KR20120074515A - 혐기소화조용 이산화탄소 포집장치 및 이를 이용한 원예시설 - Google Patents

혐기소화조용 이산화탄소 포집장치 및 이를 이용한 원예시설 Download PDF

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이학로
윤희철
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Abstract

혐기소화조용 이산화탄소 포집장치 및 이를 이용한 원예시설이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 혐기소화조용 이산화탄소 포집장치는 혐기소화조로부터 공급된 바이오가스를 저장하는 저장부; 저장부로부터 배출되는 바이오가스를 정제하여 이산화탄소를 포집하는 포집부; 및 포집부에서 포집된 이산화탄소를 공급하기 위한 공급부;를 포함한다.

Description

혐기소화조용 이산화탄소 포집장치 및 이를 이용한 원예시설 {CO2 COLLECTING APPARATUS FOR ANAEROBIC DIGESTION TANK AND ENVIRONMENT FACILITIES OF USE IT}
본 발명은 혐기소화조로부터 이산화탄소를 포집할 수 있도록 제공되며, 포집된 이산화탄소를 원예작물로 공급하여 성장을 촉진시키는 혐기소화조용 이산화탄소 포집장치 및 이를 이용한 원예시설에 관한 것이다.
일반적으로 온실을 이용한 원예시설은 외부 공기와 차단되어 해충 등의 병충해로부터 영향을 적게 받을 수 있다.
한편, 대부분의 식물에서 탄산가스는 광합성을 촉진시키는 영양소로 식물의 식생에 반듯이 필요하다.
그러나, 온실과 같은 원예시설은 외부와 차폐되어 원활한 공기의 유입이 이루어지지 않으며, 이에 따라 외부로부터 탄산가스가 지속적으로 공급되지 못한다.
이와 같이, 종래의 원예시설은 탄산가스가 지속적으로 공급되지 못할 경우, 식물의 성장 등에 영향을 끼치게 되므로, 원예시설의 내부로 탄산가스를 공급하는 재배기술이 개발되어 사용되고 있다.
일례로, 식물에서 탄소동화작용에 필요한 탄산가스의 최저농도인 탄산가스 보상점은 온실의 천정을 개방시 평균 탄산가스량보다 3%, 천정과 측면의 창을 닫았을 때에는 15%이상 저하된다.
일례로 토마토의 경우, 하루에 고정하는 탄산가스량(실 탄소동화작용량)은 m2당 30g인데, 온실 내 탄산가스량이 대기중의 평균농도보다 10%가 낮아지면 실 탄소동화작용량(net photosynthesis)은 27.6g/m2로 감소된다.
따라서, 종래에는 식생의 성장을 촉진시키기 위해 원예시설의 내부로 탄산가스를 공급하고 있으며, 이를 위해 프로판, 경유 등의 화석원료를 연소시켜 탄산가스를 발생시키는 방법이 사용되고 있다.
그러나, 종래에는 화석연료를 연소시키는 과정에서 다량의 연료가 소모되고 있으며, 화석연료의 연소시 탄산가스와 함께 일산화탄소, 에틸렌, 아황산가스, 질산가스 등의 유해가스가 발생할 수 있고, 고가의 설치비용 및 유지 등의 문제가 있다.
한편, 원예시설에서 이용되는 탄산가스는 주로 이산화탄소로 이루어질 수 있다. 이러한 이산화탄소는 분리회수된 이산화탄소를 액화하여 온실로 운반한 후, 온실 내의 이산화탄소 투입장치를 통하여 공급하고 있다.
더불어, 종래에는 이산화탄소를 발생시키기 위해 촉매를 이용하는 방법이 사용되고 있으나, 이산화탄소의 구입 등에 많은 비용이 소요되고 있다. 일례로 종래에는 원예시설의 유지, 관리에 필요한 비용의 약 10%에 해당하는 비용이 이산화탄소의 구입 등을 위해 사용되고 있어 농가의 소득증가를 제한하고 있는 상황이다.
