KR20140047111A - 광촉매 패널 및 그것의 산출 생성물을 회수하기 위한 시스템 - Google Patents

광촉매 패널 및 그것의 산출 생성물을 회수하기 위한 시스템 Download PDF

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KR20140047111A
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베아테 슐라게터
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Abstract

대기 기체를 산출 생성물로 변환하고 산출 생성물을 포획하기 위해 태양광을 사용하는 광촉매 조성물 빌딩 패널이 제공된다. 광 투과성이고, 대기 기체에 실질적으로 침투성이며, 산출 생성물에 실질적으로 비침투성인 용기 내에 광촉매 요소가 봉입된다. 광촉매 요소는 모두가 단일 중합체로 결합된, 대기 기체를 포획 또는 결합할 수 있는 제1 구성성분, 태양광으로부터 에너지를 사용하여 상기 대기 기체를 환원시킬 수 있는 제2 구성성분, 및 태양광을 흡수하기에 적합한 제3 구성성분을 포함하는 광촉매 조성물로 이루어질 수 있다. 다른 세 가지 결합된 구성성분의 성질에 따라 소수성 또는 친수성인 제4 구성성분이 추가될 수 있다.

Description

광촉매 패널 및 그것의 산출 생성물을 회수하기 위한 시스템{PHOTOCATALYTIC PANEL AND SYSTEM FOR RECOVERING OUTPUT PRODUCTS THEREOF}
본 출원은 "광촉매 패널 및 그것의 산출 생성물을 회수하기 위한 시스템"이라는 제목으로 2011년 7월 5일에 출원되고 본원과 공동명의로 양도되었으며 동시 계류중인 출원번호 제13/176,523호 (관리번호 2011P13578US (1867-0216)) 및 "환경 반응성 빌딩 및 그것의 제어 시스템"이라는 제목으로 2011년 7월 5일에 출원되고 본원과 공동명의로 양도되었으며 동시 계류중인 출원번호 제13/176,582호 (관리번호 2011P12226US (1867-0214))와 관련되어 있다. 이들 두 출원 각각의 전체 개시내용은 합법적인 범위 내에서 본원에 참고문헌으로서 삽입된다.
본원에 개시된 실시태양은 태양광 및 대기 기체를 이용하여 유용한 산출 생성물을 발생시키는 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히, 실시태양은 산출 생성물을 추출 및 저장하기 위한 시스템과 함께 광촉매 작용 또는 광합성을 달성하기 위한 요소를 패널에 포함시킨다.
온실 기체 및 그것이 대기와 지구 생태계에 미치는 영향에 대한 우려가 지난 10년 동안 커져 왔다. 특정 기체, 예컨대 이산화탄소 (CO2)의 영향에 대한 인식이 커지면서 탄소 배출물을 줄이기 위한 노력을 촉발시켜 왔다. 그 결과, 많은 규제산업에서 배출물을 제거하기 위한 국소적인 시스템을 포함시켜 대기로 배출되는 CO2 및 다른 온실 기체의 양을 줄인다. 화석 연료를 이용하는 자동차들은 촉매 변환 장치를 포함하여 유해한 배기관 배출물을 감소시킨다.
그러나, 특히 성장하는 공업 경제분야에서, 비용 및 성능 문제가 온실 기체 배출물을 줄이기 위한 시스템 준수 또는 수용에 있어서까지 걸림돌이 되어 왔다. 일부 경우에서 온실 기체는 재순환되어 연소에 재사용될 수 있다. 그러나, 온실 기체 배출물을 최소화하기 위한 지금의 많은 접근법들은 단순히 기체의 유해한 성분을 매립지에 버릴 수 있는 산출물로 변환시키는 것이다.
온실 기체, 특히 CO2에 대한 우려가 증폭되면서, 대안이 되는 해결책, 특히 정부로부터 권한을 받고 규제를 받는 준수사항을 요구하지 않는 해결책이 더욱 중요해졌다. 최적의 해결책은 어떠한 다른 처리 형태를 요구하지 않는 유용한 생성물을 발생시키면서 온실 기체를 감소시키는 것일 수 있다.
