물 및 아민에 용해되어 이산화탄소 용액이 형성된다. 구체적으로, 물과 아민의 혼합액에 이산화탄소가 용해될 수 있다. 보다 구체적으로, 물과 트리에틸아민(triethylamine; TEA)의 혼합액에 이산화탄소가 용해될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 물과 아민의 혼합액에 이산화탄소가 용해되어 이루어진 용액을 "이산화탄소 용액"이라고 한다. 이산화탄소 용액은 이산화탄소와 물(H2O)의 반응물 및 이산화탄소와 아민의 반응물을 포함할 수 있다.
이산화탄소 포집을 위한 용액으로, 물(H2O)과 트리에틸아민(TEA)의 혼합액이 사용되는 경우, 이산화탄소가 용액에 안정적으로 포집될 수 있으며, 이산화탄소는 용액에 용해된 상태로 전기화학 반응장치(120)로 공급될 수 있다.
트리에틸아민(TEA)은 하기 화학식 1 또는 2로 표현될 수 있다.
[화학식 1]
N(CH2CH3)3
[화학식 2]
Figure 112021103408889-pat00001
이산화탄소는 하기 반응식 1 또는 2와 같은 반응을 통해 물(H2O)과 트리에틸아민(TEA)의 혼합액에 용해될 수 있다.
[반응식 1]
CO2 + N(CH2CH3)3 + H2O → (CH2CH3)3NH+ + HCO3 -
[반응식 2]
CO2 + OH- ↔ HCO3 -
반응식 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 용액은 중탄산이온(bicarbonate ion, HCO3 -)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이산화탄소는 물(H2O)과 트리에틸아민(TEA)의 혼합액에 용해되어, 중탄산이온(HCO3 -) 형태가 되어, 이산화탄소 용액에 안정적으로 존재할 수 있다. 구체적으로, 이산화탄소는, 이산화탄소 용액에 용해된 중탄산이온(HCO3 -) 상태로 전기화학 반응장치(120)로 공급될 수 있다.
종래, 포집 수단에 의해 이산화탄소가 포집된 다음, 포집 수단으로부터 이산화탄소가 다시 분리된 후, 전기화학 반응장치(120)로 이산화탄소가 투입되는 것이 일반적이었다. 그 결과, 종래의 일반적인 방법에 따를 경우, 포집된 이산화탄소를 분리하는 공정이 필요하였다.
반면, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이산화탄소 포집장치(110)에서 포집된 이산화탄소는 별도의 분리공정을 거치지 않으며, 이산화탄소가 중탄산이온(HCO3 -) 상태로 용해되어 있는 이산화탄소 용액이 전기화학 반응장치(120)로 투입된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 종래와 비교하여 이산화탄소 분리 공정 비용이 절약되는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이산화탄소 용액에서 트리에틸아민(TEA)은 1 내지 5몰(mole/L)의 농도를 가질 수 있다. 이산화탄소 용액에서 트리에틸아민(TEA)의 농도가 1몰(mole/L) 미만인 경우, 이산화탄소 포집 효율이 저하될 수 있다. 반면, 이산화탄소 용액에서 트리에틸아민(TEA)의 농도가 5몰(mole/L)을 초과하는 경우, 과량의 트리에틸아민(TEA)으로 인해, 물과 트리에틸아민(TEA)의 층분리가 심해져, 전기화학 반응장치(120)에서 반응 효율이 저하될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 이산화탄소 용액에서 트리에틸아민(TEA)은 1.5 내지 3.5몰(mole/L)의 농도를 가질 수 있으며, 2.0 내지 3.0몰(mole/L)의 농도를 가질 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 중력 방향을 기준으로, 이산화탄소 주입구(111)는 물 주입구(112) 및 아민 주입구(113)보다 하부에 배치된다. 도 1 및 2를 기준으로, 이산화탄소 주입구(111)는 물 주입구(112) 및 아민 주입구(113)보다 하부에 배치된다고 할 수 있다.
이산화탄소 포집장치(110) 내에서, 물과 아민은 중력 방향을 따라 하부로 흐르고, 이산화탄소는 중력 방향을 거슬러 상부로 흐른다. 그 결과, 이산화탄소와 물 및 아민의 접촉 효율이 향상되어 이산화탄소 용액이 용이하게 제조될 수 있다. 이산화탄소는 이산화탄소 주입구(111)로 주입되는 압력에 의해 상부로 흐를 수 있다.
