KR20130037935A - 이산화탄소 변환 방법 및 장치, 이를 이용한 이산화탄소 제거 방법 및 장치 - Google Patents

이산화탄소 변환 방법 및 장치, 이를 이용한 이산화탄소 제거 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

이산화탄소 변환 방법 및 장치, 이를 이용한 이산화탄소 제거 방법 및 장치에 관한 것으로, 본 발명에서는, 이산화탄소를 높은 농도와 밀도의 중탄산 이온을 포함하는 용존무기탄소로 변환시킬 수 있는 이산화탄소 변환 방법 및 장치를 제공할 수 있고, 고압축을 위한 장비의 설비비용 및 운용비용을 절감할 수 있으며, 백화현상과 같은 해양생태계 영향 문제를 최소화 하고, 해양 저장시 자연침강이 이루어짐으로써 저장공간 확보와 저장의 안정성 문제, 직접 주입에 따른 경제적 손실 등의 문제를 해소할 수 있는 이산화탄소 변환 방법 및 장치, 이를 이용한 이산화탄소 제거 방법 및 장치를 제공할 수 있다.

Description

이산화탄소 변환 방법 및 장치, 이를 이용한 이산화탄소 제거 방법 및 장치{Method for converting carbon dioxide and apparatus therefor, and Removal method of carbon dioxide and apparatus therefor using the same}
본 발명은, 이산화탄소 변환 방법 및 장치, 이를 이용한 이산화탄소 제거 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 이산화탄소 변환 방법 및 장치, 이를 이용한 이산화탄소 제거 방법 및 장치는 지구 온실 가스 중 인위적 배출량이 가장 많은 이산화탄소를 변환하여 제거하는 방법 및 장치에 관한 것으로 제철소, 발전소 또는 공장 등에서 발생되는 연소배출가스 중 이산화탄소를 공기 중으로 배출시키지 않고, 용존무기탄소 형태로 변환하여 해양에 투입함으로써 이산화탄소를 제거하는데 활용될 수 있다.
온실가스를 저감시키기 위해서는 온실가스의 대부분을 차지하는 이산화탄소의 배출량을 감축해야 한다. 이를 위해 에너지 절약, 고효율 발전기술, 신재생에너지 기술, 인공 조림 또는 생물학적 처리 기술등 다양한 기술이 개발되고 있으며, 그 중 단기간 내에 많은 양의 이산화탄소 배출을 저감할 수 있는 기술로는 이산화탄소 포집 및 저장 기술(CCS, Carbon Capture and Storage)을 들 수 있다.
이러한 이산화탄소 포집 및 저장 기술에 의해 포집된 이산화탄소는 적절한 방법을 이용하여 저장해야 하며, 현재 육상 또는 해저 지중 저장 방법이 주로 검토되고 있다. 이 중 지중 저장방법으로는 이산화탄소를 초임계 상태로 유전, 가스전 또는 염수층 등의 지중 공간에 주입한 후 열적, 수리학적, 역학적, 화학적 거동을 거쳐 격리저장 하는 방법을 들 수 있으나, 특허문헌 1과 같은 지중 저장 방법은 공간의 한계, 초임계상태 또는 액화이산화탄소를 저장하기 때문에 높은 압력으로 인한 누출 위험 등의 문제점이 있으며, 이렇게 지중 저장된 이산화탄소가 해수 중으로 누출될 경우 해양 산성화에 의해 해양생태계에 악영향을 미칠 수 있다.
한편, 특허문헌 2와 같은 해양 저장 방법은 1,000m 이상의 깊이에 이산화탄소를 직접 주입하여 해수에 용해시키는 방법, 3,000m 이상의 해저의 고립된 공간에 고밀도의 이산화탄소를 주입하여 주변 해수로의 용해와 확산을 지연시키는 방법 등이 있으나, 이산화탄소를 직접 해양에 주입하여 저장할 경우 해양산성화에 의한 해양생태계 영향 문제, 안정성 문제 등이 있으며, 비교적 깊은 수심에 초임계 상태의 이산화탄소를 주입하기 때문에 저장비용이 높다는 문제점이 있다.