한 측면에서, 용기를 이루는 다수의 벽 및 용기와 통하는 배출구를 갖는 하우징을 포함하는 패널이 제공된다. 하우징의 하나 이상의 벽은 태양광에 투과성인 부분을 갖는다. 투과성인 부분을 통해 태양광에 노출되도록 광변환 요소가 용기 내에 배치된다. 광변환 요소는 대기 기체를 배출구를 통해 배출 가능한 산출 생성물로 변환하도록 태양광을 사용하게 기능할 수 있다. 다수의 벽 중 하나 이상은 대기 기체에 높은 침투성을 갖고 산출 생성물에 낮은 침투성을 갖는 침투성 부분을 포함한다.
다른 측면에서, 대기 기체를 포획 또는 결합할 수 있는 제1 구성성분 또는 조성물 (A), 태양광으로부터 에너지를 사용하여 상기 대기 기체를 환원시킬 수 있는 제2 구성성분 또는 조성물 (B), 및 태양광을 흡수하기에 적합한 제3 구성성분 또는 조성물 (C)을 포함하는 광촉매 조성물이 제공된다. 구성성분은 단일 중합체를 형성하기에 적절한 방법으로 결합되는 단량체일 수 있다. 한 특성에서, 단량체는 인접한 단량체 사이의 간격이 나노미터 규모인 반복 사슬로 결합한다. 반복 사슬은 대기 기체를 환원시킬 수 있는 단량체(단량체 B)가 대기 기체의 공급원, 즉 단량체 A 및 에너지의 공급원, 즉 단량체 C 모두에 바로 인접하도록 구성될 수 있다. 광촉매 조성물은 다른 구성성분의 친수성/소수성 성질에 따라 소수성 또는 친수성인 제4 구성성분을 추가로 포함할 수 있다.
도 1은 개시된 한 실시태양에 따른 광촉매 패널의 대표 단면도이다.
도 2는 개시된 제2 실시태양에 따른 광촉매 패널의 대표 단면도이다.
도 3a는 개시된 제3 실시태양에 따른 광촉매 패널의 대표 단면도이다.
도 3b는 도 3a에 나타낸 광촉매 패널 구성성분의 확대 투시도이다.
도 4는 개시된 제4 실시태양에 따른 광촉매 패널의 대표 단면도이다.
도 5는 개시된 제5 실시태양에 따른 광촉매 패널의 대표 단면도이다.
도 6은 개시된 제6 실시태양에 따른 광촉매 패널의 대표 단면도이다.
도 7은 개시된 한 실시태양에 따른 광촉매 패널 및 산출 생성물 회수 시스템의 대표 단면도이다.
도 8은 개시된 다른 실시태양에 따른 광촉매 패널 및 산출 생성물 회수 시스템의 대표 단면도이다.
도 9는 개시된 다른 실시태양에 따른 빌딩에 이용되는 광촉매 패널 및 산출 생성물 회수 시스템의 대표 단면도이다.
도 10 및 11은 본원에 개시된 광촉매 요소에서 사용하기 위한 중합체의 화학 구조의 도해이다.
도 1에 관하여, 용기 (14)를 이루는 하우징 (12)을 포함하는 광촉매 패널 (10)이 제공된다. 하우징 (12)은 패널 (10)이 빌딩 패널로 쓰이도록 구성될 수 있다. 따라서 하우징은 빌딩의 "피부"와 같이 작용하기에 충분한 구조적 짜임새를 가질 수 있다. 이와 다르게, 패널 (10)의 하우징이 "독립형" 요소로 구성될 수 있다. 바람직하게는 용기 내 휘발성 생성물의 기체 손실을 피하도록 용기 (14)가 실질적으로 밀봉 또는 봉입된다.