도 1을 참조하면, 이산화탄소가 물 및 아민에 용해되어 이루어진 이산화탄소 용액은 이산화탄소 용액 배출구(114)를 통하여 이산화탄소 포집장치(110)의 외부로 배출될 수 있다.
물 및 아민에 용해되지 않은 이산화탄소는 이산화탄소 배출구(155)를 통하여 이산화탄소 포집장치(110)의 외부로 배출될 수 있다. 물 및 아민에 용해되지 않은 이산화탄소를 "미용해 이산화탄소"라고도 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집장치(110)에 대한 개략적인 단면도이다.
도 2을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집장치(110)는, 내부 공간을 갖는 몸체(110a) 및 몸체(110a)의 내부 공간에 배치된 복수의 플레이트(116)를 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 복수의 플레이트(116)는 지그재그 형태로 배치될 수 있다.
도 2를 참조하면, 플레이트(116)가 배치되지 않은 공간(116s)를 통하여, 이산화탄소, 물 및 아민이 흐를 수 있다.
지그재그 형태로 배치된 복수의 플레이트(116)에 의하여, 이산화탄소, 물 및 아민의 흐름이 지연되어, 이산화탄소, 물 및 아민의 상호 접촉 시간이 연장될 수 있다. 그 결과, 이산화탄소 용액이 효율적으로 제조될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집장치(110)에 대한 개략적인 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집장치(110)는, 내부 공간을 갖는 몸체(110a) 및 몸체(110a)의 내부 공간에 배치된 충진 물질(117)을 포함할 수 있다. 또한, 도 3을 참조하면, 이산화탄소 포집장치(110)는 메시(118)를 포함할 수 있다. 메시(118)는 충진 물질(117)이 유실되는 것을 방지한다. 기체와 액채는 메시(118)를 통과할 수 있다. 따라서, 이산화탄소 및 이산화탄소 용액이 메시(118)를 통과하여 흐를 수 있다.
도 3을 참조하면, 몸체(110a)의 내부 공간에 배치된 충진 물질(117)에 의해 이산화탄소, 물 및 아민의 흐름이 지연되어, 이산화탄소, 물 및 아민의 상호 접촉 시간이 연장될 수 있다. 그 결과, 이산화탄소 용액이 효율적으로 제조될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 환원 시스템(100)은, 이산화탄소 포집장치(110)와 전기화학 반응장치(120) 사이에 배치된 액-액 분리기(140)를 더 포함할 수 있다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액-액 분리기(140)에 대한 개략도이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 액-액 분리기(140)는 이산화탄소 용액 배출구(114)와 연결된 유입부(141) 및 서로 다른 높이를 갖는 복수의 배출구(142, 143)를 포함한다. 도 4를 참조하면, 액-액 분리기(140)는 제1 배출구(142) 및 제2 배출구(143)를 포함하며, 제1 배출구(142)와 제2 배출구(143)는 서로 다른 높이에 배치된다. 구체적으로, 중력 방향을 기준으로 제2 배출구(143)가 제1 배출구(142)의 상부에 배치된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 액-액 분리기(140)는, 이산화탄소 포집장치(110)에서 제조된 이산화탄소 용액이 흐르는 과정에서 층분리가 발생될 때, 층분리된 용액들이 다시 혼합될 수 있도록 한다.
이산화탄소 포집장치(110)에서 제조된 이산화탄소 용액이 전기화학 반응장치(120)로 공급되는 과정에서, 이산화탄소 용액의 흐름이 정체되거나, 이산화탄소 용액이 소정의 시간 동안 흐르지 않고 보관되는 경우, 층분리가 발생될 수 있다.
구체적으로, 트리에틸아민(TEA)은 비수성(hydrophobic)이며 물(H2O)보다 밀도가 작기 때문에, 이산화탄소 용액의 흐름이 정체되는 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 이산화탄소 용액이 2개의 층으로 층분리될 수 있다. 도 4에서, 하부층(140a)은 수용액이고, 상부층(140b)은 트리에틸아민(TEA) 용액층이다.
이산화탄소 용액이 층분리된 상태에서, 예를 들어, 하부층(140a)이 수용액 부분만 전기화학 반응장치(120)로 공급되거나, 상부층(140b)인 트리에틸아민(TEA) 용액만 전기화학 반응장치(120)로 공급되는 경우, 전기화학 반응이 제대로 이루어질 수 없다.
