KR20110059215A - Highly efficient carbon dioxide removal systems using plants - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이산화탄소 저감을 위한, 식생을 이용한 탄소고정화 (carbon fixation) 시스템에 관한 것으로서, 에너지 절감 및 광합성 효율의 증대를 위한 덮개가 있고, 식물이 식재되어 있는 반응조에 기존의 형광등 또는 백열등을 대신하여 LED가 식생의 광합성 광원으로 설치되어 있는 이산화탄소 저감 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a carbon fixation system using vegetation for reducing carbon dioxide, and has a cover for energy saving and increase photosynthetic efficiency, and replaces a conventional fluorescent or incandescent lamp in a reactor in which plants are planted. It relates to a carbon dioxide abatement system in which LEDs are installed as vegetation photosynthetic light sources.
식물 또는 미세 조류(潮流) 등의 식생을 이용하여 이산화탄소를 저감하는 기술 (탄소고정화)은 다른 물리·화학적 회수 방법들과 달리 태양에너지를 광원으로 이용하므로 투자 비용이 저렴하고, 환경 유해 물질의 발생으로 인한 2차 처리 비용이 소요되지 않으며, 경관 조성에도 크게 기여할 수 있다는 장점이 있다. 뿐만 아니라 처리 후 얻은 바이오매스는 에너지원, 비료 또는 친환경 재료 등의 다양한 용도로 재사용할 수 있으므로, 상품화가 용이하다. The technology to reduce carbon dioxide by using vegetation such as plants or micro algae (carbon fixation), unlike other physical and chemical recovery methods, uses solar energy as a light source, so it is cheaper to invest and generates environmentally harmful substances. Due to this, there is no need for secondary treatment costs, and it can greatly contribute to landscape creation. In addition, the biomass obtained after the treatment can be reused for various purposes such as energy sources, fertilizers or environmentally friendly materials, so it is easy to commercialize.
이러한 식생을 이용한 이산화탄소 저감 시스템을 실제로 적용하기 위하여 종래에는 산지, 초원 또는 습지 등의 거대 탄소 흡수원 (carbon sink)으로서 외부 반 응 시설을 사용하여 왔는데, 이러한 시설의 설치 및 운영은 태국 등의 동남아 국가, 미국 또는 캐나다와 같은 대규모 인공 습지 구축이 용이한 일부 국가에서만 상용화되어 왔다. 그러나 상기 실례를 우리나라와 같이 부지의 확보가 어려운 국가에서 설치하기에는 공간적 제약이 있을 뿐만 아니라, 일조 시간도 제약되며, 현장에 적용한다고 하여도 야간에 운영하는 경우 또는, 지하 시설물 (주차장 또는 터널 등) 또는 내부 시설물 (온실 또는 빌딩 등)로 운영하는 경우에 인공 광원으로서 백열등, 형광등 또는 나트륨 램프 등을 사용하기 때문에 전력 소비량이 높아 관리 비용 측면에서 문제가 있다. 또한, 광원 자체로부터 방출되는 열이 많기 때문에 장시간 운영시 내부 온도가 급상승하여 식물의 생육에 피해를 끼칠 수 있고, 사용 후 폐기되는 광원 부속품 중의 중금속 등의 유해 물질의 2차 처리 문제가 있으며, 외부로부터 유해가스가 유입되어 식물 생육에 영향을 주는 등, 여러 가지 요인으로 인하여 현장 적용에 극히 제약이 따를 수밖에 없다. In order to actually apply such a carbon dioxide reduction system using vegetation, conventionally, external reaction facilities have been used as large carbon sinks such as mountains, grasslands or wetlands. It has been commercialized only in some countries where large artificial wetlands are easy to build, such as the United States or Canada. However, the above examples are not only limited in terms of space but also in sunshine time for installation in a country where it is difficult to secure a site, such as when operating at night even if applied to the site, or underground facilities (such as parking lots or tunnels). Alternatively, when operating as an internal facility (greenhouse or building, etc.), since an incandescent lamp, a fluorescent lamp, or a sodium lamp is used as an artificial light source, power consumption is high and there is a problem in terms of management costs. In addition, due to the large amount of heat emitted from the light source itself, the internal temperature may increase rapidly for a long time, which may damage the growth of plants, and there is a problem of secondary treatment of harmful substances such as heavy metals in the light source accessories discarded after use. Due to various factors, such as influx of harmful gas from the plant and affecting plant growth, the field application is extremely limited.
