KR102432476B1 - 인공숲 조성 시스템 - Google Patents

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(주)로우카본
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Abstract

본 발명은 인공숲 조성 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따르는 인공숲 조성 시스템은, 공기를 흡입하는 흡입관; 상기 흡입관으로부터 흡입된 공기가 순환하는 통로를 형성하는 순환배관; 상기 순환배관으로부터 분기되어 챔버 내에 미세 기포 형태의 공기를 분산시켜 공급하는 다수개의 산기장치; 상기 다수개의 산기장치로부터 공급된 미세 기포 형태의 공기와 기저장된 염기성 알칼리 혼합액을 반응시켜 상기 공기 중의 이산화탄소를 포집하는 챔버; 상기 챔버에서 포집된 이산화탄소를 포함하는 반응물을 수집하고, 상기 반응물에서 이산화탄소 반응물과 폐용액을 분리하는 분리기; 상기 분리된 이산화탄소 반응물을 자원화하기 위해 저장하는 탄소자원 저장소; 및, 상기 챔버에서 포집된 이산화탄소가 제거된 잔여 공기를 배출하는 배출관;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 공기 중의 이산화탄소를 제거하는 동시에 다른 유용한 물질로 자원화할 수 있으며, 인공적으로 정화된 깨끗한 공기를 계속적으로 공급할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 지역 관할 지자체 및 관리자가 이산화탄소 포집 전/후의 이산화탄소 농도 변화를 쉽게 확인할 수 있어 상기 인공숲 조성 시스템이 설치된 지역의 지역 관할 지자체 및 관리자로 하여금 지구온난화 현상에 대해 적절하게 대처하도록 할 수 있다.

Description

인공숲 조성 시스템{Artificial forest manufacturing system}
본 발명은 인공숲 조성 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 염기성 알칼리 혼합액을 이용하여 공기 중의 이산화탄소를 포집 및 탄소자원으로 변환함으로써 공기 중의 이산화탄소를 제거하는 동시에 다른 유용한 물질로 자원화할 수 있으며, 아울러 인공적으로 정화된 깨끗한 공기를 계속적으로 공급할 수 있도록 하는 인공숲 조성 시스템에 관한 것이다.
최근, 전세계적으로 폭염과 대홍수, 대형 산불까지 기후변화로 인한 각종 자연재해가 급증하고 있다. 이렇게 자연재해가 급증한 데는 대기 중 이산화탄소 급증이 가장 큰 원인으로 꼽힌다.
2020년 전세계 대기 중 이산화탄소 농도가 또다시 사상 최고치를 기록한 가운데 각국의 탄소 배출 감축 계획이 기대에 못 미쳐, 2030년에는 탄소 배출량이 2010년보다 16%가량 늘어날 것이라는 예측이 나왔다. 이런 추세라면 지구 기온 상승을 산업화 이전보다 1.5도(℃) 높은 수준에서 억제한다는 국제 목표치 달성이 어려워져 지구 기온이 2100년에는 2.7도(℃) 상승할 것으로 분석됐다.
또한, 세계기상기구(WMO)에 따르면, 2020년 전세계 대기 중 이산화탄소 평균 농도가 2019년보다 2.5ppm 높아진 413.2ppm으로 사상 최고치를 갱신했다고 밝혔다. 지난해 이산화탄소 농도 증가치는 지난 10년 평균(2.4ppm)을 넘어서는 빠른 증가세를 보였다. 이런 이산화탄소 농도는 산업화 이전(1750년)의 149% 수준이다.
이렇게 대기 중의 이산화탄소가 지속적으로 증가하는 이유를 전문가들은 이산화탄소가 한번 배출되면 최대 200년까지 대기 중에 머무는 이산화탄소의 특성 때문이라고 지적한다. 이러한 특성 때문에 전세계가 이산화탄소로 인한 자연재해와 맞서려면 더 빠르게 탄소배출량을 줄여야 한다는 필요성이 대두되고 있다.
뿐만 아니라, 세계기상기구는 또 그동안 탄소를 흡수하던 아마존 지역이 브라질 정부가 진행해 온 개발 여파로 탄소 배출원으로 바뀌는 등 육지 생태계의 탄소 흡수 능력이 줄고 있다고 우려했다.
상술한 바와 같이, 전세계적으로 이산화탄소가 급증하고 있고, 이산화탄소 저감의 필요성이 인식되고 있는 가운데, 육지 생태계의 탄소 흡수 능력만으로는 탄소 저감 기능을 제대로 수행하는 데 한계가 있다.
한편, 최근까지 공기 중 먼지 및 분진 등의 이물질을 정화하도록 하는 기술의 개발은 활발히 이뤄지고 있으나, 공기 중 이산화탄소를 지속적으로 포집하고, 이산화탄소 포집에 따라 발생된 이산화탄소 포집물을 활용할 수 있는 기술개발은 잘 이뤄지고 있지 않아 이에 대한 기술 개발이 요구되고 있는 실정이다.