이산화탄소 용액의 층분리에 의한 문제점을 방지하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 액-액 분리기(140)의 서로 다른 높이에 배치된 제1 배출구(142) 및 제2 배출구(143)에서 동시에 용액이 배출되고, 제1 배출구(142)와 제2 배출구(143)에서 배출된 용액들이 다시 합쳐진 후 전기화학 반응장치(120)로 공급되도록 할 수 있다. 그 결과, 이산화탄소 용액의 층분리에 의한 전기화학 반응 효율 저하가 방지될 수 있다.
도 4에는, 서로 다른 높이를 갖는 복수의 배출구로 제1 배출구(142) 및 제2 배출구(143)만이 도시되어 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 일 실시예에 따른 액-액 분리기(140)는 서로 다른 높이에 배치된 3개 이상의 배출구를 포함할 수 있고, 4개 이상 또는 5개 이상의 배출구를 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 이산화탄소 포집장치(110)에서 제조된 이산화탄소 용액은 전기화학 반응장치(120)로 공급된다. 전기화학 반응장치(120)는 이산화탄소 용액을 이용하여 합성가스를 생산한다. 합성가스 생산 효율을 향상시키기 위해, 이산화탄소 용액은 고압 상태로 전기화학 반응장치(120)로 공급될 수 있다. 이산화탄소 용액을 고압 상태로 만들기 위해 펌프(150)가 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 환원 시스템(100)은, 이산화탄소 포집장치(110)와 전기화학 반응장치(120) 사이에 배치된 펌프(140)를 더 포함할 수 있다. 펌프(140)는 전기화학 반응장치(120)로 공급되는 이산화탄소 용액의 압력을 증가시킬 수 있다. 펌프(140)에 의해 이산화탄소 용액은 고압 상태로 전기화학 반응장치(120)로 공급될 수 있고, 전기화학 반응장치(120)에서 전기화학 반응이 일어나는 동안 고압 상태가 유지될 수 있다.
또한, 전기화학 반응장치(120) 내에서 이산화탄소 용액이 고압 상태로 유지되도록 하기 위해, 밸브가 사용될 수 있다. 도 1을 참조하면, 전기화학 반응장치(120)와 이산화탄소 포집장치(110)의 아민 주입구(113) 사이에 압력 조절 밸브(161)가 배치될 수 있다. 또한, 전기화학 반응장치(120)에서 생산된 합성가스의 배출을 위한 합성가스 배출구(162)가 밸브 형태로 만들어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 펌프(140), 압력 조절 밸브(161) 및 합성가스 배출구(162)에 의하여 전기화학 반응장치(120) 내에서 이산화탄소 용액이 고압 상태로 유지될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전기화학 반응장치(120)는 이산화탄소 용액과 접촉하는 환원 전극(123), 환원 전극(123)과 대향하는 산화 전극(122) 및 환원 전극(123)과 산화 전극(122) 사이에 배치된 이온교화막(121)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이온교환막(121)으로 양쪽성 이온교환막이 사용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학 반응장치(120)는 이산화탄소 포집장치(110)의 이산화탄소 용액 배출구(114)와 연결된 이산화탄소 용액 주입구(120a)를 포함한다. 이산화탄소 용액은 이산화탄소 용액 주입구(120a)를 통하여 전기화학 반응장치(120)로 공급될 수 있다.
이산화탄소 용액은 전기화학 반응장치(120)에서 합성가스를 생산한다. 구체적으로, 전기화학 반응장치(120)로 공급된 이산화탄소 용액은 이온교환막(121) 및 환원 전극(123)과 접촉하여 합성가스를 생산한다. 합성가스는, 예를 들어, 일산화탄소(CO) 및 수소(H2)를 포함한다.
이산화탄소 용액이 전기화학 반응장치(120)에서 합성가스를 생산하는 과정에서 이산화탄소가 소모된다. 이산화탄소 용액이 전기화학 반응장치(120)의 환원 전극(123)과 접촉하여 합성가스를 생산하게 되면, 이산화탄소 용액의 조성이 변하게 될 것이다. 본 발명의 일 실시예에서는, 이산화탄소 용액이 전기화학 반응장치(120)의 환원 전극(123)과 접촉하여 합성가스를 생산한 후 형성된 용액을 "반응액"이라고 한다. 반응액은 합성가스를 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 전기화학 반응장치(120)는, 이산화탄소 용액이 환원 전극(123)과 접촉한 후 형성된 반응액을 배출하기 위한 반응액 배출구(120b)를 포함할 수 있다. 반응액 배출구(120b)는 이산화탄소 포집장치(110)의 아민 주입구(113)와 연결될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학 반응장치(120)에 대한 개략적인 분해 사시도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학 반응장치(120)는 이온교화막(121), 산화 전극(122), 환원 전극(123) 제1 유체 공급부(124) 및 제2 유체 공급부(125)를 포함한다.