식물의 엽록체는 클로로필 a, b 또는 카르티노이드와 같은 광합성 색소 수용체를 함유하고 있으며, 각 수용체는 고유의 흡수 파장 대역의 빛을 흡수한다. 도 3은 광합성 색소 별 흡수 파장 대역을 나타낸 것인데 클로로필 a 및 b의 경우 청색 및 적색 파장 부근에서 최대 흡수치를 보이고 있다. 이러한 파장 대역에서 광합성 효율이 최적일 것이므로, 이산화탄소의 제거 효율도 최적이 될 것이다.Plant chloroplasts contain photosynthetic pigment receptors such as chlorophyll a, b or carotenoids, each of which absorbs light in its own absorption wavelength band. Figure 3 shows the absorption wavelength bands for photosynthetic pigments, the chlorophyll a and b shows the maximum absorption near the blue and red wavelengths. Since photosynthetic efficiency will be optimal in this wavelength band, carbon dioxide removal efficiency will also be optimal.
LED는 전력 소비율이 낮고 유해물질 또한 적어서 환경 친화적인 차세대 에너지원으로 주목받고 있는데, LED를 이용하여 식물의 엽록체에서 최대 파장을 나타내는 빛을 조사하면, 전력 소모가 적을뿐더러 광합성 효율도 증대시킬 수 있다. LEDs are attracting attention as the next generation of environmentally friendly energy sources due to their low power consumption and few harmful substances. When LEDs are used to irradiate light with maximum wavelengths in the chloroplasts of plants, they can consume less power and increase photosynthetic efficiency. .
특허문헌 1 내지 4에 나타난 바와 같이 종래에는 농가 소득 증대를 위하여 식생 재배 기술 및 장치에 LED를 활용하였으나, 본 발명에서와 같이 이산화탄소를 제거하기 위한 목적으로 LED를 접목한 사례는 전무하였다.As shown in
특허문헌 1 : 국내공개특허 2000-0006611Patent Document 1: Domestic Patent Publication 2000-0006611
특허문헌 2 : 국내공개특허 2003-0005023Patent Document 2: Domestic Patent Publication 2003-0005023
특허문헌 3 : 등록실용 20-0362989Patent Document 3: Registration Utility 20-0362989
특허문헌 4 : 등록특허 10-0879711Patent Document 4: Registered Patent 10-0879711
본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, The present invention has been made to solve the conventional problems,
본 발명의 목적은 백열등 또는 형광등 대신 식물의 광합성 광원으로서 LED를 사용함으로써, 에너지 절감 효율 및 광합성 효율이 높은 이산화탄소 저감 시스템을 제공하려는 것이다. An object of the present invention is to provide a carbon dioxide reduction system having high energy saving efficiency and photosynthetic efficiency by using LEDs as photosynthetic light sources of plants instead of incandescent or fluorescent lamps.
또한, 본 발명의 목적은 부분 반사체, 전반사체 및 광섬유 조사장치를 사용함으로써 에너지 절감 효율 및 광합성 효율을 극대화할 수 있는 이산화탄소 저감 시스템을 제공하려는 것이다. It is also an object of the present invention to provide a carbon dioxide reduction system capable of maximizing energy saving efficiency and photosynthetic efficiency by using a partial reflector, a total reflection body and an optical fiber irradiation device.
또한, 본 발명의 목적은 이산화탄소 저감 시스템을 현장에 적용함에 있어서, 인근 산업 설비에서 발생되는 유해 가스가 유입되는 것을 방지하기 위한 전처리 장치 또는 이산화탄소 농도를 조절하기 위한 농축/송출용 챔버를 사용하여 식물 생장에 적합한 환경을 제공하는 이산화탄소 저감 시스템을 제공하려는 것이다. In addition, an object of the present invention is to apply a carbon dioxide reduction system to the site, the plant using a pre-treatment device for preventing the introduction of harmful gases generated from nearby industrial equipment or a chamber for concentration / delivery to control the carbon dioxide concentration It is to provide a carbon dioxide reduction system that provides an environment suitable for growth.