본 발명의 일 실시예는 혐기소화조로부터 발생하는 바이오가스로부터 이산화탄소를 포집할 수 있도록 하며, 포집된 이산화탄소를 식생으로 공급할 수 있도록 제공된 혐기소화조용 이산화탄소 포집장치 및 이를 이용한 원예시설에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 혐기소화조용 이산화탄소 포집장치는 혐기소화조로부터 공급된 바이오가스를 저장하는 저장부; 저장부로부터 배출되는 바이오가스를 정제하여 이산화탄소를 포집하는 포집부; 및 포집부에서 포집된 이산화탄소를 공급하기 위한 공급부;를 포함한다.
또한, 포집부는 바이오가스에 포함된 황화합물, 실록세인, 수분 중 적어도 하나를 제거하는 불순물처리부를 포함할 수 있다.
또한, 포집부는 바이오가스를 통과시켜 메탄가스와 이산화탄소를 분리하는 압력스윙흡착필터(Pressure Swing Absorption)와, 압력스윙흡착필터에 의해 분리된 메탄가스를 저장하는 메탄가스 저장탱크와, 압력스윙흡착필터에 의해 분리된 이산화탄소를 저장하는 이산화탄소 저장탱크를 포함할 수 있다.
또한, 메탄가스 저장탱크와 연결되어 메탄가스를 연소시키는 연소부를 더 포함할 수 있다.
또한, 연소부에 설치되어 연소되어 배기되는 가스에 포함된 이산화탄소를 포집하는 개질기를 더 포함할 수 있다.
더불어, 연소부와 포집부 사이에 연결되며, 연소부에서 메탄가스의 연소에 의해 생성된 가스를 포집부로 바이패스 시키는 바이패스 연결부를 더 포함할 수 있다.
한편, 공급부는 포집부 및 포집부에서 포집된 이산화탄소의 수요처 사이에 설치된 공급라인과, 공급라인의 일측에 설치된 밸브를 포함할 수 있다.
또한, 공급라인의 일측에 설치된 펌프를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 혐기소화조를 이용한 원예시설은 유기성 폐기물을 저장하여 혐기소화반응에 의해 바이오가스를 생산하는 혐기소화조; 혐기소화조와 연결되는 전술된 혐기소화조용 이산화탄소 포집장치; 및 이산화탄소 포집장치를 거쳐 정제된 이산화탄소가 식생으로 공급하도록 밀폐되는 식생재배용 온실;을 포함한다.
여기서, 공급부는 포집부 및 포집부에서 포집된 이산화탄소의 수요처 사이에 설치된 공급라인과, 공급라인의 일측에 설치된 밸브를 포함할 수 있다.
또한, 공급라인의 일측에 설치된 펌프를 더 포함할 수 있다.
한편, 식생재배용 온실에 설치되어 내부의 이산화탄소 농도를 감지하는 센서와, 센서에서 측정된 이산화탄소의 농도를 설정치와 비교하여 식생재배용 온실로 공급되는 이산화탄소의 공급량이 조절되도록 밸브 및 펌프의 작동을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 혐기소화조에서 발생하는 이산화탄소를 원예시설로 공급할 수 있어 식물의 성장을 촉진시킬 수 있고, 이산화탄소의 구입에 소요되는 비용을 줄일 수 있어 소득 증대에 기여할 수 있다. 또한, 본 실시예는 도시의 유기성 폐기물 도는 농가주위의 유기성 폐기물을 이용하여 이산화탄소 또는 메탄가스를 생산할 수 있어 환경오염을 줄일 수 있어 친환경적이면서도, 별도의 추가 비용이 소요되지 않아 경제성을 높일 수 있다. 또한, 본 실시예에서 이산화탄소를 발생시키는 혐기소화조는 기피시설로 분류되어 설치에 어려움이 있었으나, 혐기소화조로 인한 경제적 보상이 가능하여 혐기소화조의 설치시 주민들의 민원을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혐기소화조를 이용한 원예시설을 도시한 블록도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 혐기소화조를 이용한 원예시설을 도시한 블록도.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 단, 동일하거나 대응하는 구성요소에는 동일한 참조번호를 부여하고, 이에 대하여 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혐기소화조를 이용한 원예시설을 도시한 블록도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 혐기소화조를 이용한 원예시설은 혐기소화조(100), 혐기소화조용 이산화탄소 포집장치(200), 식생재배용 온실(300)을 포함할 수 있다.