또한, 도 5를 참조하면, 전기화학 반응장치(120)는 제1 하우징(126) 및 제2 하우징(127)을 포함할 수 있다. 제1 하우징(126) 및 제2 하우징(127)은 이온교화막(121), 산화 전극(122), 환원 전극(123) 제1 유체 공급부(124) 및 제2 유체 공급부(125)를 결착 및 보호하는 역할을 할 수 있다. 이산화탄소 용액 주입구(120a) 및 반응액 배출구(120b)는 제2 하우징(127)에 형성될 수 있다. 도 1에는 제1 하우징(126) 및 제2 하우징(127)이 생략되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 환원전극(123)에서 이산화탄소가 환원되어, 합성가스인 일산화탄소(CO)와 수소(H2)가 생성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 환원 전극(123)는 환원 촉매를 포함할 수 있다. 환원 촉매로 은(Ag) 촉매가 사용될 수 있다. 환원 촉매는 다공성 지지체에 지지될 수 있다. 다공성 지지체로, 탄소 페이퍼(carbon paper)와 같은 탄소계 지지체가 사용될 수 있다. 환원 전극(123)은, 예를 들어, 은(Ag)이 코팅된 친수성 탄소계 지지체 상에 나노 구조화된 은(Ag)과 탄소의 혼합 입자가 적층된 구조를 가질 수 있다.
그러나, 본 발명의 일 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 은(Ag) 이외의 다른 금속, 예를 들어, 니켈(Ni)이 촉매로 사용될 수도 있다.
환원 전극(123)은 제2 유체 공급부(125)와 접촉한다.
제2 유체 공급부(125)는 유입 홀(125a) 및 배출홀(125b)을 포함할 수 있다. 유입 홀(125a)은 이산화탄소 용액 주입구(120a)와 연결되고, 배출홀(125b)은 반응액 배출구(120b)와 연결된다. 제2 유체 공급부(125)는, 제2 하우징(127)의 용액 주입구(120a)와 연결된 유입 홀(125a)을 통해 공급되는 이산화탄소 용액이 환원 전극(123)과 용이하게 접촉하도록 하여, 이산화탄소 환원반응이 용이하게 일어날 수 있도록 한다. 제2 유체 공급부(125)는 환원 전극(123)와 마주하는 면에 배치된 유로를 포함한다.
이산화탄소 용액은 유입 홀(125a)을 통해 제2 유체 공급부(125)로 주입되며, 제2 유체 공급부(125)에 형성된 유로를 흐르면서 환원 전극(123)과 접촉한다.
제2 유체 공급부(125)는 환원 전극(123)의 집전체로 기능할 수도 있다. 예를 들어, 전원(130)의 한쪽 단자가 제2 유체 공급부(125)에 연결될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 환원 전극(123)이 제2 유체 공급부(125)이 전기적으로 접촉하고 있기 때문에, 제2 유체 공급부(125)를 통해, 환원 전극(123)으로 전자가 공급될 수 있다.
산화 전극(122)에서는 물이 분해되어 산소가 생성된다.
산화 전극(122)는 산화 촉매를 포함할 수 있다. 산화 촉매는 니켈을 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 산화 촉매로 당업계에 공지된 다양한 재료가 이용될 수 있다.
산화 전극(122)은 제1 유체 공급부(124)와 접촉한다.
제1 유체 공급부(124)는 유입 홀(미도시) 및 배출홀(미도시)을 포함할 수 있다. 제1 유체 공급부(124)의 유입 홀은 수용액 주입구(120c)와 연결되고, 배출홀은 수용액 배출구(120d)와 연결된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 수용액 주입구(120a) 및 수용액 배출구(120b)는 제1 하우징(126)에 형성될 수 있다. 수용액 주입구(120a)로 주입된 수용액이 제1 유체 공급부(124)로 공급된다. 수용액은, 예를 들어, 전해질이다.