또한, 종래에는 이산화탄소를 탄산칼슘(CaCO3)과 같은 불용성 탄산염으로 변환하여 해양에 저장하는 방법이 있었으나, 이러한 방법을 통해 저장된 불용성 탄산염은 백화 현상을 유발하여 각종 어패류와 해조가 죽어가는 현상이 발행하는 등 해양을 황폐화 시킨다는 문제점이 있다.
더욱이, 하기 반응식 1과 2는 석회암의 풍화작용으로 불리는 자연 상태에서의 이산화탄소 대순환 중 일부로, 자연 상태에서는 반응이 수천년 또는 수만년의 매우 오랜 시간에 걸쳐 일어나기 때문에 급격하게 증가하는 이산화탄소로 인한 기후변화를 막기에는 부족함이 있다.
[반응식 1]
CO2 + H2O + CaCO3 ↔ Ca2 + + 2HCO3 -
[반응식 2]
2CO2 + H2O + CaO ↔ Ca2 + + 2HCO3 -
이처럼 현재 개발된 방법은 상술한 바와 같이 비용, 시간 및 부작용이라는 문제점들이 있으며 안정성 및 경제성을 확보하기까지 향후 상당한 연구와 시일이 필요한 실정이다.
대한민국 공개특허 제2011-0074056호 대한민국 공개특허 제2010-0068088호
본 발명의 목적은 이산화탄소를 높은 농도와 밀도의 중탄산 이온을 포함하는 용존무기탄소로 변환시킬 수 있도록 함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 이산화탄소를 초임계 상태로 가압하지 않음으로써, 이산화탄소의 고압축을 위한 장비의 설비비용 및 운용비용을 절감하도록 함에 있다.
또한, 탄산칼슘(CaCO3)과 같은 불용성 탄산염 상태로 해양에 저장하는 것이 아니라 이온 상태로 심해에 저장함으로써, 해양의 백화현상과 같은 해양생태계 영향 문제를 최소화하는데 목적을 갖는다.
더욱이, 중탄산 이온을 포함하는 용존무기탄소를 해양 저장시 자연침강이 이루어짐으로써, 안정성 문제, 저장공간 확보와 직접 주입에 따른 경제적 손실 등의 문제를 해소할 수 있는 이산화탄소 변환 방법 및 장치, 이를 이용한 이산화탄소 제거 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 이산화탄소를 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 수용액에 반응시켜 중탄산 이온을 포함하는 용존무기탄소를 생성하되, 상기 수산화마그네슘 Mg(OH)2의 농도는 150mM 이상인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 변환 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 이산화탄소를 수산화마그네슘(Mg(OH)2)을 포함하는 수용액과 반응시켜 용존무기탄소로 변환 시키기 위한 변환공간을 제공하는 반응조, 상기 반응조 내로 해수를 공급하는 해수 공급장치, 상기 반응조 내로 수산화마그네슘을 공급하는 수산화 마그네슘 공급장치, 상기 반응조 내로 이산화탄소를 공급하는 이산화탄소 공급장치, 상기 이산화탄소를 해수에 고르게 분배하기 위한 기체 분배기, 상기 반응조 내로 공급된 해수, 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 또는 이산화탄소 (CO2) 중 선택된 둘 이상의 반응물을 교반하기 위한 교반기 및 상기 반응조에서 용존무기탄소로 변환을 마친 반응물을 배출하는 배출구를 구비하는 이산화탄소 변환 장치를 제공한다.
더욱이, 상기 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로 본 발명에 따른 이산화탄소 변환 방법을 통해 변환되는 용존무기탄소를 수 수온약층 이하의 해양 수심에 투입하여 자유침강 시키는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 제거 방법을 제공한다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위한 또 다른 수단으로 본 발명에 따른 이산화탄소 변환 장치로부터 변환되는 용존무기탄소를 해양으로 옮기기 위한 이동수단과 상기 이동수단에 의해 옮겨진 용존무기탄소를 수온약층 이하의 해양 수심에 투입시키기 위한 투입수단을 포함하는 이산화탄소 제거 장치를 제공한다.