또한, 본 발명의 목적은 본 발명에 따른 이산화탄소 저감 시스템을 현장에 적용하여 에너지 절감 효율 및 광합성 효율이 높은 이산화탄소를 저감시키는 방법을 제공하려는 것이다. In addition, an object of the present invention is to provide a method for reducing carbon dioxide with high energy saving efficiency and photosynthetic efficiency by applying the carbon dioxide reduction system according to the present invention in the field.
상기한 목적들은 다음의 본 발명의 구성에 의하여 달성될 수 있다.The above objects can be achieved by the following configuration of the present invention.
본 발명은 덮개가 있는 반응조, 상기 반응조의 바닥에 식재되어 있는 식생 및 상기 식생과 마주하도록 상기 반응조의 상부 내벽 또는 내측면에 설치되어 상기 식생의 광합성을 증진시키는 LED 광원 장치를 포함하는 이산화탄소 저감 시스템.The present invention provides a carbon dioxide reduction system including a reactor having a lid, a vegetation planted at the bottom of the reactor, and an LED light source device installed on the upper inner wall or the inner surface of the reactor to face the vegetation to promote photosynthesis of the vegetation. .
발명에 따른 상기 이산화탄소 저감 시스템을 지하 주차장, 터널, 지하철 또는 온실에 설치하여 이산화탄소를 저감시키는 방법.Method of reducing the carbon dioxide by installing the carbon dioxide reduction system according to the invention in an underground parking lot, tunnel, subway or greenhouse.
본 발명에 따른 이산화탄소 시스템은 자연광의 공급이 제한적인 온실, 빌딩 또는 지하 시설물 (주차장 또는 터널 등) 등에 설치하여 이산화탄소를 획기적으로 저감시킬 수 있으며 시설물의 경관 조성에도 크게 기여할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 이산화탄소 저감 시스템을 이용한 이산화탄소의 제거는 기타 물리·화학적 이산화탄소 제거법에 비하여 에너지 효율이 높고 환경에 유해한 부산물도 적어 환경 친화적이다. 또한 본 발명에 따른 이산화탄소 저감 시스템은 유해가스 농도가 높은 산업 시설 내에 적용할 수 있을 뿐만 아니라, 이산화탄소 저감 시스템의 운영 결과 생산되는 식물 바이오매스는 에너지원, 비료 또는 천연소재 등 다양한 용도로 활용할 수 있다. The carbon dioxide system according to the present invention can be installed in a greenhouse, a building or an underground facility (such as a parking lot or a tunnel) where the supply of natural light is limited, and can significantly reduce carbon dioxide and greatly contribute to creating a landscape of the facility. In addition, the removal of carbon dioxide using the carbon dioxide reduction system according to the present invention is more environmentally friendly than the other physical and chemical carbon dioxide removal method is high energy efficiency and less harmful by-products. In addition, the carbon dioxide reduction system according to the present invention can be applied to industrial facilities with high concentrations of harmful gases, and plant biomass produced as a result of the operation of the carbon dioxide reduction system can be utilized for various uses such as energy sources, fertilizers or natural materials. .
또한, 부분 반사체 (partially reflecting device), 광섬유 (optic fiber) 조사 장치 및 전반사체를 더 포함시켜 에너지 절감 효율 및 광합성 효율을 극대화하고, 이산화탄소 농축/송출용 챔버를 상기 반응조에 연결하여 상기 식생의 광합성에 적합한 농도의 이산화탄소 농도를 유지시킴으로써 이산화탄소 저감 효율을 증대시키며, 유해가스를 처리하는 전처리 장치를 상기 반응조에 연결하여 식생의 광합성에 더욱 유리한 환경을 조성할 수 있다. In addition, it further includes a partially reflecting device, an optical fiber irradiation device, and a total reflection body to maximize energy saving efficiency and photosynthetic efficiency, and a carbon dioxide concentration / transmission chamber is connected to the reactor for photosynthesis of the vegetation. By maintaining the concentration of carbon dioxide at a suitable concentration to increase the carbon dioxide reduction efficiency, it is possible to create a more favorable environment for photosynthesis of vegetation by connecting a pretreatment device for treating harmful gases to the reactor.