제1 유체 공급부(124)는, 제1 하우징(126)의 수용액 주입구(120c)와 연결된 유입 홀을 통해 공급되는 수용액이 산화 전극(122)과 용이하게 접촉하도록 하여, 물 분해 반응이 용이하게 일어날 수 있도록 한다. 제1 유체 공급부(124)는 산화 전극(122)와 마주하는 면에 배치된 유로를 포함한다. 제1 유체 공급부(124)는 제1 하우징(126)를 통해 공급되는 수용액이 산화 전극(122)과 용이하게 접촉하여 산화반응이 용이하게 일어날 수 있도록 한다.
제1 유체 공급부(124)는 산화 전극(122)의 집전체로 기능할 수도 있다. 예를 들어, 전원(130)의 한쪽 단자가 제1 유체 공급부(124)에 연결될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 산화 전극(122)이 제1 유체 공급부(124)이 전기적으로 접촉하고 있기 때문에, 제1 유체 공급부(124)를 통해, 산화 전극(122)으로 전하가 공급될 수 있다. 보다 구체적으로, 물 분해 과정에서 발생된 전자는 제1 유체 공급부(124)를 통하여 전원(130)으로 전달될 수 있다.
제1 유체 공급부(124)의 배출 홀 및 배출 홀과 연결된 수용액 배출구(120d)를 통하여, 수용액 및 산화 전극(122)에서 생성된 산소(O2)가 전기화학 반응장치(120)의 외부로 배출될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 산소는 수용액과 함께 전기화학 반응장치(120)의 외부로 배출된다. 수용액과 함께 배출된 산소는 수용액과 분리되어 별도로 포집될 수 있다.
이온교환막(121)은 환원 전극(123)과 산화 전극(122) 사이에 배치된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이온교환막(121)으로 양쪽성(bipolar) 이온교환막이 사용될 수 있다.
이온교환막(121)으로 음이온 교환막이 사용되는 경우, 이산화탄소 용액에 포함된 중탄산이온(HCO3 -)이 산화 전극(122) 쪽으로 이동할 수 있다. 그 결과, 환원 전극(123) 쪽에서 이루어지는 합성가스 생성 반응의 효율이 저하될 수 있다.
이온교환막(121)으로 양이온 교환막이 사용되는 경우, 이산화탄소 용액에 포함된 (CH2CH3)3NH+ 이온이 산화 전극(122) 쪽으로 이동할 수 있다. 또한, 양이온 교환막이 사용되는 경우, 수용액의 전해질 양이온이 환원 전극(123) 쪽으로 이동할 수 있다. 예를 들어, 산화 전극(122)으로 공급되는 수용액에 수산화칼륨(KOH)이 용해되어 있는 경우, 수산화칼륨에서 유래된 칼륨 이온(K+)가 양이온 교환막을 통과하여 환원 전극(123) 쪽으로 이동할 수 있다. 그 결과, 환원 전극(123) 쪽에서 이루어지는 합성가스 생성 반응의 효율이 저하될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이온교환막(121)으로 양쪽성(bipolar) 이온교환막이 사용됨으로써, 환원 전극(123) 쪽으로 수소 이온(H+)가 공급될 수 있고, 산화 전극(122) 쪽으로 수산화이온(OH-)가 공급될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 환원 전극(123)에서는, 아래 반응식 3 및 4에 의하여 일산화탄소가 생성될 수 있고, 반응식 5에 의하여 수소가 생성될 수 있다.
[반응식 3]
HCO3 - + H+ → CO2 + H2O
[반응식 4]
CO2 + H2O + 2e- → CO + 2OH-
[반응식 5]
2H+ + 2e- → H2
본 발명의 일 실시예에 따르면, 산화 전극(122)에서는, 아래 반응식 6에 의하여 산소가 생성될 수 있다.
[반응식 6]
2OH- → 2e- + 1/2 O2 + H2O
이와 같이, 이산화탄소 용액이 전기화학 반응장치(120)에서 합성가스를 생산하는 과정에서 이산화탄소가 소모될 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이산화탄소 용액이 환원 전극(123)과 접촉하여 반응한 결과 이산화탄소가 소모되고, 이산화탄소 용액은 반응액이 된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 반응액은 제2 유체 공급부(125)의 배출홀(125b) 및 반응액 배출구(120b)를 통해 전기화학 반응장치(120)의 외부로 배출된다.