본 발명에서는, 이산화탄소를 높은 농도와 밀도의 중탄산 이온을 포함하는 용존무기탄소로 변환시킬 수 있는 이산화탄소 변환 방법 및 장치를 제공할 수 있고, 이산화탄소의 고압축을 위한 장비의 설비비용 및 운용비용을 절감할 수 있으며, 백화현상과 같은 해양생태계 영향 문제를 최소화 하고, 해양 저장시 자연침강이 이루어지게 함으로써 저장공간 확보와 저장의 안정성 문제, 직접 주입에 따른 경제적 손실 등의 문제를 해소할 수 있다.
도 1은 해수의 pH에 따른 무기탄소의 형태별 함량 비율 그래프.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 변환 장치의 계략적인 개념도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이산화탄소 변환 장치 중 수산화마그네슘 공급 장치에 포함된 전처리 장치의 개념도.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 이산화탄소를 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 수용액에 반응시켜 중탄산 이온(HCO3 -)을 포함하는 용존무기탄소를 생성하되, 상기 수산화마그네슘 Mg(OH)2의 농도는 150mM 이상인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 변환 방법을 제공한다.
본 발명에서 사용되는 용어인 “용존무기탄소”는 해수 중에 용해된 무기성 탄소로서 용존 이산화탄소(CO2), 중탄산이온(HCO3 -) 또는 탄산이온(CO3 2-)을 의미하고, 본 발명에서는 해수 중 용존 이산화탄소(CO2)는 극소량으로 존재하며 대부분의 용존 이산화탄소(CO2)는 후술하는 탄산칼슘(CaCO3), 탄산마그네슘(MgCO3) 형태의 침전물로 석출된다.
이하, 중탄산 이온(HCO3 -)을 포함하는 용존무기탄소의 생성 원리를 본 발명의 일 예를 통해 설명한다.
본 발명에 따른 중탄산 이온(HCO3 -)을 포함하는 용존무기탄소의 생성은 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 수용액에 이산화탄소를 주입함으로써 생성된다. 이때, 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 수용액에 이산화탄소가 공급되면 수용액의 pH가 낮아지게 되고 이렇게 낮아진 pH로 인해 수용액상의 수산화마그네슘(Mg(OH)2)은 해수에 용해되어 수산화이온(OH-)과 마그네슘 이온(Mg2 +)의 형태를 띈다. 이렇게 용해된 수산화이온(OH-)은 이산화탄소(CO2)와 결합하여 중탄산(HCO3 -) 이온을 형성하고 미반응된 이산화탄소는 용존무기탄소(탄산이온(CO3 2 -) 용존이산화탄소(CO2)) 형태로 변환되거나 해수 내에 잔류하는 마그네슘이온(Mg2 +) 또는 칼슘이온(Ca2+)과 결합하여 탄산마그네슘(MgCO3), 탄산칼슘(CaCO3) 등의 침전물을 형성하게 된다.
이때, 상기 수산화마그네슘(Mg(OH)2)의 농도는 150mM 이상인 것이 고농도의 중탄산 이온(HCO3 -)을 생성하기 위해 바람직하며, 이러한 수산화마그네슘(Mg(OH)2)의 농도가 150mM 미만일 경우 후술하는 이산화탄소의 해양 주입시 자연 침강이 이루어지지 않아 해양 생태계 파괴, 처리비용 증가 등의 문제점이 있을 수 있다.
본 발명에서 상기 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 수용액에 첨가되는 수산화마그네슘(Mg(OH)2)은 상업적으로 판매하는 것을 사용하는 것이 가능하며, 예를 들어, 수산화마그네슘(Mg(OH)2)은 입자의 크기가 10nm 내지 10㎛인 것을 사용할 수 있다.