한국등록특허 제10-0623665호 (2006.09.06. 등록) 한국등록특허 제10-1471616호 (2014.12.04. 등록)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명은 공기 중의 이산화탄소를 지속적으로 저감시켜 주변의 공기질을 깨끗하게 쾌적하게 변환 조성하는 인공숲 조성 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 염기성 알칼리 혼합액을 이용한 공기 중 이산화탄소를 포집 및 탄소자원으로 변환함으로써, 이산화탄소를 제거하는 동시에 다른 유용한 물질로 자원화할 수 있는 인공숲 조성 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 공기 중에 존재하는 이산화탄소 포집 전후에 대한 농도를 측정하여 저감된 이산화탄소의 농도를 표시부를 통해 표시하거나, 또는 공기 중의 이산화탄소 농도 변화를 지자체 및 관리자에게 제공하여 지역 관할 지자체 및 관리자가 이를 적절히 이용하거나, 또는 이산화탄소 농도 변화에 따라 적절하게 대처하도록 할 수 있는 인공숲 조성 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적인 종래 기술에서 널리 사용되는 이산화탄소 흡수제인 알칸올아민 수용액의 여러 가지 단점을 해소하는 염기성 알칼리 혼합액을 사용하여 이산화탄소를 포집함으로써, 기존 기술 대비 경제성을 확보할 수 있는 인공숲 조성 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 인공숲 조성 시스템은, 공기를 흡입하는 흡입관; 상기 흡입관으로부터 흡입된 공기가 순환하는 통로를 형성하는 순환배관; 상기 순환배관으로부터 분기되어 챔버 내에 미세 기포 형태의 공기를 분산시켜 공급하는 다수개의 산기장치; 상기 다수개의 산기장치로부터 공급된 미세 기포 형태의 공기와 기저장된 염기성 알칼리 혼합액을 반응시켜 상기 공기 중의 이산화탄소를 포집하는 챔버; 상기 챔버에서 포집된 이산화탄소를 포함하는 반응물을 수집하고, 상기 반응물에서 이산화탄소 반응물과 폐용액을 분리하는 분리기; 상기 분리된 이산화탄소 반응물을 자원화하기 위해 저장하는 탄소자원 저장소; 및, 상기 챔버에서 포집된 이산화탄소가 제거된 잔여 공기를 배출하는 배출관;를 포함한다.
또한, 상기 흡입관은 일측이 상기 순환배관에 결합되며, 중간에 형성된 흡입펌프를 통해서 공기를 흡입하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 순환배관은 상기 챔버의 외측 둘레를 감싸게 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 다수개의 산기장치의 중간부는 상기 챔버에 관통 연결되며, 상기 다수개의 산기장치의 양끝단은 상기 순환배관의 내부와 연통되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 산기장치는 상기 염기성 알칼리 혼합액에 공기를 분산시키는 장치로서 산기관과 산기판을 구비하고, 상기 산기판은 표면에 다수의 산기공이 형성된 신축 재질의 멤브레인 디스크를 장착하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 챔버의 외측에는 상기 염기성 알칼리 혼합액이 유입되는 유입부가 형성되며, 상기 형성된 유입부와 연결된 노즐을 통해 믹서에 의해 혼합된 상기 염기성 알칼리 혼합액을 상기 챔버로 유입시켜 저장시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 믹서는 염기성 알칼리 용액 저장조에서 공급된 염기성 알칼리 용액과 급수원에서 공급된 물이 혼합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 염기성 알칼리 용액과 물은 1:1 내지 1:5의 비율로 혼합하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 염기성 알칼리 혼합액의 평균 pH는 pH12 내지 pH13.5인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 염기성 알칼리 혼합액은, SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, MgO, MnO, CaO, Na2O, K2O 및 P2O3로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 산화물; Li, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Sr, Cd 및 Pb로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속; 및, 사붕산나트륨(Na2B4O7·10H2O), 수산화나트륨(NaOH), 규산나트륨(Na2SiO3), 수산화칼륨(KOH) 및 과산화수소(H2O2)로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상의 액상 조성물;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 챔버 내의 염기성 알칼리 혼합액의 수위가 90% 미만으로 낮아지면 상기 믹서에서 밸브를 통해 조절되어 염기성 알칼리 혼합액이 투입되고 상기 염기성 알칼리 혼합액의 수위가 100%가 될 경우 투입이 중단되고, 그와 동시에 염기성 알칼리 혼합액의 pH가 12 내지 13.5가 될 때까지 염기성 알칼리 용액과 물을 혼합하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이산화탄소 반응물은 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 인공숲 조성 시스템은, 이산화탄소 포집 날짜, 시간, 측정 간격, 이산화탄소 농도값을 측정하는 측정 시작 시간, 상기 이산화탄소 농도값의 측정을 종료하는 측정 종료 시간, 측정 기간, 및 대기 압력을 입력하는 입력부; 상기 측정 간격으로 상기 흡입관을 통해 흡입된 공기 중의 이산화탄소 농도값, 및 이산화탄소 포집 후의 이산화탄소 농도값을 측정하여 제어부로 전송하는 