반응액은 전기화학 반응장치(120)에서 생산된 합성가스를 포함한다. 구체적으로, 반응액은 물, 아민 및 합성가스를 포함할 수 있다. 반응액은 미반응 중탄산이온(HCO3 -)을 포함할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 환원 시스템(100)은, 용액-기체 분리 수단(160)을 포함할 수 있다. 용액-기체 분리 수단(160)은 전기화학 반응장치(120)의 반응액 배출구(120b)와 연결될 수 있다. 반응액 배출구(120b)를 통하여 배출된 반응액은 일시적으로 용액-기체 분리 수단(160)에 보관될 수 있다.
용액-기체 분리 수단(160)에서 용액과 기체의 상분리가 이루어질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 반응액 배출구(120b)를 통하여 배출된 반응액은 용액-기체 분리 수단(160)에서 상분리될 수 있으며, 그 결과, 합성가스가 분리될 수 있다.
보다 구체적으로, 용액-기체 분리 수단(160)에서 반응액은 합성가스와 아민 용액으로 분리될 수 있다. 본 발명의 일 실시예 따르면, 반응액에서 합성가스가 분리된 후 남은 용액을 아민 용액이라고 한다. 아민 용액은 물과 아민을 포함한다.
도 1을 참조하면, 반응액 배출구(120b)는 이산화탄소 포집장치(110)의 아민 주입구(113)와 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 반응액 배출구(120b)는 용액-기체 분리 수단(160)을 통하여 이산화탄소 포집장치(110)의 아민 주입구(113)와 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 반응액 배출구(120b)는 합성가스 배출구(162)와 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 반응액 배출구(120b)는 용액-기체 분리 수단(160)을 통하여 합성가스 배출구(162)와 연결될 수 있다.
용액-기체 분리 수단(160)에서 반응액으로부터 분리된 합성가스는 합성가스 배출구(162)를 통해 배출될 수 있다. 그 결과, 전기화학 반응장치(120)에서 생산된 합성가스가 합성가스 배출구(162)를 통해 배출될 수 있다. 합성가스 배출구(162)는 밸브 형태로 만들어질 수 있다. 밸브 형태의 합성가스 배출구(162)는 전기화학 반응장치(120)에 주입된 이산화탄소 용액의 압력 조절에 사용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 합성가스 배출구(162)는 합성가스를 이용하는 반응기(260)와 연결될 수 있다. 합성가스 배출구(162)는, 예를 들어, 수소 운반체 제조장치와 연결될 수 있다. 수소 운반체 제조장치는 전기화학 반응장치(120)에서 생산된 합성가스인 일산화탄소(CO)와 수소(H2)를 이용하여, 수소운반체인 메탄올을 생성할 수 있다.
반응기(260)는 압력 밸브(261)와 연결될 수 있다. 압력 밸브(261)에 반응기(260)의 압력이 조절될 수 있다. 또한, 압력 밸브(261)에 의하여 전기화학 반응장치(120)에 주입된 이산화탄소 용액의 압력이 조절될 수도 있다.
도 1을 참조하면, 이산화탄소 환원 시스템(100)은, 반응액 배출구(120b)와 이산화탄소 포집장치(110)의 아민 주입구(113) 사이에 배치된 압력 조절 밸브(161)를 포함할 수 있다. 압력 조절 밸브(161)는 전기화학 반응장치(120)에 주입된 이산화탄소 용액의 압력 조절에 사용될 수 있다. 구체적으로, 펌프(150), 압력 조절 밸브(161), 합성가스 배출구(162) 및 압력 밸브(261)에 의하여 전기화학 반응장치(120)에 주입된 이산화탄소 용액의 압력이 조절될 수 있다.
반응액에 포함된 합성가스가 용액-기체 분리 수단(160)에서 상분리된 후 합성가스 배출구(162)로 배출되면, 반응액에서 합성가스의 전부 또는 대부분이 제거되어, 물과 아민을 포함하는 아민 용액이 남게되고, 아민 용액은 압력 조절 밸브(161)를 통과한다.
압력 조절 밸브(161)를 통과한 아민 용액은 이산화탄소 포집장치(110)의 아민 주입구(113)를 통하여, 다시 이산화탄소 포집장치(110)로 주입될 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 아민 용액이 재순환될 수 있다. 구체적으로, 아민은, 이산화탄소 용액, 반응액 및 아민 용액에 포함된 상태로, 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 환원 시스템(100)에서 순환되어 재사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 별도의 장치(미도시)를 통하여 아민(216)이 추가 공급될 수 있다. 아민(216)은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 환원 시스템(100)의 작동 초기에 공급될 수 있고, 또한 아민이 손실된 경우 추가 공급될 수 있다. 이 경우, 이산화탄소 포집장치(110)의 아민 주입구(113)로 공급되는 아민 용액(213)은 순환되어 재사용되는 아민 및 별도의 장치를 통하여 공급되는 아민(216)을 포함할 수 있다.