이러한 상기 수산화마그네슘(Mg(OH)2)은 해수에 존재하는 마그네슘 이온(Mg2 +)을 활용하여 제조될 수 있으며 바람직하게는 해수와 염기성 산화물을 혼합하여 제조된 것을 사용할 수 있다. 이때, 상기 염기성 산화물은 생석회(CaO), 석회석(CaCO3), 소석회Ca(OH)2, 슬래그 및 석탄회로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 사용하는 것이 바람직하고, 그 중 생석회(CaO)를 해수와 반응시켜 수산화마그네슘 (Mg(OH)2)을 제조하는 것이 보다 바람직하다. 이때, 상기 생석회(CaO)의 함량은 특별히 한정하는 것은 아니나 해수/생석회(CaO)의 중량비가 133 이하인 것이 수산화마그네슘 (Mg(OH)2) 생성 효율을 높이는데 바람직하다.
이하, 해수와 염기성 산화물을 혼합하여 제조되는 수산화마그네슘(Mg(OH)2)을 이용하여 이산화탄소를 중탄산 이온(HCO3 -)을 포함하는 용존무기탄소로 변환하는 이산화탄소의 변환 원리를 본 발명의 일 예를 통해 설명한다.
본 발명의 일 예에 따른 이산화탄소 변환 방법은 해수와 염기성 산화물인 생석회(CaO)를 혼합하여 제조되는 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 수용액에 이산화탄소를 주입함으로써 생성된다.
이러한 현상은 다음 반응식과 용해도곱 상수(Ksp, solubility product constant)값을 통해 설명할 수 있다.
Mg(OH)2 (s) ↔ Mg2 + (aq) + 2OH- (aq) Ksp = 5.61X10-12
Ca(OH)2 (s) ↔ Ca2 + (aq) + 2OH- (aq) Ksp = 5.02X10-6
MgCO3 (s) ↔ Mg2 + (aq) + CO3 2 + (aq) Ksp = 6.82X10-6
CaCO3 (s) ↔ Ca2 + (aq) + CO3 2 + (aq) Ksp = 3.36X10-9
해수에 용해된 생석회(CaO)는 수산화칼슘(Ca(OH)2)으로 변환되며 해수 내에 존재하는 마그네슘(Mg2+)이온은 용해도곱 상수값이 매우 낮기 때문에 수산화이온(OH-)과 결합하여 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 침전이 형성된다. 이후 이산화탄소(CO2)가 공급되면 해수의 pH가 낮아짐에 따라 수산화마그네슘(Mg(OH)2)이 해수 중으로 용해되면서 수산화이온(OH-)이 공급되고, 이러한 수산화이온(OH-)은 이산화탄소(CO2)와 반응하여 중탄산이온(HCO3 -)으로 변환된다. 이 과정에서 추가적으로 공급 또는 미 반응된 이산화탄소(CO2)는 해수에 존재하는 마그네슘이온(Mg2 +) 또는 칼슘이온(Ca2+)과 반응하여 탄산마그네슘(MgCO3) 또는 탄산칼슘(CaCO3)을 형성할 수 있다. 그러나, 탄산칼슘(CaCO3)의 용해도곱 상수값이 상대적으로 매우 낮기 때문에 대부분 탄산칼슘(CaCO3)의 침전물을 형성한다.
이와 같이 수산화마그네슘(Mg(OH)2)의 투입량을 증가시키면 이산화탄소의 변환 반응 후 용존무기탄소 농도가 증가하게 된다.
따라서, 본 발명에서 제조되는 중탄산 이온을 포함하는 용존무기탄소는 해수에 주입되어 자유침강이 일어날 수 있도록 고농도로 농축해야 하며 이러한 중탄산 이온을 포함하는 용존무기탄소의 몰농도는 120mM 이상인 것이 바람직하다. 상기 중탄산 이온을 포함하는 용존무기탄소의 몰농도가 120mM 미만일 경우 해수에 주입시 자유 침강 효과가 떨어진다는 문제점이 있을 수 있다.