센서부; 상기 챔버 내의 염기성 알칼리 혼합액의 수위 및 pH를 모니터링하는 모니터링부; 상기 모니터링부에 의해 염기성 알칼리 혼합액의 공급량을 조절하고, 상기 센서부로부터 측정된 센서값을 판단하여 각부의 동작을 제어하는 제어부; 상기 센서부에 의해 상기 측정 간격으로 측정된 공기 중의 이산화탄소 농도값, 이산화탄소 포집 후의 이산화탄소 농도값, 및 이산화탄소 포집 전후의 농도 변화량을 저장하는 저장부; 상기 저장부에 저장된 공기 중의 이산화탄소 농도값, 이산화탄소 포집 후의 이산화탄소 농도값, 및 이산화탄소 포집 전후의 농도 변화량을 실시간 또는 일정 주기로 사용자가 원하는 서버 또는 단말로 원격 전송하는 통신부; 및 상기 센서부에 의해 상기 측정 간격으로 측정된 공기 중의 이산화탄소 농도값, 이산화탄소 포집 후의 이산화탄소 농도값, 및 이산화탄소 포집 전후의 농도 변화량을 디스플레이하는 표시부;를 추가 포함한다.
개시된 기술의 실시 예들은 다음의 장점들을 포함하는 효과를 가질 수 있다. 다만, 개시된 기술의 실시 예들이 이를 전부 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 공기 중의 이산화탄소를 나무와 같이 포집함으로써 이산화탄소를 저감시킬 수 있어 본 발명의 시스템이 구축된 지역의 주변 공기질을 개선 시키는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 포집된 이산화탄소를 이용하여 유용한 자원인 탄산나트륨 또는 탄산수소나트륨을 제조할 수 있다. 이는 다양한 산업 분야에서 활용할 수 있어 수익 창출까지 가능하므로 기존 기술 대비 경제성을 확보할 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 미세 기포 형태의 공기를 분산시키는 폭기조 형태의 산기장치를 구비하고, 이산화탄소 포집 촉매 역할을 하는 염기성 알칼리 혼합액과 반응시킴으로써 공기 중의 이산화탄소 포집 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 종래 기술에서 널리 사용되는 이산화탄소 흡수제인 알칸올아민 수용액의 단점을 해소하면서, 동시에 주변 공기를 깨끗하고 쾌적하게 조성하므로 운용비용이 저렴한 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 지자체 및 관리자는 공기 중의 이산화탄소 포집에 따른 공기 중 이산화탄소 농도 변화에 따라 적절하게 대처하도록 조치를 취할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공숲 조성 시스템을 개략적으로 도시한 정면단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공숲 조성 시스템을 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공숲 조성 시스템을 도시한 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공숲 조성 시스템을 구체적으로 설명하기 위한 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 다수의 산기장치가 배치된 상태를 나타내는 내부 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 산기장치가 설치된 부분의 확대 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 산기장치의 산기판을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 염기성 알칼리 혼합액이 유입되는 유입부를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 반응물을 수집하는 분리기를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공숲 조성 시스템을 관리하기 위한 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공숲 조성 시스템을 통해 제공 가능한 데이터 항목을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 염기성 알칼리 혼합액의 이산화탄소 포집 전후 결과를 예시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 인공숲 조성 시스템을 개략적으로 도시한 정면단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공숲 조성 시스템을 도시한 평면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공숲 조성 시스템을 도시한 측면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공숲 조성 시스템을 구체적으로 설명하기 위한 측면도이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 염기성 알칼리 혼합액이 유입되는 유입부를 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 반응물을 수집하는 분리기를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공숲 조성 시스템은 흡입관(1), 순환배관(2), 산기장치(3), 챔버(4), 분리기(5), 배출관(6), 및 탄소자원 저장소(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 흡입관(1)은 복수 개 이상이 구비되어, 상기 챔버(4) 외부의 주변 공기를 흡입하고, 흡입된 공기를 순환배관(2)으로 공급하는 역할을 한다. 이를 위해, 도 4에 도시된 바와 같이 흡입관(1)의 중간 또는 말단에는 흡입펌프(11)가 형성되어 외부 공기를 강제적으로 흡입할 수 있다.
상기 순환배관(2)은 도 2에 도시된 바와 같이 상기 챔버(4)의 외측 둘레를 감싸게 형성되며, 상기 흡입관(1)으로부터 흡입된 공기가 통과되어 상기 공기가 순환하는 통로를 형성한다. 또한, 순환배관(2)의 내부는 산기장치(3)의 양끝단과 연결되어 있다.