도 6은 전기화학 반응장치로 인가되는 이산화탄소 용액의 압력에 대한 일산화탄소의 페러데이 효율을 보여주는 그래프이다.
도 6에, 22℃에서 측정된 페러데이 효율과 60℃에서 측정된 페러데이 효율이 도시되어 있다. 도 6을 참조하면, 전기화학 반응장치로 인가되는 이산화탄소 용액의 압력이 증가할수록, 일산화탄소의 페러데이 효율이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전기화학 반응장치로 인가되는 이산화탄소 용액의 압력이 증가할수록, 일산화탄소의 생산 효율이 향상된다고 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이산화탄소 용액은 5 bar 이상의 압력으로 전기화학 반응장치(120)로 공급될 수 있다. 이 경우, 이산화탄소 용액은 전기화학 반응장치(120) 내에서 5 bar 이상의 압력을 유지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이산화탄소 용액은 20 bar 이상의 압력으로 전기화학 반응장치(120)로 공급될 수 있다. 이 경우, 이산화탄소 용액은 전기화학 반응장치(120) 내에서 20 bar 이상의 압력을 유지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 전기화학 반응장치(120) 내에서 이산화탄소 용액의 압력이 5 bar 이상 또는 20 bar 이상으로 유지되는 경우, 합성가스 생산 효율이 향상될 수 있다. 보다 구체적으로, 전기화학 반응장치(120) 내에서 이산화탄소 용액의 압력이 5 bar 이상 또는 20 bar 이상으로 유지되는 경우, 합성가스인 일산화탄소(CO)의 생산 효율이 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전기화학 반응장치(120) 내에서 이산화탄소 용액의 압력은 5 bar 내지 50bar의 범위가 될 수 있다. 전기화학 반응장치(120) 내에서 이산화탄소 용액의 압력이 5 bar 미만인 경우, 일산화탄소(CO)의 생산 효율이 저하될 수 있다. 반면, 전기화학 반응장치(120) 내에서 이산화탄소 용액의 압력이 50bar를 초과하더라도 일산화탄소(CO)의 생산 효율이 추가적으로 더 향상되지 않기 때문에, 전기화학 반응장치(120) 내에서 이산화탄소 용액의 압력이 50bar를 초과하도록 할 실익이 없다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전기화학 반응장치(120) 내에서 이산화탄소 용액의 압력은 10 bar 내지 40bar의 범위가 될 수 있고, 20 bar 내지 30bar의 범위가 될 수도 있고, 25 bar 내지 30bar의 범위가 될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이산화탄소가 용해되어 있는 용액 상태의 이산화탄소 용액을 이용하여 전기화학 반응이 진행되기 때문에, 저순도의 이산화탄소를 이용하더라도 이산화탄소의 전환효율이 향상되는 장점이 있다.
반면, 종래의 경우, 분리공정을 거쳐 분리된 고순도의 이산화탄소가 사용됨에도 불구하고 전기화학 반응장치(120)에서 생성되는 합성가스의 생성율이 저조하여 이산화탄소 전환효율이 저조하였다.
또한, 종래의 경우, 분리된 이산화탄소가 상대전극으로 넘어가는 크로스오버가 발생하여 시스템이 불안정한 문제가 발생하지만, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이산화탄소가 용액에 포집된 상태로 전기화학 반응장치(120)로 투입되기 때문에, 이산화탄소가 상대전극으로 넘어가는 크로스오버가 발생하지 않는다.
또한, 종래의 경우, 전기화학 반응장치(120)에서 생성된 합성가스를 이산화탄소와 분리하는 추가공정이 필요하지만, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이산화탄소가 용액에 포집된 상태로 순환하기 때문에, 합성가스를 이산화탄소와 분리하는 추가공정이 필요하지 않다.