광변환 요소 (16)는 용기 (14) 내에 배치되며, 변환 요소는 태양광 및 대기 기체(들)를 산출 생성물로 변환하도록 기능할 수 있다. 광변환 요소는 광합성 또는 "인공 광합성"을 달성할 수 있는 조성물을 포함할 수 있으며, 생물학적 공장과 같이 공기, 물 및 태양광이 가공되어 산출 생성물을 생산한다. 다른 형태에서, 광변환 요소 (16)는 태양광에 의해 "동력을 공급받을 때" 물의 존재하에서 이산화탄소 (CO2)와 반응하여 메탄올, 일산화탄소 또는 특정 탄화수소를 생산하도록 기능할 수 있는 광촉매 패널이다. 한 예에서, 이 반응은 이산화티탄(TiO2) 나노입자를 함유하는 광촉매 요소로 달성할 수 있다. TiO2 나노입자는 반응 효율을 높이기 위해 탄소 나노튜브 또는 다른 금속 나노입자로 보강될 수 있다. 본 개시내용의 목적에서, 광변환 요소는 광촉매 요소 (16)로 불릴 것이며 이 요소가 "인공 광합성"에 의해 상이한 산출 생성물을 생산하도록 기능할 수 있다고 이해된다.
용기 (14) 내 광촉매 요소를 지지할 수 있는 일반적으로 딱딱한 기판 (18)상에 광촉매 요소 (16)가 지지될 것이다. 기판은 광촉매 또는 광합성 반응의 반응 구성성분 및 반응 생성물에 불활성일 수 있는 충분히 딱딱한 물질로 형성될 수 있다. 특정 실시태양에서, 기판 및 하우징은 동일한 물질로 형성될 수 있으며 이는 금속, 중합체, 유리 또는 세라믹일 수도 있다. 광촉매 요소는 임의의 방식으로, 예컨대 광촉매 요소를 기판상에 한 층으로서 도포하거나 별도로 형성된 광촉매 시트를 기판상에 부착함으로써 기판과 연관될 수 있다.
하우징의 하나 이상의 벽 (12a)은 태양광이 통과하여 광촉매 요소에 도달하도록 구성된다. 따라서 벽 (12a)은 광 투과성, 보다 특히 광합성 반응이 잘 일어나는 광파장에 투과성인 부분을 갖는다. 벽 (12a)은 광합성 반응에 필수적인 대기 기체 또는 기체들에 침투성인 부분을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 벽의 부분이 CO2에 매우 침투성일 수 있다. 더욱이, 광합성 반응의 반응 생성물에 대해서 벽의 부분이 비침투성이거나 낮은 침투성을 갖는다. 따라서, 반응 생성물이 메탄올인 실시태양에서, 벽 (12a)의 부분은 일반적으로 메탄올에 비침투성이어서 이러한 산출 생성물이 용기 (14)로부터 새어나가지 않을 것이다.
한 실시태양에서, 벽 (12a)은 도 1에 묘사된 바와 같이 벽의 전체 또는 일부에 걸쳐 이어지는 막 (20)을 갖는다. 막은 CO2와 같은 대기 기체에 침투성이고, 메탄올과 같은 반응 생성물에 비침투성이며 광 투과성인 물질로 형성된다. 특정 실시태양에서 막은 폴리실록산, 폴리아민, 폴리페닐렌-옥시드, 셀룰로스-아세테이트, 에틸셀룰로스, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 폴리스티롤, 폴리비닐, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리카르보네이트 또는 다른 유사 중합체성 물질로 형성될 수 있다.
특정 광촉매 및 광합성 반응은 물을 필요로 하므로, 광촉매 패널 (10)은 물을 광촉매 요소 (16)로 유도하도록 구성된다. 한 실시태양에서 하우징 (12)은 대기 수분을 용기 (14)로 통과시키도록 구성되는 부분을 포함한다. 따라서, 막 (20)은 대기 수분에 침투성일 수도 있다. 이와 다르게, 도 2에서 도시한 바와 같이 대기 기체에 침투성인 한 부분 (32)과 대기 수분에 침투성인 다른 부분 (34)을 포함하는 광촉매 패널 (30)이 제공될 수 있다. 따라서 각각의 부분은 광합성 산출 생성물(들)에 대해 비침투성 또는 낮은 침투성 뿐만 아니라 필요한 침투성을 갖는 막을 포함할 수 있다.
기판 (18)은 광촉매 요소 (16) 및 광합성 과정에 본질적으로 비활성인 물질로 형성된다. 물질은 얇은 프로파일을 유지하면서도 용기 내 광촉매 요소를 지지할 정도로 충분히 강하다. 일부 실시태양에서, 광촉매 요소 (16)는 투명하거나 또는 반투명하다. 이러한 실시태양에서 기판 (18)은 광촉매 요소가 그 위에 배치되는 반사면을 포함할 수 있다. 반사면은 층 (16)을 통해 통과하는 어떠한 빛이든 그 층으로 다시 반사하여 광합성 반응에 공급할 것이다.