상기 산기장치(3)는 공기를 분산시키는 장치로서 산기관과 산기판으로 구성되며, 다수개의 산기장치(3)는 상기 순환배관(2)으로부터 분기되어 상기 챔버(4) 내에 미세 기포 형태의 공기를 분산시켜 공급하는 역할을 한다. 구체적으로, 이를 위해 상기 산기장치(3)의 중간부는 도 5에 도시된 바처럼 상기 챔버(4) 내부에 관통 연결되며, 상기 산기장치(3)의 양끝단은 상기 순환배관(2)의 내부와 연통될 수 있다. 이러한 산기장치(3)에 대해서는 후술하는 도 5 내지 도 7에서 상세히 설명하고자 한다.
상기 챔버(4)는 내부에 염기성 알칼리 혼합액이 저장된다. 구체적으로, 염기성 알칼리 혼합액은 공기 중에 포함된 이산화탄소를 포집하는 촉매이다. 구체적으로, 챔버(4)의 외측에는 상기 염기성 알칼리 혼합액이 유입되는 유입부(14)가 형성되며, 상기 형성된 유입부(14)와 연결된 노즐을 통해 믹서(미도시)에 의해 혼합된 상기 염기성 알칼리 혼합액을 상기 챔버(4)로 유입시켜 저장시킬 수 있다.
또한, 상기 챔버(4)는 내부에 레벨 인디케이터(level indicator)를 포함하여 흡수탑(110) 내의 용액의 수위를 감지할 수 있다.
상기 믹서는 염기성 알칼리 용액이 저장된 저장조에서 공급된 염기성 알칼리 용액과 급수원에서 공급된 물을 혼합하여, 도 8에 도시된 바와 같이 상기 챔버(4)의 유입구(14)와 연결된 노즐(15)로 공급할 수 있다.
상기 염기성 알칼리 용액과 물은 1:1 내지 1:5의 비율로 혼합하는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 염기성 알칼리 용액과 물은 1:1 내지 1:4, 1:1 내지 1:3, 1:1 내지 1:2, 1:2 내지 1:5, 1:2 내지 1:3 또는 1:3 내지 1:5의 비율로 혼합하는 것일 수 있다.
상기 염기성 알칼리 용액과 물은 염기성 알칼리 용액의 혼합비가 증가할수록 공기 중의 이산화탄소 포집률이 증가할 수 있으나, 비용적인 측면을 고려하여 물의 혼합비를 조절할 수 있다.
상기 염기성 알칼리 혼합액은, SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, MgO, MnO, CaO, Na2O, K2O 및 P2O3로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 산화물; Li, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Sr, Cd 및 Pb로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속; 및, 사붕산나트륨(Na2B4O7·10H2O), 수산화나트륨(NaOH), 규산나트륨(Na2SiO3), 수산화칼륨(KOH) 및 과산화수소(H2O2)로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상의 액상 조성물;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 급수원은 시스템 설치 장소에서 용이하게 구할 수 있는 모든 용수를 포함할 수 있다.
상기 염기성 알칼리 혼합액의 평균 pH는 pH12 이상인 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 pH는 pH12 내지 pH13.5, pH13, pH12, pH12,1, pH12,2 또는 pH12.3일 수 있다. 상기 염기성 알칼리 혼합액의 pH는 상기 챔버(4) 내의 pH meter로 측정될 수 있으며, 상기 챔버(4) 내의 염기성 알칼리 혼합액의 pH가 10.5 미만이 되면 더 이상 이산화탄소 포집을 하지 못하기 때문에, 상기 염기성 알칼리 혼합액의 pH를 맞추기 위해, 상기 염기성 알칼리 용액과 물의 양은 밸브에서 0 내지 100%까지 조절하여 믹서로 공급되어 상기 챔버(4)의 유입구(14)와 연결된 노즐을 통해 공급될 수 있다.
상기 챔버(4) 내의 염기성 알칼리 혼합액의 수위가 90% 미만으로 낮아지면 상기 믹서에서 밸브를 통해 조절되어 염기성 알칼리 혼합액이 투입되고 상기 염기성 알칼리 혼합액의 수위가 100%가 될 경우 투입이 중단되고, 그와 동시에 염기성 알칼리 혼합액의 pH가 12 내지 13.5가 될 때까지 염기성 알칼리 용액과 물을 혼합하는 것일 수 있다.
상기 챔버(4)로 공급되는 염기성 알칼리 혼합액의 양과 상기 분리관(5)에서 나가는 용액의 양이 동일해야 지속적으로 공기 중의 이산화탄소를 포집하는 인공숲 조성 시스템을 유지할 수 있기 때문에, 상기 챔버(4)에서 분리관(5)로 가는 라인에 설치된 flow meter 값과 동일한 양의 염기성 알칼리 혼합액이 챔버(4)에 공급되도록 밸브(필요시 by-pass 밸브 포함)를 조절하여 net flow를 0로 만드는 것일 수 있다.