100: 이산화탄소 환원 시스템
110: 이산화탄소 포집장치 110a: 몸체
111: 이산화탄소 주입구; 112: 물(H2O) 주입구;
113: 아민 주입구; 114: 이산화탄소 용액 배출구
115: 이산화탄소 배출구 116: 플레이트
117: 충진 물질 118: 메시
120: 전기화학 반응장치 120a: 이산화탄소 용액 주입구
120b: 반응액 배출구 120c: 수용액 주입구
120d: 수용액 배출구 121: 이온교화막
122: 산화 전극 123: 환원 전극
124: 제1 유체 공급부 125: 제2 유체 공급부
126: 제1 하우징 127: 제2 하우징
130: 전원 140: 액-액 분리기
141: 유입부 142: 제1 배출구
143: 제2 배출구 150: 펌프
160: 용액-기체 분리 수단 161: 압력 조절 밸브
162: 합성가스 배출구

Claims (17)

  1. 이산화탄소를 포집하는 이산화탄소 포집장치;
    상기 이산화탄소 포집장치와 연결된 전기화학 반응장치;및
    상기 이산화탄소 포집장치와 상기 전기화학 반응장치 사이에 배치된 액-액 분리기;를 포함하며,
    상기 이산화탄소 포집장치는,
    이산화탄소 공급을 위한 이산화탄소 주입구;
    물(H2O) 공급을 위한 물 주입구;
    아민 공급을 위한 아민 주입구;
    상기 이산화탄소가 상기 물 및 상기 아민에 용해되어 이루어진 이산화탄소 용액을 배출하기 위한 이산화탄소 용액 배출구; 및
    상기 물 및 상기 아민에 용해되지 않은 이산화탄소를 배출하기 위한 이산화탄소 배출구;를 포함하고,
    상기 이산화탄소 용액은 상기 전기화학 반응장치로 공급되고,
    상기 액-액 분리기는,
    상기 이산화탄소 용액 배출구와 연결된 유입부; 및
    서로 다른 높이에 배치된 제1 배출구 및 제2 배출구;를 포함하고,
    상기 제1 배출구 및 상기 제2 배출구에서 배출된 이산화탄소 용액들이 다시 합쳐진 후 상기 전기화학 반응장치로 공급되도록 구성된, 이산화탄소 환원 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 아민은 트리에틸아민(triethylamine; TEA)을 포함하는, 이산화탄소 환원 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이산화탄소 용액은 중탄산이온(bicarbonate ion, HCO3 -)을 포함하는, 이산화탄소 환원 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 이산화탄소 용액에서 상기 트리에틸아민은 1 내지 5몰(mole/L)의 농도를 갖는, 이산화탄소 환원 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    중력 방향을 기준으로, 상기 이산화탄소 주입구는 상기 물 주입구 및 상기 아민 주입구보다 하부에 배치되는, 이산화탄소 환원 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 이산화탄소 포집장치는,
    내부 공간을 갖는 몸체; 및
    상기 몸체의 상기 내부 공간에 배치된 복수의 플레이트;를 포함하는, 이산화탄소 환원 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 이산화탄소 포집장치는,
    내부 공간을 갖는 몸체; 및
    상기 몸체의 상기 내부 공간에 배치된 충진 물질;을 포함하는, 이산화탄소 환원 시스템.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 이산화탄소 포집장치와 상기 전기화학 반응장치 사이에 배치된 펌프를 더 포함하는, 이산화탄소 환원 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 이산화탄소 용액은 5 bar 이상의 압력으로 상기 전기화학 반응장치로 공급되는, 이산화탄소 환원 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 이산화탄소 용액은 20 bar 이상의 압력으로 상기 전기화학 반응장치로 공급되는, 이산화탄소 환원 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 전기화학 반응장치는,
    상기 이산화탄소 용액과 접촉하는 환원 전극;
    상기 환원 전극과 대향하는 산화 전극; 및
    상기 환원 전극과 상기 산화 전극 사이에 배치된 이온교환막;을 포함하고,
    상기 이온교환막은 양쪽성 이온교환막인, 이산화탄소 환원 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전기화학 반응장치는, 상기 이산화탄소 용액이 상기 환원 전극과 접촉한 후 형성된 반응액을 배출하기 위한 반응액 배출구를 더 포함하며,
    상기 반응액 배출구는 상기 이산화탄소 포집장치의 상기 아민 주입구와 연결된, 이산화탄소 환원 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 반응액은 상기 전기화학 반응장치에서 생산된 합성가스를 포함하는, 이산화탄소 환원 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 반응액 배출구는 합성가스 배출구와 연결된, 이산화탄소 환원 시스템.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 반응액 배출구와 상기 아민 주입구 사이에 배치된 압력 조절 밸브를 더 포함하는, 이산화탄소 환원 시스템.
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