하우징 (12)은 광합성 산출 생성물(들)의 배출을 위한 배출구 (24)를 갖는다. 특정 실시태양에서 배출 생성물(들)은 주로 기체, 예컨대 메탄올, CO 또는 특정 탄화수소이다. 따라서 배출구 (24)는 하우징 상에 다양한 위치에 배치될 수 있다. 광합성 산출 생성물(들)이 용기 (14)를 확실히 빠져나가도록 유동 임펠러, 예컨대 배기팬(exhaust fan)을 배출구에 포함시킬 수 있다는 점이 고려될 수 있다. 이와 다르게, 배출구를 가로지르는 기류를 유도하기 위해 배출구 (24)가 저압 용기로 개방될 수 있다. 또한, 배출구 (24)가 산출 생성물(들)에 침투성이지만 광합성 기체, 예컨대 CO2, 및 용기 내 물 또는 수분에 실질적으로 비침투성인 필터를 포함하는 것이 고려된다. 일부 광합성 과정에서, 산출 생성물(들)은 액체를 포함할 수 있고, 액체 산출 생성물(들)의 배출을 위해 배출구 (24)가 적절히 배치되고 구성된다.
도 1에 나타낸 광촉매 패널 (10)은 외부 공급기로부터의 물을 수용하도록 변형될 수 있다. 따라서, 도 3a에 나타낸 광촉매 패널 (10')이 하우징 (12') 안에 물 유입구 (26)를 포함할 수 있으며 유입구는 물 공급원, 예컨대 빌딩 물 공급기에 연결된다. 물은 유입구 (26)로부터 광촉매 요소 (16)로 직접 제공될 수 있다. 패널은 패널상 광합성 반응을 최적화하기 위해 패널을 가로질러 물을 분배하도록 구성될 수 있다. 따라서, 패널은 물 분배 채널과 함께 구성될 수 있다. 한 실시태양에서, 광촉매 요소 (16)는 패널과 기판 (18) 사이에 배치된 모세관 시트 (17)를 갖는다. 이 모세관 시트는 전체 광촉매 요소를 통해 모세관 작용에 의해 물을 수송하도록 구성된다. 유입구 (26)는 유입구와 물 공급원 사이에 광촉매 패널 (10')로의 물 흐름을 조절하기 위한 밸브 (27)를 포함할 수 있다. 요소의 물 레벨을 평가하기 위해 용기 (14) 내에 또는 광촉매 요소 (16)와 접촉하여 물 센서 (28)가 제공될 수 있다. 센서는 광촉매 패널로의 물의 흐름을 조절하는 밸브 (27)에 연결된 습도 센서 또는 수분 센서일 수 있다. 이와 다르게, 모세관 시트 (17)가 직접 접촉되어 있는 저장소로 유입구 (26)가 물을 제공할 수 있다. 모세관 작용에 의해 필요에 따라 시트가 저장소로부터 물을 끌어당길 것이다. 저장소는 저장소 내의 물이 소정 레벨 미만으로 떨어질 때 보충되도록 구성될 수 있다.