혐기소화조(100)는 외부로부터 유입되는 유기성 폐기물이 저장될 수 있다. 일례로 혐기소화조(100)로 공급되는 유기성 폐기물은 농축슬러지, 분뇨, 음식물 쓰레기, 음폐수(음식물류 폐기물 폐수) 등으로 이루어질 수 있다.
혐기소화조(100)는 이러한 유기성 폐기물을 혐기소화시켜 분해할 수 있으며, 이를 통해 메탄가스 또는 이산화탄소를 생성할 수 있다.
일례로, 본 실시예에서 혐기소화조(100)는 유기성 폐기물을 혐기소화함에 따라 메탄 65%, 이산화탄소 35%인 바이오가스를 발생시킬 수 있으며, 이러한 바이오가스에는 H2S와 같은 황화합물, 실록세인, 수분 등과 같은 불순물이 포함될 수 있다.
또한, 본 실시예에서 혐기소화조용 이산화탄소 포집장치(200)는 저장부(210)와, 포집부(230), 공급부(250)를 포함할 수 있다.
본 실시예에서 저장부(210)는 혐기소화조(100)와 연결되며, 혐기소화조(100)로부터 공급되는 바이오가스를 저장할 수 있다.
저장부(210)에는 혐기소화조(100)로부터 공급된 바이오가스로부터 이산화탄소를 포집하는 포집부(230)가 연결될 수 있다.
한편, 본 실시예의 포집부(230)는 바이오가스에 포함된 불순물을 제거하기 위한 불순물처리부(220)를 포함할 수 있다.
불순물처리부(220)는 산화철(Fe2O3), 활성탄 등과 같은 흡착제를 이용하여 황화합물을 제거하는 건식 흡수법과, 기체 또는 액체로 이루어진 흡수제가 세정장치를 통해 향류 또는 병류로 접촉하며 황화합물을 제거하는 습식 흡수법이 사용될 수 있다.
한편, 포집부(230)는 불순물처리부(220)를 통과하여 불순물이 제거된 바이오가스로부터 메탄가스와 이산화탄소를 분리할 수 있다.
이를 위해 포집부(230)는 바이오가스의 유동선상에 설치된 압력스윙흡착필터(Pressure Swing Absorption)를 포함할 수 있다.
압력스윙흡착필터는 이산화탄소만이 통과할 수 있도록 제공되며, 이에 따라 바이오가스에 포함된 이산화탄소와 메탄가스를 분리할 수 있다. 이러한 압력스윙흡착필터는 압력을 가함에 따라 이산화탄소의 분리효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 포집부(230)는 압력스윙흡착필터에 의해 분리된 이산화탄소와 메탄가스를 각각 저장하기 위한 이산화탄소 저장탱크(240)와 메탄가스 저장탱크(260)를 포함할 수 있다.
이와 같이 포집부(230)에 의해 이산화탄소 저장탱크(240)에 저장된 이산화탄소는 공급부(250)에 의해 이산화탄소의 수요처, 일례로 식생재배용 온실(300)로 공급될 수 있다.
또한, 공급부(250)는 포집부 및 수요처 사이에 설치된 공급라인을 포함할 수 있고, 공급라인의 일측에는 개폐를 단속하기 위한 (도시되지 않은) 밸브가 설치될 수 있다.
또한, 공급라인의 일측에는 이산화탄소를 펌핑하여 배출하기 위한 (도시되지 않은) 펌프가 더 설치될 수 있다.
한편, 본 실시예는 메탄가스 저장탱크에 연결되는 연소부(270)를 더 포함할 수 있다.
연소부(270)는 메탄가스를 연소시켜 배기할 수 있다. 이때, 메탄가스를 연소시킨 가스에는 이산화탄소가 포함될 수 있다.