상기 챔버(4)는 상기 순환배관(2)으로부터 분기되어 상기 다수개의 산기장치(3)로부터 공급된 미세 기포 형태의 공기와, 상기 챔버(4)의 유입부(14)를 통해 유입되어 기저장된 염기성 알칼리 혼합액을 반응시켜 이산화탄소를 포함하는 반응물을 수집하고, 상기 반응물에서 이산화탄소 반응물과 폐용액은 밸브를 통해 도 9에 도시된 바와 같은 분리기(5)로 이동한다.
상기 분리기(5)는 상기 반응물에서 이산화탄소 반응물과 폐용액을 분리한다. 예를 들어, 상기 분리기(5)는 원심분리법을 이용하여 분리하는 것일 수 있다.
탄소자원 저장소(미도시)는 상기 분리기(5)에 의해 분리된 이산화탄소 반응물을 저장하고 다른 용도로 자원화하여 재활용할 수 있다. 예를 들어, 상기 이산화탄소 반응물은 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 포함하는 것일 수 있다.
상기 인공숲 조성 시스템은 육상에서 사용하는 시스템으로, 이산화탄소 반응물을 저장할 장소를 확보하기에 용이하기 때문에 이산화탄소 반응물을 다른 유용한 물질로 자원화하기 위해 분리하여 탄소자원 저장소에 저장하는 것일 수 있다.
상기 이산화탄소 반응물은 하기 반응식 1에서와 같이, 염기성 알칼리 혼합물과 이산화탄소가 반응하여 생성될 수 있다.
<반응식 1>
2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O
Na2CO3 + H2O + CO2 → 2NaHCO3
상기 반응물에서 이산화탄소 반응물을 제외한 폐용액은 폐수 처리조(미도시)로 이동되어 폐기된다. 예를 들어, 상기 폐용액은 촉매 역할을 끝낸 염기성 알칼리 혼합액에 함유되어 있던 일라이트 광물 및 물 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 챔버(4)에서 다수개의 산기장치(3)로부터 공급된 미세 기포 형태의 공기와 상기 챔버(4)에 저장된 염기성 알칼리 혼합액을 반응시켜 이산화탄소를 포집 후 이산화탄소가 제거된 잔여공기는 배출관(6)를 통해 배출된다. 예를 들어, 상기 배출관(6)를 통해 배출되는 잔여공기는 배가스에서 이산화탄소가 제거된 공기와 일부 소량의 포집되지 못한 CO2가 포함될 수 있다.
한편, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 다수의 산기장치가 배치된 상태를 나타내는 내부 단면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 산기장치가 설치된 부분의 확대 단면도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 산기장치의 산기판을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 산기장치(3)는 염기성 알칼리 혼합액이 저장된 챔버(4)의 내부에 공기를 미세하게 분산시키는 장치로서, 순환배관(2)으로부터 분기된 산기관(31)과 상기 산기관(31)으로부터 분출되는 공기를 미세 기포 형태로 챔버(4)에 저장된 염기성 알칼리 혼합액에 분산시키는 산기판(32)을 구비할 수 있다.
여기서, 산기판(32)은 도 6 및 도 7에 도시된 바처럼, 상기 산기관(31)의 니플(nipple)에 소켓을 통해 체결되고, 상기 산기판(32)은 표면에 다수의 산기공이 형성된 신축 재질의 멤브레인 디스크(33)가 장착된다. 상기 산기판(32)은 상기 산기관(31)에 소정 간격을 두고 일렬로 배열 장착되며, 많은 수의 산기판(32)이 산기관(31)에 배열 장착될수록 상기 산기판(32)의 멤브레인 디스크(33)를 통해서 형성되는 미세 기포 형태의 공기가 더 많이 발생되므로 산기판(32)이 많이 배열될수록 이산화탄소 포집 효율이 증가된다.
상기 멤브레인 디스크(33)는 오염물질의 표면부착을 최소화할 수 있도록 미세 산기공(20A)의 내면을 포함하는 표면에 테프론 소재의 폴리테트라플루오르에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE)이 20~50㎚로 코팅되는 코팅층을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 폴리테트라플루오르에틸렌은 특성상 내열성, 내약성이 매우 우수할 뿐만 아니라 마찰계수, 점착성이 낮은 특성으로 인해 오염물질의 부착이 잘 이루어지지 않는 성질은 가진다.
그로 인해 코팅층은 오염물질이 멤브레인의 미세 산기공의 내면과 표면으로 부착되는 것을 최소화함으로써, 챔버(4)에 저장된 염기성 알칼리 혼압액과 접촉되는 멤브레인의 기능저하를 최소화하면서 최대한 오랜 사용기간을 확보할 수 있다.