다른 실시태양에서, 도 4에 묘사된 바와 같이 광촉매 패널 (40)은 광촉매 요소에 대한 태양광 노출을 조절하도록 구성될 수 있다. 특정 광촉매 요소에 대하여, 태양광에 노출되는 시간에 걸쳐 조성물이 분해될 수 있다. 따라서, 이러한 노출을 제한하여 광촉매 요소의 수명을 개선하도록 하는 것이 바람직하다. 이러한 실시태양에서 광촉매 패널 (40)은 용기 (44)를 이루는 하우징 (42)을 포함한다. 광촉매 요소 (46)는 용기 내에 배치되나 이 실시태양에서 하우징 규모의 일부에만 걸쳐 이어지도록 크기가 정해진다. 더욱 특히, 광촉매 패널 (40)은 위에 논의한 막과 같은 기체 침투성 막 (50) 및 광촉매 요소 (46)와 직접 일직선인 광학창 (52)을 갖는다. 요소 (46) 및 창 (52)은 보통 동일 공간에 존재할 수 있다. 광촉매 패널 (40)은 하우징의 벽 (42a)에 걸쳐 미끄러지도록 배열된 실드 (51)를 추가로 포함한다. 따라서 실드 (51)는 광촉매 요소로 통과하는 태양광의 양을 조절하기 위해 다양하게 광학창 (52)을 차단할 수 있다. 실드의 이동은 용기 (44) 내 광촉매 요소 (46)의 산출 및/또는 반응성 대기 기체 (예컨대 CO2)의 이용가능성과 관련하여 조절될 수 있다. 예를 들어, 용기 내 CO2 레벨이 너무 낮아 중요한 광합성 또는 광촉매 반응을 유지하기 어려우면 광촉매 요소에 태양광을 제공할 필요가 없다. 예를 들어, 실드 (51)가 광촉매 요소로의 태양광을 완전히 차단하도록 배치될 수 있다. CO2 수준이 올라감에 따라 실드가 움직여서 점진적으로 광학창을 개방하고 광촉매 요소를 태양광에 노출시킬 수 있다.
대부분의 경우에서, 적어도 본원에 개시된 조절되고 밀봉된 광촉매 패널의 환경 내에서, 광합성 또는 광촉매 반응을 위해 이용 가능한 태양광의 양은 반응을 유지하기 위해 이용 가능한 CO2를 초과한다. 결과적으로, 광촉매 패널 (40)은 패널이 대기로부터 CO2를 수용하는 능력을 증가시키도록 변형될 수 있다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 광촉매 패널 (60)은 용기 (64) 내 기판 (68)상에 설치된 광촉매 요소 (66)와 광학창 (72)이 나란하고 보통 동일 공간에 존재하도록, 패널 (40)과 유사하게 구성될 수 있다. 하우징 (62)의 부분은 CO2에 침투성인 다중막 (70a, 70b 및 70c)을 지지하도록 구성될 수 있다. 더 넓은 막 표면적은 더 많은 CO2가 대기로부터 용기 (64)로 통과하는 것을 의미한다. 이러한 표면적은 도 5에 도시한 바와 같이 막에 주름을 포함시킴으로써 더욱 증가시킬 수 있다. 이러한 "아코디언" 또는 물결 모양의 배열은 각 막 (70a, 70b 및 70c)의 표면적을 상당히 증가시킨다. 일부 적용에 있어서, 이러한 아코디언 특성을 갖는 단일 막이 빌딩 패널 내 최적의 광합성 또는 광촉매 반응에 충분할 수 있다.
도 1-5의 실시태양에서, 광촉매 요소는 봉입되거나 밀봉된 용기 내에 설치된 기판상에 지지된다. 하우징 (예컨대 하우징 (12))의 내부에 기판 (예컨대 기판 (18))을 설치하기 위해 받침대 (나타내지 않음)를 사용할 수 있다. 사용된 광촉매 요소를 대체하기 위해 층 및 기판을 제거하는 것이 가능하도록 하우징을 구성할 수 있다. 한 가지 접근법에서, 벽은 하우징으로부터 제거되어 광촉매 요소로의 접근을 제공하도록 구성된다. 다른 접근법에서, 하우징의 벽이 구멍 또는 슬롯을 가져 층 및 기판이 용기 내부로 및 외부로 미끄러질 수 있다. 밀봉된 용기 내 광촉매 요소를 제거 가능하게 지지하는 다른 방법 및 수단이 고려된다.
특정 실시태양에서, 광촉매 요소를 광촉매 패널 벽에 직접 설치함으로써 별도의 기판이 제거될 수 있다. 따라서, 도 6에 나타낸 바와 같이, 광촉매 패널 (80)은 광합성/광촉매 작용 산출 생성물에 대한 배출구 (94)를 갖는 밀봉된 용기 (84)를 이루는 하우징 (82)을 포함한다. 하우징의 외부 벽 (82a)은 태양광 또는 보다 특히 광합성 또는 광촉매 반응에 효과적인 파장의 광에 투과성이 되도록 구성되는 광학창 (92)을 가질 수 있다. 이러한 실시태양에서 광촉매 요소 (86)는 광학창 (92)에 직접 설치된다. 하우징의 반대쪽 벽 (82b)은 반응 기체, 예컨대 CO2에 침투성인 막 (90) 또는 다른 특징부를 포함할 수 있다. 막은 또한 상기한 바와 같이 수분에 침투성일 수 있고, 또는 광촉매 패널 (80)이 광합성/광촉매 반응을 수행하기에 필수적인 물의 외부 공급원과 통합되도록 구성될 수 있다.