본 실시예에서 연소부(270)는 발전기 등을 포함할 수 있으며, 메탄가스는 발전기 등으로 공급되어 연소되며 전기 등을 발생한 후 배기될 수 있으며, 개질기(280)를 통과하여 이산화탄소가 재포집되는 과정을 거칠 수 있다.
일례로, 개질기(280)는 보조 압력스윙흡착필터를 포함할 수 있으며, 배기가스는 보조 압력스윙흡착필터를 거쳐 이산화탄소화와 분리된 후 별도의 공해방지시설(290)로 배출될 수 있다. 또한, 보조 압력스윙흡착필터를 통과한 이산화탄소는 포집부의 이산화탄소 저장탱크(240)에 저장된 후, 공급부(250)에 의해 온실로 공급될 수 있다.
본 실시예에서 혐기소화조를 이용한 원예시설은 개질기(280)에서 이산화탄소가 재포집되어, 이산화탄소 저장탱크(240), 공급부(250)를 거쳐 온실(300)로 공급되는 것으로 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않으며 다양하게 변형될 수 있다
일례로, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 혐기소화조를 이용한 원예시설을 도시한 블록도이다.
도 2를 참고하면, 연소부(270)와 포집부(230) 사이에는 연소부(270)에서 배기되는 가스를 포집부(230)의 전단으로 바이패스 시키는 바이패스 연결부(275)가 더 설치될 수 있다.
더불어, 연소부(270)에서 배치되는 가스에 포함된 이산화탄소는 불순물처리부(220)를 통과할 수 있으며, 이 과정에서 연소과정에서 발생된 불순물이 제거될 수 있다.
또한, 포집부(230)로 바이패스된 배기가스는 다시 압력스윙흡착필터를 통과함에 따라 이산화탄소가 분리되어 이산화탄소 저장탱크(240)에 저장될 수 있다.
한편, 본 실시예에서 이산화탄소의 수요처는 식생을 재배하는 온실(300)을 포함할 수 있다.
이러한 온실(300)은 공급부(250)로부터 이산화탄소를 공급받아 대기중의 이산화탄소 농도를 증가시켜 식생의 성장을 촉진시킬 수 있다.
CO2 공급농도(ppm) 수량(Kg/m2) 과수(Kg/m2) 평균과중(g)
0 2.37 5.9 398
400 5.09 11.6 436
1100 6.84 14.0 490
여기서, 표 1은 식생재배용 온실(300)의 이산화탄소 농도에 따라 과실의 크기를 나타낸 것으로서, 표 1을 참고하면 식생재배용 온실은 400ppm의 농도로 50톤/ha의 이산화탄소가 공급될 수 있다.
이때의 과실수에 열리는 과실수는 5.09Kg/m2의 비율로 열리게 되며, 이산화탄소가 사용되지 않을 경우의 과실수인 2.37Kg/m2에 비해 증가했음을 알 수 있다. 또한 과수의 경우에도 각각 5.9Kg/m2에서 11.6 Kg/m2으로 증가하며, 평균과중의 경우에도 398g에서 436g으로 증가함을 알 수 있다.
또한, 식생재배용 온실(300)은 1,100ppm의 농도로 50톤/ha의 이산화탄소가 공급될 경우, 과실수는 2.37Kg/m2에서 6.84Kg/m2으로 증가하며, 과수는 5.9Kg/m2에서 14.0Kg/m2으로, 평균과중은 398g에서 490g으로 증가함을 알 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에서 식생재배용 온실(300)은 내부의 이산화탄소 농도가 높을 경우 식생의 성장이 더욱 촉진됨을 알 수 있다.
또한, 식생재배용 온실(300)에서 재배되는 각 식생들은 최적의 성장을 위한 이산화탄소 농도가 각각 다를 수 있으며, 각각의 식생들에 맞춰 이산화탄소 농도를 조절할 수 있다.
이를 위해 식생재배용 온실(300)에는 내부의 이산화탄소 농도를 감지하는 (도시되지 않은) 센서가 설치될 수 있다. 이 센서는 이산화탄소 농도를 감지하여 이를 전기적 신호로 변환하여 (도시되지 않은) 제어부로 전달할 수 있다.