본 발명에 따른 이산화탄소 변환 방법은 이산화탄소를 고농도의 중탄산 이온(HCO3 -)을 포함하는 용존무기탄소로 변환시킬 수 있고, 이렇게 변환된 중탄산 이온(HCO3 -)을 포함하는 용존무기탄소는 해양에서 자연 침강할 수 있기 때문에 저렴한 비용 및 간편한 설비로 이산화탄소를 제거 및 저장하는 것이 가능하며 각종 탄산염(탄산칼슘, 탄산마그네슘, 탄산철, 탄산나트륨 등)을 부산물로 얻는 등 다양한 제품의 효율적인 생산 또한 가능한 방법이다.
도 1은 해수의 pH에 따른 무기탄소의 형태별 함량 비율 그래프로 도 1에 나타낸 바와 같이 이산화탄소 변환 과정에서 형성되는 용존무기탄소는 일반적인 심층해수의 pH 범위인 7.4～7.5 부근에서는 90%이상 중탄산 이온(HCO3 -) 형태로 존재하며 완충용액으로 작용하기 때문에 pH의 변화가 거의 일어나지 않는다.
또한 본 발명의 이산화탄소 변환 방법을 이용한 이산화탄소 제거 방법은 본 발명에 따른 이산화탄소 변환 방법으로 변환되는 용존무기탄소를 수온약층 이하의 해양 수심에 투입하여 자유침강 시킴으로써 이산화탄소를 제거할 수 있다.
이때 용존무기탄소를 해양에 주입하는 수심은 수온약층의 수심을 초과하여 심해층의 상층부(수심 약 300m 이하)에 투입되는 것이 보다 바람직하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 변환 장치(100)의 계략적인 개념도를 보인 것이다.
이하, 첨부된 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예 따른 이산화탄소 변환 장치를 설명한다.
본 발명의 일 실시예 따른 이산화탄소 변환 장치(100)는 도 2에 나타낸 바와 같이 이산화탄소를 수산화마그네슘(Mg(OH)2)을 포함하는 수용액과 반응시켜 용존무기탄소로 변환 시키기 위한 변환공간을 제공하는 반응조(10), 상기 반응조(10) 내로 해수를 공급하는 해수 공급장치(20), 상기 반응조(10) 내로 수산화마그네슘을 공급하는 수산화 마그네슘 공급장치(30), 상기 반응조(10) 내로 이산화탄소를 공급하는 이산화탄소 공급장치(40), 상기 이산화탄소를 해수에 고르게 분배하기 위한 기체 분배기(41), 상기 반응조(10) 내로 공급된 해수, 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 또는 이산화탄소(CO2) 중 선택된 둘 이상의 반응물을 교반하기 위한 교반기(50) 및 상기 반응조(10)에서 용존무기탄소로 변환을 마친 반응물을 배출하는 배출구(60)를 구성요소로 포함한다.
본 발명에서 반응조(10)는 내부로 유입되는 해수와 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 및 이산화탄소(CO2)를 용존무기탄소로 변환 시키기 위한 변환 공간을 제공한다.
수산화 마그네슘 공급장치(30)는 상기 반응조(10)의 상단에 위치하여 수산화 마그네슘을 공급한다. 상기 반응조(10)의 상단과 하단에는 해수를 공급하기 위한 해수 공급장치(20)와 이산화탄소를 공급하기 위한 이산화탄소 공급장치(40)가 위치하여 반응조(10) 내부로 해수와 이산화탄소를 각각 공급할 수 있도록 설치된다. 이때, 상기 이산화탄소 공급장치(40)는 반응조(10) 내부의 하단에 기체 분배기(41)가 설치되어 이산화탄소가 해수에 균일하게 분배될 수 있도록 한다.
또한, 교반기(50)는 상기 반응조(10)에 내설되어 반응조(10) 내로 공급된 해수, 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 또는 이산화탄소(CO2) 중 선택된 둘 이상의 반응물을 교반 함으로써 이산화탄소의 변환속도를 향상시킨다.