상술한 바에 따라 멤브레인 자체에 대한 신뢰성 또한 최대한 높일 수 있을 뿐만 아니라 오랜 사용기간 확보로 인한 경제성도 우수한 조건도 가진다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 다수개의 산기장치(3)의 중간부는 상기 챔버(5)의 내부에 관통 연결되며, 다수개의 산기장치(3)의 양끝단은 상기 챔버(5)의 외측 둘레를 감싸고 있는 순환배관(2)의 내부와 연통되도록 삽입되어 있다. 이를 통해, 산기장치(3)는 흡입관(1)을 통해 외부로부터 흡입된 이산화탄소를 포함하는 공기를 미세하면서도 균일하게 분산시켜 챔버(4)의 염기성 알칼리 혼합액과 반응시키도록 할 수 있다. 이에 따라 이산화탄소 포집 효율이 증가되는 효과가 구현될 수 있다.
한편, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공숲 조성 시스템을 관리하기 위한 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공숲 조성 시스템을 통해 제공 가능한 데이터 항목을 설명하기 위한 도면이다.
도 10 내지 도 11을 참조하면, 상기 인공숲 조성 시스템은 이산화탄소 포집 날짜, 시간, 측정 간격, 이산화탄소 농도값을 측정하는 측정 시작 시간, 상기 이산화탄소 농도값의 측정을 종료하는 측정 종료 시간, 측정 기간, 및 대기 압력을 입력하는 입력부(100); 상기 측정 간격으로 상기 흡입관(1)을 통해 흡입된 공기 중의 이산화탄소 농도값, 및 이산화탄소 포집 후의 이산화탄소 농도값을 측정하여 제어부(130)로 전송하는 센서부(110); 상기 챔버(4) 내의 염기성 알칼리 혼합액의 수위 및 pH를 모니터링하는 모니터링부(120); 상기 모니터링부(120)에 의해 염기성 알칼리 혼합액의 공급량을 조절하고, 상기 센서부(110)로부터 측정된 센서값을 판단하여 각부의 동작을 제어하는 제어부(130); 상기 센서부(110)에 의해 상기 측정 간격으로 측정된 공기 중의 이산화탄소 농도값, 이산화탄소 포집 후의 이산화탄소 농도값, 및 이산화탄소 포집 전후의 농도 변화량을 저장하는 저장부(160); 상기 저장부(160)에 저장된 공기 중의 이산화탄소 농도값, 이산화탄소 포집 후의 이산화탄소 농도값, 및 이산화탄소 포집 전후의 농도 변화량을 실시간 또는 일정 주기로 사용자가 원하는 서버 또는 단말로 원격 전송하는 통신부(150); 및 상기 센서부(110)에 의해 상기 측정 간격으로 측정된 공기 중의 이산화탄소 농도값, 이산화탄소 포집 후의 이산화탄소 농도값, 및 이산화탄소 포집 전후의 농도 변화량을 디스플레이하는 표시부(140);를 추가 포함할 수 있다.
상기 인공숲 조성 시스템의 모든 과정에서 측정되는 gas meter, pH meter, flow meter의 값을 모니터링부(120)에서 관리하며, 상기 흡입관(1)을 통해 흡입된 공기 중의 이산화탄소 농도값, 및 쳄버(4)에서 이산화탄소를 포함하는 공기와 염기성 알칼리 혼합액이 반응하는 이산화탄소 포집 후의 이산화탄소 농도값은 센서부(110)에서 측정하고, 상기 모니터링부(120) 및 상기 센서부(110)에서 측정된 값을 기반으로 제어부(130)를 조절한다.
즉, 제어부(130)는 상기 모니터링부(120)에 의해 염기성 알칼리 혼합액의 공급량을 조절하고, 상기 센서부(110)로부터 측정된 센서값을 판단하여 각부의 동작을 제어할 수 있다.
또한, 사용자가 입력부(100)를 통해 이산화탄소 포집 날짜, 시간, 측정 간격, 이산화탄소 농도값을 측정하는 측정 시작 시간, 상기 이산화탄소 농도값의 측정을 종료하는 측정 종료 시간, 측정 기간, 및 대기 압력을 입력시키면 제어부(130)는 상기 입력부(100)를 통해 입력된 값에 기반하여 인공숲 조성 시스템의 각 부의 동작을 제어할 수 있다.
상기 저장부(160)는 상기 센서부(110) 및 상기 모니터링부(120)로부터 측정된, 도 11에 도시된 바와 같은 항목들을 데이터베이스에 저장할 수 있다. 구체적으로 상기 항목들은 이산화탄소 포집 전단의 CO2배출량, 이산화탄소 포집 후단의 CO2배출량, 기설정된 기간의 CO2포집량, 시간당 이산화탄소 포집량, 향후 일정기간의 CO2포집 예측량을 적어도 포함할 수 있다.
상기 통신부(150)는 상기 저장부(160)에 저장된 항목에 따른 값들을 실시간 또는 일정 주기로 사용자가 원하는 서버 또는 단말로 원격 전송할 수 있어, 인공숲 조성 시스템이 구축된 지역의 지자체 또는 관리자는 원격으로 서버, 스마트폰, 컴퓨터 단말을 포함하는 통신장치를 통해서 인공숲 조성 시스템의 동작에 따른 이산화탄소 포집 변화량 및 향후 예측 이산화탄소 포집량을 확인할 수 있다.