본 발명은 덮개가 있는 반응조 (130), 상기 반응조의 바닥에 식재되어 있는 식생 (140) 및 상기 식생 (140)과 마주하도록 상기 반응조의 상부 내벽 또는 내측면에 설치되어 상기 식생 (140)의 광합성을 증진시키는 LED 광원 장치 (100)를 포함하는 이산화탄소 저감 시스템에 관한 것이다. The present invention is installed on the upper inner wall or the inner surface of the reaction vessel to face the
본 발명에 있어서 상기 반응조 (130)는 실내 또는 실외에 설치될 수 있으며, 그 크기는 좋기로는 1m× 1m× 1m부터 10~20m× 100m× 5~10m (너비× 길이× 높이)까지 다양하게 할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. In the present invention, the
본 발명에 있어서 상기 LED 광원 장치 (100)는 파장이 500 내지 900 nm인 광자를 조사하는 장치로서, 시판되는 것을 사용한다. 적색 영역 (파장 : 600 내지 700 nm)의 LED 광원 장치가 좋다. 상기 LED 광원 장치 (100)는 반응조 (130)의 상부 내벽 또는 내측면에 3각, 4각, 원형 또는 타원형으로 배치 가능하며 반응조의 상부 내벽에 배치되는 것이 일반적이나 본 발명에 있어서는 식생 (140)의 잎에 광자가 잘 도달하여 광합성을 증진시키기 위하여 내측면에도 설치하는 것이 바람직하다. In the present invention, the LED
또한 본 발명에 있어 상기 식생 (140)은 반응조의 바닥에 식재되어 광합성에 의하여 이산화탄소를 고정화하는 기능을 수행하는 것으로서, 작물류, 초본류, 수생식물 소목 및 조류(藻類)로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택된다. 작물류로는 토마토, 고추 또는 배추 등을 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 초본류로는 쑥, 사철쑥, 까치수영, 산박하, 미나리, 고나리, 단풍취 또는 질경이 등을 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 수생식물로는 물칸나, 부레옥잠, 물상추, 부들, 피, 창포, 물양귀비, 물앵무새깃, 줄, 갈대 또는 골풀 등을 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 조류로는 클로렐라, 브트리오코카스, 뗏목말 (Scenedesmus acuminatus) 또는 클라미도모나스 등의 녹조류와 스피룰리나 등의 남조류를 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. In the present invention, the
본 발명에 따른 이산화탄소 저감 시스템은 LED 광자를 최대로 활성화하기 위하여 부분 반사체 (partially reflecting device) (110)를 더 포함할 수 있다. 상기 부분 반사체 (110)는 도 1b에 나타난 바와 같이 특정 반사체에 의하여 광자의 일부는 투과하고 일부는 반사하는 특성이 있다. 따라서, 본 발명에 따른 이산화탄소 저감 시스템에서는 광자의 활성이 극대화되고, 이에 의하여 식물의 광합성이 증가하므로 이산화탄소의 제거 효율이 상승하고, 광합성에 소요되는 에너지가 절감된다. 상기 부분 반사체 (110)는 광학 소자인 패브리-페로 에탈론 (Fabry-Perot etalon) 원리를 바탕으로 하여 반사체의 반사율, 흡광도 차이에 따라 흡광 증폭 인자 (α) 또한 변화한다. 부분 반사체에 의한 광자 증폭에 관한 식은 다음과 같다. The carbon dioxide abatement system according to the present invention may further comprise a partially reflecting
상기 식에서 흡광 증폭 인자 α는 흡광도 A가 작고, 즉 반사율 Rw가 클수록 커진다. 흡광 증폭 인자 α는 부분 반사체 (110)의 소재로 사용되는 재료에 따라 반사율 Rw 및 흡광도 A가 달라지나, 반사율 Rw가 크면서도 흡광도 A가 작은 재료를 사용하는 것이 좋고 부분 반사체에 피복되는 피복제의 농도 및 피복 부위를 조절하여 반사율 및 흡광도를 조절할 수 있다. 