제어부에는 각 식생에 따라 최적의 이산화탄소 농도가 미리 설정되어 있으며, 제어부는 센서에서 측정된 이산화탄소의 농도를 설정치와 비교하여 식생재배용 온실(300)로 공급되는 이산화탄소의 공급량을 판단할 수 있다.
더불어, 제어부는 밸브 및 펌프와 연결될 수 있으며, 밸브와 펌프의 작동을 제어하여 식생재배용 온실(300)로 공급되는 이산화탄소의 공급량을 조절할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
100 : 혐기소화조 200 : 이산화탄소 포집장치
210 : 저장부 220 : 불순물처리부
230 : 포집부 240 : 이산화탄소 저장탱크
250 : 공급부 260 : 메탄가스 저장탱크
270 : 연소부 280 : 개질기
290 : 공해방지시설 300 : 식생재배용 온실

Claims (12)

  1. 혐기소화조로부터 공급된 바이오가스를 저장하는 저장부;
    상기 저장부로부터 배출되는 바이오가스를 정제하여 이산화탄소를 포집하는 포집부; 및
    상기 포집부에서 포집된 이산화탄소를 공급하기 위한 공급부;
    를 포함하는 혐기소화조용 이산화탄소 포집장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 포집부는 상기 바이오가스에 포함된 황화합물, 실록세인, 수분 중 적어도 하나를 제거하는 불순물처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 혐기소화조용 이산화탄소 포집장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 포집부는 상기 바이오가스를 통과시켜 메탄가스와 이산화탄소를 분리하는 압력스윙흡착필터(Pressure Swing Absorption)와,
    상기 압력스윙흡착필터에 의해 분리된 메탄가스를 저장하는 메탄가스 저장탱크와,
    상기 압력스윙흡착필터에 의해 분리된 이산화탄소를 저장하는 이산화탄소 저장탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 혐기소화조용 이산화탄소 포집장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 메탄가스 저장탱크와 연결되어 메탄가스를 연소시키는 연소부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혐기소화조용 이산화탄소 포집장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 연소부에 설치되어 연소되어 배기되는 가스에 포함된 이산화탄소를 포집하는 개질기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혐기소화조용 이산화탄소 포집장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 연소부와 상기 포집부 사이에 연결되며, 상기 연소부에서 상기 메탄가스의 연소에 의해 생성된 가스를 상기 포집부로 바이패스 시키는 바이패스 연결부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혐기소화조용 이산화탄소 포집장치.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공급부는 상기 포집부 및 상기 포집부에서 포집된 이산화탄소의 수요처 사이에 설치된 공급라인과,
    상기 공급라인의 일측에 설치된 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 혐기소화조용 이산화탄소 포집장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 공급라인의 일측에 설치된 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혐기소화조용 이산화탄소 포집장치.
  9. 유기성 폐기물을 저장하여 혐기소화반응에 의해 바이오가스를 생산하는 혐기소화조;
    상기 혐기소화조와 연결되는 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 따른 혐기소화조용 이산화탄소 포집장치; 및
    상기 이산화탄소 포집장치를 거쳐 정제된 이산화탄소가 식생으로 공급하도록 밀폐되는 식생재배용 온실;
    을 포함하는 혐기소화조를 이용한 원예시설.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 공급부는 상기 포집부 및 상기 포집부에서 포집된 이산화탄소의 수요처 사이에 설치된 공급라인과,
    상기 공급라인의 일측에 설치된 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 혐기소화조를 이용한 원예시설.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 공급라인의 일측에 설치된 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혐기소화조를 이용한 원예시설.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 식생재배용 온실에 설치되어 내부의 이산화탄소 농도를 감지하는 센서와,
    상기 센서에서 측정된 이산화탄소의 농도를 설정치와 비교하여 상기 식생재배용 온실로 공급되는 이산화탄소의 공급량이 조절되도록 상기 밸브 및 상기 펌프의 작동을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혐기소화조를 이용한 원예시설.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2016131921A (ja) * 2015-01-19 2016-07-25 本田技研工業株式会社 二酸化炭素回収装置
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