상기 반응조(10)에서 용존무기탄소로 변환을 마친 반응물은 반응조(10)의 하단에 위치하는 배출구(60)를 통해 배출되게 된다. 도시된 바 없으나, 배출구(60)에는 이산화탄소 변환과정에서 생성되는 침전물인 각종 탄산염(탄산칼슘, 탄산마그네슘, 탄산철, 탄산나트륨 등)이 함께 배출되는 것을 막을 수 있는 필터가 장착될 수 있다. 더욱이, 본 발명에 따른 이산화탄소 변환 장치(100)는 반응조(10)의 하단에 설치되어 용존무기탄소로 변환시 반응조(10) 내에 발생하는 침전물을 제거하기 위한 침전물 제거장치(80)를 추가로 구비할 수 있다.
상기 해수 공급장치(20)는 이산화탄소를 해수에 용해시키는 것을 원활하게 하기 위하여 반응조(10) 내에 해수 공급 스프레이(70)를 추가로 구비할 수 있다. 이러한 해수 공급 스프레이(70)는 반응조(10) 내에 공급된 해수의 수면 위측 공간에 내설되어 이산화탄소 용해를 돕고 미반응 이산화탄소를 해수에 용해시킬 수 있도록 한다.
또한, 반응조(1)의 상단에는 미반응 이산화탄소 제거 장치(1)가 설치되어 미반응된 이산화탄소를 배출 할 수 있도록 한다.
본 발명의 일 실시예 따른 이산화탄소 변환 장치(100)는 반응조 내로 공급된 수산화마그네슘 Mg(OH)2을 저장하여 반응에 참여할 수 있도록 하는 액체투과용기(90)를 추가로 구비할 수 있으며, 이러한 액체투과용기(90)는 반응조(10) 내에 내설되어 수산화마그네슘을 저장하는 공간으로 사용할 수 있는 것이면 특별히 제한을 두지 않으나 수산화마그네슘의 해수와의 접촉면적을 높여 반응효율을 보다 높일 수 있다는 액체를 투과할 수 있는 재질을 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이산화탄소 변환 장치(100) 중 수산화 마그네슘 공급장치(30)는 수산화마그네슘을 생성하는 전처리 장치(200)를 추가로 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이산화탄소 변환 장치(100) 중 수산화 마그네슘 공급장치(30)에 포함된 전처리 장치(200)의 개념도이다. 이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 이산화탄소 변환 장치(100)를 설명한다.
상기 전처리 장치(200)는 수산화마그네슘 생성 반응 공간을 제공하는 생성조(31), 상기 생성조(31) 내로 해수를 주입하는 해수 주입 장치(32), 상기 생성조(31) 내로 염기성 산화물을 주입하는 염기성 산화물 주입 장치(33), 상기 해수와 염기성 산화물을 교반하여 수산화마그네슘 침전물을 생성시키기 위한 해수 교반기(34), 상기에서 생성된 수산화마그네슘 침전물을 추출하고 반응수를 제거하기 위한 입자필터(35)를 포함하는 반응물 제거 장치(36) 및 상기에서 추출된 수산화마그네슘을 이송하기 위한 이송장치(37)를 구성요소로 포함한다.
본 발명에서 생성조(31)는 수산화마그네슘 생성 반응 공간을 제공한다. 해수 주입 장치(32)는 생성조(31)의 일측에 형성되어 해수를 생성조(31) 내부로 유입시키고, 염기성 산화물 주입장치(33)는 상기 생성조(31)의 상단에 위치하여 생성조(31)로 염기성 산화물을 공급한다. 이때, 상기 염기성 산화물은 생석회(CaO), 석회석(CaCO3), 소석회Ca(OH)2, 슬래그 및 석탄회로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 사용하는 것이 바람직하고, 그 중 생석회(CaO)를 해수와 반응시켜 수산화마그네슘 (Mg(OH)2)을 제조하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 해수 교반기(34)는 생성조(31)에 내설되어 생성조(31) 내로 공급된 해수와 염기성 산화물을 교반 할 수 있는 것이면 특별히 제한을 두는 것은 아니며 예를 들어, 회전식 교반기 또는 스크류식 교반기 등을 사용할 수 있다.