별법으로는 부분 반사체 (110)의 형태를 볼록 또는 오목 형태로 조절하여 반사율 Rw를 조절함으로써 흡광 증폭 인자 α를 조절할 수 있다. In the above formula, the absorbance amplification factor α becomes larger as the absorbance A is smaller, that is, the reflectance R w is larger. Absorption amplification factor P α is that the reflection factor R w and the absorbance A changes over, is greater while the absorbance A is coated on it may partial reflector that uses a material the reflectance R w, depending on the material used as the material of the
상기 부분 반사체 (110)는 광자의 투과 및 반사의 최대화를 위하여 식생의 근접부에 설치 가능하고 고분자 계열, 스테인리스 또는 알루미늄 등의 금속류 망, 실리콘 (유리 등) 또는 아크릴 등의 다양한 투과성 (흡광도)을 지닌 재료들을 이용하여 제조할 수 있다. 고분자 소재를 이용하는 경우에는 표면에 부분 실버링하여 피복하거나 흰색으로 부분 도색할 수 있으며, 거울 또는 알루미늄 호일 등으로 부분 피복하여 제조할 수 있고, 시판 중인 것을 구입하여 사용할 수도 있다. The
본 발명에 따른 이산화탄소 저감 시스템은 부분 반사체의 효율을 증대시키기 위하여 전반사체 (130)를 더 포함할 수 있는데, 상기 전반사체는 상기 반응조의 덮개 내벽에 부착된다. 전반사체 (130)는 상기 부분 반사체 (110)와 같은 방식으로 제조 또는 구입하여 사용할 수 있다.The carbon dioxide reduction system according to the present invention may further include a
LED 광원장치로부터 조사된 광자는 부분 반사체 (110)에서 일부는 투과되고 일부는 반사되는데 투과된 광자는 전반사체 (130)에서 반사되어 식물체에 전달되므로, 식물의 잎에 도달하는 광자의 양이 증폭될 수 있다. The photons irradiated from the LED light source device are partially transmitted and partially reflected by the
본 발명에 따른 이산화탄소 저감 시스템에는 LED 광원의 말단에 부착되어 광합성용 광자의 방향을 다양화하는 광섬유 조사 장치 (120)를 더 포함할 수 있다. 상기 광섬유 조사 장치 (120)는 LED 광원의 말단에 부착되어 광섬유 가닥의 끝부분에서 분산되는 빛의 각도를 조절함으로써 식물체에 광자를 효과적으로 전달하는 역할을 한다. 상기 광섬유 조사 장치 (120)는 도 1c에 나타난 바와 같이, LED에 연결되는 접촉부 (210)과 광섬유 가닥 (220)으로 이루어진다. 상기 광섬유 조사 장치 (120)는 유리, 고분자 및 액체 연결관형으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 재료로 제조되는데 본 발명에 있어서는 시중에서 판매되는 것을 구입하여 사용한다. The carbon dioxide reduction system according to the present invention may further include an optical
본 발명에 따른 이산화탄소 저감 시스템은 인근 산업단지에서 배출되는 유해가스를 유입하여 이산화탄소를 저감시킬 수 있는데, 이산화탄소를 제외한 유해가스를 처리하기 위하여 상기 반응조에 유해가스 제거용 전처리 장치 (2)를 연결할 수 있다. 상기 전처리 장치 (2)는 집진 세정기, 습식 세정기 및 사이클론 장치로 이루어진 군으로부터 1개 이상을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. The carbon dioxide reduction system according to the present invention can reduce the carbon dioxide by introducing harmful gas discharged from a nearby industrial complex, and can connect a pretreatment device (2) for removing harmful gas to the reactor to treat harmful gas except carbon dioxide. have. The pretreatment device 2 may be used one or more from the group consisting of a dust collector, a wet cleaner and a cyclone device, but is not limited thereto.