표시부(140)는 인공숲 조성 시스템에 인접하게 설치된 디스플레이 장치로서, 상기 센서부(110) 및 모니터링부(120)로부터 측정되고 상기 저장부(160)에 저장된 항목에 따른 값들을 디스플레이할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 염기성 알칼리 혼합액의 이산화탄소 포집 전후 결과를 예시한 도면이다.
도 12를 참조하면, 도 12의 (a)실시예는 360시간(15일) CO2포집량을 나타낸 그래프이고, 도 12의 (b)실시예는 623시간(25.95일) CO2포집량을 나타낸 그래프이다. 두 그래프에서 상단에 표시된 포인트는 소정 측정 간격으로 이산화탄소 포집 전단의 CO2배출량이고, 하단에 표시된 포인트는 소정 측정 간격으로 이산화탄소 포집 후단의 CO2배출량을 의미한다.
여기서, 상기 이산화탄소 포집 전단의 CO2배출량은 흡입관(1)을 통과하는 공기에 포함된 이산화탄소의 양이며, 상기 이산화탄소 포집 후단의 CO2배출량은 상기 흡입관(1), 순환배관(2), 산기장치(3)를 통과하여 미세 기포 형태의 공기가 챔버(4)에 저장된 염기성 알칼리 혼합액과 반응하여 포집된 이산화탄소의 양을 제거하고 배출관(6)을 통해 배출되는 잔여 공기에 포함된 이산화탄소의 양이다.
즉, 도 12의 두 그래프를 살펴보면 이산화탄소 포집 후단의 CO2배출량(하단에 표시)은 이산화탄소 포집 전단의 CO2배출량(상단에 표시) 에 비해 현저하게 작은 이산화탄소 배출량을 가지므로, 염기성 알칼리 혼합액을 이용한 인공숲 조성 시스템의 포집효과가 좋음을 확인할 수 있다.
참고로, 본 출원인은 본 발명인 인공숲 조성 시스템을 제품화하여 시판할 예정이다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 명세서의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 명세서의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
한편, 본 명세서와 도면에는 본 명세서의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 명세서의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 명세서의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예 외에도 본 명세서의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
본 발명은 공기 중에 배출된 이산화탄소를 효율적으로 저감시킴과 동시에 다른 유용한 물질로 자원화할 수 있고, 아울러 인공적으로 정화된 깨끗한 공기를 계속적으로 공급할 수 있는 인공숲 조성 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 지역 관할 지자체 및 관리자가 이산화탄소 포집 전/후의 이산화탄소 농도 변화량을 쉽게 확인할 수 있음으로써, 지역 관할 지자체 및 관리자가 이를 적절히 이용하거나, 또는 이산화탄소 농도 변화에 따라 적절하게 대처하도록 할 수 있다.
이는 온실가스의 배출량을 줄이기 위해 다양한 노력을 시도하고 있는 각국 정부, 지자체들을 상대로 인공숲 조성 시스템의 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있다.
1: 흡입관
2: 순환배관
3: 산기장치
4: 챔버
5: 분리기
14: 유입부
15: 노즐
31: 산기관
32: 산기판
33: 멤브레인 디스크
100: 입력부
110: 센서부
120: 모니터링부
130: 제어부
140: 표시부
150: 통신부
160: 저장부

Claims (13)

  1. 공기를 흡입하는 흡입관;
    상기 흡입관으로부터 흡입된 공기가 순환하는 통로를 형성하는 순환배관;
    상기 순환배관으로부터 분기되어 챔버 내에 미세 기포 형태의 공기를 분산시켜 공급하는 다수개의 산기장치;
    상기 다수개의 산기장치로부터 공급된 미세 기포 형태의 공기와 기저장된 염기성 알칼리 혼합액을 반응시켜 상기 공기 중의 이산화탄소를 포집하는 챔버;
    상기 챔버에서 포집된 이산화탄소를 포함하는 반응물을 수집하고, 상기 반응물에서 이산화탄소 반응물과 폐용액을 분리하는 분리기;
    상기 분리된 이산화탄소 반응물을 자원화하기 위해 저장하는 탄소자원 저장소; 및,
    상기 챔버에서 포집된 이산화탄소가 제거된 잔여 공기를 배출하는 배출관;을 포함하고,
    상기 순환배관은 상기 챔버의 외측 둘레를 감싸게 형성되고,
    상기 다수개의 산기장치의 중간부는 상기 챔버에 관통 연결되며, 상기 다수개의 산기장치의 양끝단은 상기 순환배관의 내부와 연통되고,
    상기 산기장치는 상기 염기성 알칼리 혼합액에 공기를 분산시키는 장치로서 산기관과 산기판을 구비하고, 상기 산기판은 표면에 다수의 산기공이 형성된 신축 재질의 멤브레인 디스크를 장착하여 이루어지고,