반응물 제거 장치(36)는 생성조(31)의 하단에 설치되어 반응수를 제거하기 위한 것으로서 반응물 제거 장치(36)에는 입자필터(35)가 장착되어 생성된 수산화마그네슘 침전물을 추출할 수 있으며, 이렇게 추출된 수산화마그네슘은 생성조(31)의 하단에 설치된 이송장치(37)에 의해 상술한 수산화마그네슘 공급 장치(30)와 연결되어 이산화탄소 변환 장치(100)에 수산화마그네슘을 공급할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 또 다른 수단으로 본 발명에 따른 이산화탄소 변환 장치로부터 변환되는 용존무기탄소를 해양으로 옮기기 위한 이동수단과 상기 이동수단에 의해 옮겨진 용존무기탄소를 수온약층 이하의 해양 수심에 투입시키기 위한 투입수단을 포함하는 이산화탄소 제거 장치를 제공한다.
상기 이산화탄소 제거 장치는 본 발명에 따라 변형된 용존무기탄소를 해양(심해)에 투입하기 위한 장치로, 상기 이동수단은 용존무기탄소를 투입하고자 하는 해양까지 이동할 수 있는 수단이라면 제한되지 않고 사용될 수 있으며, 예를 들어, 선박, 파이프 등을 통해 용존무기탄소를 이동시킬 수 있다.
상기 투입수단은 수온약층 이하의 해양 수심으로 용존무기탄소를 이동시킬 수 있는 수단이라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 파이프와 펌프를 이용하여 용존무기탄소를 해양으로 투입시킬 수 있다.
이렇게 투입된 본 발명에 따른 용존무기탄소는 해수 밀도와의 차이로 인해 자연 침강함에 따라 최종적으로는 이산화탄소를 용존무기탄소로 변환하여 해양에 저장할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면 이산화탄소의 고압축을 위한 장비의 설비비용 및 운용비용을 절감할 수 있으며, 백화현상과 같은 해양생태계 영향 문제를 최소화 하고, 해양 저장시 자연침강이 이루어지게 함으로써 저장공간 확보와 저장의 안정성 문제, 직접 주입에 따른 경제적 손실 등의 문제를 해소할 수 있다.
한편, 본 발명은 전술한 전형적인 바람직한 실시예에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 개량, 변경, 대체 또는 부가하여 실시할 수 있는 것임은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개량, 변경, 대체 또는 부가에 의한 실시가 이하의 첨부된 특허청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 보아야 한다.
100: 이산화탄소 변환 장치 200: 전처리 장치
10: 반응조 20: 해수 공급장치
30: 수산화 마그네슘 공급장치 40: 이산화탄소 공급장치
41: 기체 분배기 50: 교반기
60: 배출구 70: 해수 공급 스프레이
80: 침전물 제거장치 90: 액체투과용기
31: 수산화마그네슘 생성조 32: 해수 주입 장치
33: 염기성 산화물 주입 장치 34: 해수 교반기
35: 입자필터 36: 반응물 제거 장치
37: 이송장치 1: 미반응 이산화탄소 제거 장치

Claims (13)

  1. 이산화탄소를 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 수용액에 반응시켜 중탄산 이온을 포함하는 용존무기탄소를 생성하되,
    상기 수산화마그네슘 Mg(OH)2의 농도는 150mM 이상인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 변환 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 중탄산 이온을 포함하는 용존무기탄소의 몰농도는 120mM 이상인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 변환 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 수산화마그네슘 Mg(OH)2은 해수와 염기성 산화물을 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 변환 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 알칼리성 산화물은 생석회(CaO), 석회석(CaCO3), 소석회Ca(OH)2, 슬래그 및 석탄회로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 변환 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 용존무기탄소는 중탄산이온(HCO3 -), 탄산이온(CO3 -) 또는 용존 이산화탄소(CO2) 중 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 변환 방법.