식물의 광합성에 적합한 수준의 이산화탄소 농도를 유지하기 위하여 본 발명에 따른 이산화탄소 저감 시스템에 외부 이산화탄소의 유입 속도를 조절하는 별도의 농축/송출용 챔버 (4)를 연결할 수 있다. 상기 이산화탄소 농축/송출용 챔버 (4)는 이산화탄소 농축용 압축기와 흡착재로 구성되는 송출용 내부 충진제를 포함하는데, 상기 흡착재는 우드칩, 패각, 숯, 규조토, 활성탄 및 석회로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택된다. 산업 설비에서 배출된 유해가스가 가스 이송관 (3)을 통하여 농축/송출용 챔버 (4)로 유입되면 상기 흡착재와 흡착 및 중화 반응을 통하여 이산화탄소의 농도를 적절하게 유지시켜 준다. 광합성에 필요한 최적의 이산화탄소 농도는 3000 내지 4000 ppm의 범위이다.In order to maintain a carbon dioxide concentration at a level suitable for photosynthesis of the plant, a separate concentration /
또한 전술한 본 발명에 따른 이산화탄소 저감 시스템을 터널, 주차장 및 온실뿐만 아니라 발전소, 난방 시설 및 기타 산업 시설 인근에 설치함으로써 상기 시설에서 배출되는 이산화탄소를 저감시킬 수 있다. 도 2는 본 발명을 실제 현장에 이용한 활용예이다. 도 2에 나타난 바와 같이, 산업 활동 결과 산업 시설에서 유해가스가 배출되면 이 유해가스는 가스 이송관 (3)을 통하여 이동한다. 이동 중 유해가스 처리조 (2)에서 광합성에 악영향을 미칠 수 있는 질소 산화물, 황 산화물 및 미세 먼지가 제거된 후 나머지 가스가 본 발명에 따른 이산화탄소 저감 시스템 내부로 투입된다. 최적의 광합성 조건을 위하여 이산화탄소의 농도를 조절할 필요가 있는 경우, 최종적으로 이산화탄소 가스가 이산화탄소 저감시스템 내부로 투입되기 전에 이산화탄소 농축/송출용 챔버 (4)를 통하여 식생 (140)의 광합성에 적절한 수준의 이산화탄소 농도를 유지한다.In addition, by installing the carbon dioxide reduction system according to the present invention described above in the vicinity of a power plant, a heating facility, and other industrial facilities as well as tunnels, parking lots, and greenhouses, carbon dioxide emitted from the facility can be reduced. 2 is an example of using the present invention in the actual field. As shown in Fig. 2, when noxious gas is discharged from an industrial facility as a result of industrial activity, the noxious gas moves through the gas transfer pipe (3). The nitrogen gas, sulfur oxide and fine dust which may adversely affect photosynthesis in the noxious gas treatment tank 2 during the movement are removed, and then the remaining gas is introduced into the carbon dioxide reduction system according to the present invention. If it is necessary to adjust the concentration of carbon dioxide for optimal photosynthetic conditions, the level suitable for photosynthesis of
이하 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하고자 한다. Through the following examples will be described in detail the present invention.
실시예Example
밀폐된 4개의 반응조 내에 각각 녹엽식물 3종 (석창포, Acorus gramineus Soland, 무늬석창포, Acorus gramineus Ogon, 스킨답서스, Scindapsus aureus)을 식재하고 광원으로 형광등, 청색 LED, 적색 LED 및 백색 LED를 각각 조사하고, 그와 동시에 광합성을 위한 탄소원으로 동일 농도의 이산화탄소 가스를 주입하였다. Three green leaf plants in four sealed reactors (Sukchangpo, Acorus) gramineus Soland , Patterned Iris, Acorus gramineus Ogon , Skin Responses, Scindapsus aureus ) was planted and irradiated with a light source, a fluorescent lamp, a blue LED, a red LED, and a white LED, and at the same time, the same concentration of carbon dioxide gas was injected into the carbon source for photosynthesis.
도 4는 시간에 따른 반응조 중의 시간에 따른 이산화탄소의 농도 변화를 나타낸 것이다. 도 4a~4d는 각각 형광등, LED-Blue, LED-Red 및 LED-white를 광원으로 사용한 경우의 실험 결과를 그래프로 나타낸 것이다. 도 5는 실시예의 실험 결과를 근거로 하여 계산한 이산화탄소의 제거 속도를 나타낸 것인데, 도 5의 Co는 초기 이산화탄소의 농도이고 C는 시간에 따른 이산화탄소의 농도이다. 도 5의 추세선의 기울기의 크기가 이산화탄소 제거 속도를 나타내는데 도 5에 나타난 바와 같이 LED-Red를 광원으로 사용한 경우에 이산화탄소를 가장 빨리 제거하며 형광등 및 나머지 LED를 광원으로 사용한 경우에 이산화탄소 제거 속도는 비슷하게 나타났다. 도 6은 사용한 광원에 따른 에너지 소비량을 나타낸 것이다. 도 6에 나타난 바와 같이, 형광등은 이산화탄소를 90% 제거하는 데 약 100 watt/hr의 에너지 필요하지만, LED의 경우 그 절반 정도의 에너지만 필요하다. Figure 4 shows the change in the concentration of carbon dioxide with time in the reaction vessel over time. 4A to 4D are graphs showing experimental results when fluorescent lights, LED-Blue, LED-Red, and LED-white were used as light sources, respectively. Figure 5 shows the removal rate of carbon dioxide calculated on the basis of the experimental results of the embodiment, Co of Figure 5 is the initial carbon dioxide concentration and C is the concentration of carbon dioxide over time. The magnitude of the slope of the trend line of FIG. 5 indicates the carbon dioxide removal rate. As shown in FIG. 5, the carbon dioxide is removed quickly when the LED-Red is used as the light source, and the carbon dioxide removal rate is similar when the fluorescent lamp and the remaining LEDs are used as the light source. appear. Figure 6 shows the energy consumption according to the light source used. As shown in FIG. 6, fluorescent lamps require about 100 watts / hr of energy to remove 90% of carbon dioxide, but only about half of that for LEDs.