    상기 챔버의 외측에는 상기 염기성 알칼리 혼합액이 유입되는 유입부가 형성되며, 상기 형성된 유입부와 연결된 노즐을 통해 믹서에 의해 혼합된 상기 염기성 알칼리 혼합액을 상기 챔버로 유입시켜 저장시키고,
    상기 믹서는 염기성 알칼리 용액 저장조에서 공급된 염기성 알칼리 용액과 급수원에서 공급된 물을 혼합하여 염기성 알칼리 혼합액을 생성하고,
    상기 염기성 알칼리 혼합액의 평균 pH는 pH12 내지 pH13.5인 것이고,
    상기 챔버 내의 염기성 알칼리 혼합액의 수위가 90% 미만으로 낮아지면 상기 믹서에서 밸브를 통해 조절되어 염기성 알칼리 혼합액이 투입되고 상기 염기성 알칼리 혼합액의 수위가 100%가 될 경우 투입이 중단되고, 그와 동시에 염기성 알칼리 혼합액의 pH가 12 내지 12.5가 될 때까지 염기성 알칼리 용액과 물을 혼합하 고,
    상기 챔버로 공급되는 염기성 알칼리 혼합액의 양과 상기 분리기에서 나가는 용액의 양이 동일해서 지속적으로 이산화탄소를 포집하고,
    상기 흡입관을 통해 흡입된 공기 중의 이산화탄소 포집 전단의 이산화탄소 농도값과, 상기 흡입관, 순환배관, 산기장치를 통과하여 미세 기포 형태의 공기가 챔버에 저장된 염기성 알칼리 혼합액과 반응하여 포집된 이산화탄소의 양을 제거하고 배출관을 통해 배출되는 잔여 공기에 포함된 이산화탄소 포집 후단의 이산화탄소 농도값을 측정 및 비교한 후 챔버로 공급되는 염기성 알칼리 혼합액의 공급량을 조절하는 것을 특징으로 하는,
    인공숲 조성 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 흡입관은 일측이 상기 순환배관에 결합되며, 중간에 형성된 흡입펌프를 통해서 공기를 흡입하는 것을 특징으로 하는 인공숲 조성 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 염기성 알칼리 용액과 물은 1:1 내지 1:5의 비율로 혼합하는 것을 특징으로 하는 인공숲 조성 시스템.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 염기성 알칼리 혼합액은,
    SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, MgO, MnO, CaO, Na2O, K2O 및 P2O3로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 산화물;
    Li, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Sr, Cd 및 Pb로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속; 및,
    사붕산나트륨(Na2B4O7·10H2O), 수산화나트륨(NaOH), 규산나트륨(Na2SiO3), 수산화칼륨(KOH) 및 과산화수소(H2O2)로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상의 액상 조성물;을 포함하는 것을 특징으로 하는 인공숲 조성 시스템.
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    상기 이산화탄소 반응물은 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 포함하는 것을 특징으로 하는 인공숲 조성 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 인공숲 조성 시스템은,
    이산화탄소 포집 날짜, 시간, 측정 간격, 이산화탄소 농도값을 측정하는 측정 시작 시간, 상기 이산화탄소 농도값의 측정을 종료하는 측정 종료 시간, 측정 기간, 및 대기 압력을 입력하는 입력부;
    상기 측정 간격으로 상기 흡입관을 통해 흡입된 공기 중의 이산화탄소 농도값, 및 이산화탄소 포집 후의 이산화탄소 농도값을 측정하여 제어부로 전송하는 센서부;
    상기 챔버 내의 염기성 알칼리 혼합액의 수위 및 pH를 모니터링하는 모니터링부;
    상기 모니터링부에 의해 염기성 알칼리 혼합액의 공급량을 조절하고, 상기 센서부로부터 측정된 센서값을 판단하여 각부의 동작을 제어하는 제어부;
    상기 센서부에 의해 상기 측정 간격으로 측정된 공기 중의 이산화탄소 농도값, 이산화탄소 포집 후의 이산화탄소 농도값, 및 이산화탄소 포집 전후의 농도 변화량을 저장하는 저장부;
    상기 저장부에 저장된 공기 중의 이산화탄소 농도값, 이산화탄소 포집 후의 이산화탄소 농도값, 및 이산화탄소 포집 전후의 농도 변화량을 실시간 또는 일정 주기로 사용자가 원하는 서버 또는 단말로 원격 전송하는 통신부; 및
    상기 센서부에 의해 상기 측정 간격으로 측정된 공기 중의 이산화탄소 농도값, 이산화탄소 포집 후의 이산화탄소 농도값, 및 이산화탄소 포집 전후의 농도 변화량을 디스플레이하는 표시부;를 추가 포함하는 인공숲 조성 시스템.
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