  6. 제 1항 내지 5항에 따른 이산화탄소 변환 방법을 통해 변환되는 용존무기탄소를 수온약층 이하의 해양 수심에 투입하여 자유침강 시키는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 제거 방법.
  7. 이산화탄소를 수산화마그네슘 Mg(OH)2을 포함하는 수용액과 반응시켜 용존무기탄소로 변환 시키기 위한 변환공간을 제공하는 반응조;
    상기 반응조 내로 해수를 공급하는 해수 공급장치;
    상기 반응조 내로 수산화마그네슘을 공급하는 수산화 마그네슘 공급장치;
    상기 반응조 내로 이산화탄소를 공급하는 이산화탄소 공급장치;
    상기 이산화탄소를 해수에 고르게 분배하기 위한 기체 분배기;
    상기 반응조 내로 공급된 해수, 수산화마그네슘 Mg(OH)2 또는 이산화탄소 CO2 중 선택된 둘 이상의 반응물을 교반하기 위한 교반기; 및
    상기 반응조에서 용존무기탄소로 변환을 마친 반응물을 배출하는 배출구를 구비하는 이산화탄소 변환 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 해수 공급장치는 반응조 내에 해수 공급 스프레이를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 변환 장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 이산화탄소 변환 장치는 용존무기탄소로 변환시 반응조 내에 발생하는 침전물을 제거하기 위한 침전물 제거장치를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 변환 장치.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 이산화탄소 변환 장치는 이산화탄소를 용해시키기 위한 해수분사노즐을 반응조 내에 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 변환 장치.
  11. 제 7항에 있어서
    상기 수산화 마그네슘 공급장치는 수산화마그네슘을 생성하는 전처리 장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 변환 장치.
  12. 제 11항에 있어서
    상기 전처리 장치는 수산화마그네슘 생성 반응 공간을 제공하는 생성조;
    상기 생성조 내로 염기성 산화물을 주입하는 알카리성 주입 장치;
    상기 해수와 염기성 산화물을 교반하여 수산화마그네슘 침전물을 생성시키기 위한 해수 교반기; 및
    상기에서 생성된 수산화마그네슘 침전물을 추출하기 위한 입자필터를 구비하는 전처리 장치를 포함하는 이산화탄소 변환 장치.
  13. 제 7항 내지 12항에 따른 이산화탄소 변환 장치로부터 변환되는 용존무기탄소를 해양으로 옮기기 위한 이동수단과
    상기 이동수단에 의해 옮겨진 용존무기탄소를 수온약층 이하의 해양 수심에 투입시키기 위한 투입수단을 포함하는 이산화탄소 제거 장치.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140041184A (ko) * 2012-09-27 2014-04-04 한국전력공사 탁도계를 이용한 이산화탄소 농축수 포집 장치
KR101499139B1 (ko) * 2014-07-18 2015-03-06 주식회사 나노텍세라믹스 탄산염의 연속 제조방법
KR20170050383A (ko) * 2015-10-30 2017-05-11 대우조선해양 주식회사 선박의 이산화탄소 처리 시스템 및 방법
CN115487660A (zh) * 2022-11-01 2022-12-20 浙江海暨核生科技有限公司 利用海水进行碳中和的方法、装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140041184A (ko) * 2012-09-27 2014-04-04 한국전력공사 탁도계를 이용한 이산화탄소 농축수 포집 장치
KR101499139B1 (ko) * 2014-07-18 2015-03-06 주식회사 나노텍세라믹스 탄산염의 연속 제조방법
KR20170050383A (ko) * 2015-10-30 2017-05-11 대우조선해양 주식회사 선박의 이산화탄소 처리 시스템 및 방법
CN115487660A (zh) * 2022-11-01 2022-12-20 浙江海暨核生科技有限公司 利用海水进行碳中和的方法、装置
CN115487660B (zh) * 2022-11-01 2023-10-17 浙江海暨核生科技有限公司 利用海水进行碳中和的方法、装置

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