종합하면, LED를 광원으로 사용한 경우 형광등에 비하여 이산화탄소를 그와 유사한 속도로 또는 그 보다 빨리 제거하면서도 에너지를 적게 소비하므로 경제적이고 효율적이다. 특히, 적색 LED (파장 : 600~900 nm)인 경우에 기타 색상의 LED에 비하여 효율이 높았다.In sum, when LED is used as a light source, it is economical and efficient since carbon dioxide is removed at a similar speed or faster than a fluorescent lamp and consumes less energy. In particular, when the red LED (wavelength: 600 ~ 900 nm), the efficiency was higher than the other color LED.
도 1a는 식생을 이용한 이산화탄소 저감 시스템의 구성도이고, 도 1b는 빛의 반반사 공법을 이용한 에너지 재활용 장치 모식도이며, 도 1c는 LED가 접합된 다방향 분산 광섬유 조사장치에 관한 모식도이다. 1A is a schematic diagram of a carbon dioxide reduction system using vegetation, and FIG. 1B is a schematic diagram of an energy recycling apparatus using a light reflection method. FIG. 1C is a schematic diagram of a multidirectional distributed optical fiber irradiation apparatus in which LEDs are bonded.
도 2는 식생을 이용한 이산화 저감 시스템의 현장 활용예이다. 2 is an example of field use of the discretization reduction system using vegetation.
도 3은 광합성 반응인자인 엽록소 및 카로티노이드의 흡광 스펙트럼이다.3 is an absorption spectrum of chlorophyll and carotenoids, photosynthetic reaction factors.
도 4는 실시예에 따른 이산화탄소 농도의 시간에 따른 변화값을 그래프로 나타낸 것으로서, 도 4a는 형광등의 결과, 도 4b는 LED-Blue의 결과, 도 4c는 LED-Red의 결과, 도 4d는 LED-White의 결과이다 (● 대조군, □ 석창포, ◇ 무늬 석창포, △ 스킨답서스).Figure 4 is a graph showing the change over time of the carbon dioxide concentration according to the embodiment, Figure 4a is the result of the fluorescent lamp, Figure 4b is the result of LED-Blue, Figure 4c is the result of LED-Red, Figure 4d is LED This is the result of -White (● control, □ Seokchangpo, ◇ patterned Changchangpo, △ skin reply).
도 5는 실시예의 결과 및 그 결과를 근거로 계산한 추세선을 나타낸 것이다. Figure 5 shows the results of the embodiment and the trend line calculated on the basis of the results.
도 6은 파장에 따른 광원의 일정 강도에서의 에너지 소비량 측정값 (이산화탄소를 50% 또는 90%로 제거하기 위한 소비량)이다. 6 is an energy consumption measurement value (consumption for removing carbon dioxide at 50% or 90%) at a constant intensity of a light source according to a wavelength.
*도면 부호 설명** Drawing reference Explanation *
1 : LED-Red 2 : 유해가스 처리조1: LED-Red 2: Hazardous Gas Treatment Tank
3 : 가스 이송관 4 : 이산화탄소 농축/송출 챔버3: gas transfer pipe 4: carbon dioxide concentration / discharge chamber
5 : 식생 100 : LED 광원 장치5: vegetation 100: LED light source device
110 : 부분 반사체 120 : 광섬유 부착 LED110: partial reflector 120: LED with optical fiber
130 : 반응조 140 : 식생130: reactor 140: vegetation
210 : LED 접촉부 220 : 광섬유210: LED contact portion 220: optical fiber
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