도 1-6의 실시태양에서 봉입된 광촉매 패널은 기체상의 산출 생성물로 기체가 채워진다. 광합성/광촉매 반응 동안 용기 (예컨대 용기 (14))는 막 (20)을 통과하게 되어 있는 CO2 및 메탄올과 같은 기체상 산출 생성물로 채워질 것이다.
이와 다르게, 배출을 위해 액체에 산출 생성물이 용해되어 있는 액체 환경에서 광촉매 반응이 일어날 수 있다. 도 7에 나타낸 광촉매 패널 (100)은 봉입되거나 밀봉된 용기 (104)를 이루는 하우징 (102)을 포함한다. 광촉매 요소 (106)는 용기 내 배치된 기판 (108)상에 지지된다. 하우징의 한 벽 (102a)은 광촉매 반응을 유지하기 위한 기체, 예컨대 CO2에 침투성이고 광 투과성인 요소 (110)를 갖는다. 요소는 이러한 특성을 갖는 막일 수 있거나, 또는 두 특성을 별도로 갖는 두 요소일 수 있는 것으로 이해된다.
이러한 실시태양에서, 하우징 (102)은 액체, 바람직하게는 요소 (106) 내의 광촉매 또는 광합성 반응을 지지하기에 유용한 수계 용액을 포함하도록 구성된다. 더욱이, 액체는 바람직하게는 광촉매/광합성 반응의 산출 생성물과 혼화성이다. 액체, 예컨대 물 또는 완충 물 용액이 유입구 (116)를 통해 용기 (104)로 제공되며 배출구 (114)를 통해 배출된다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 펌프 (120)가 배출구, 또는 유입구에 제공되어 광촉매 패널 (100)을 통한 연속적인 액체의 흐름을 제공하도록 할 수 있다. 액체는 반응 기체, 예컨대 CO2에 침투성인 요소 (110)의 부분과 밀접하게 접촉하여 기체가 액체에 용해될 수 있도록 한다. 한 실시태양에서 액체는 광촉매 또는 광합성 반응을 지지하기 위해 유용하고 CO2를 쉽게 용해하는 것으로 알려진 물이다. 물은 또한 특정 광촉매 산출 생성물, 예컨대 메탄올을 용해하는 것으로도 알려져 있다. 광촉매 패널 (100)을 통해 흐르는 액체는 또한 액체에 용해될 수 없는 다른 반응 생성물을 물리적으로 수송할 수도 있다.
광촉매 패널 (100)의 배출구 (114)는 액체 또는 물을 재순환하면서 반응 생성물을 분리하고 통과시키게 기능할 수 있는 분리 용기 (122)로 연결된다. 따라서 용기 (122)는 액체, 예컨대 물에 실질적으로 비침투성인 상태로 남아있으면서 반응 생성물의 통과를 가능하게 하도록 구성되는 분리 요소 또는 막 (126)을 포함할 수 있다. 분리된 산출 생성물은 저장 또는 수송을 위해 배출구 (128)를 통하여 분리 용기 (122)로부터 배출된다.
용기 (122)는 액체/물을 유입구 (116)로 되돌리는 재순환 도관 (129)에 연결된다. 광촉매/광합성 반응 동안 특정 양의 액체/물이 필수적으로 소비되기 때문에 유입구 (116)에 재충전 유입구 (117)가 제공된다. 재충전 유입구는 액체/물 공급기에 연결되며 빌딩 패널 (100)의 용기 (104)가 채워지되 초과 압력이 되지 않도록 하기 위해 구성된 조절 밸브로 조절될 수 있다.
다른 실시태양에서, 도 8에 나타낸 광촉매 패널 (130)은 요소에 전압을 인가함으로써 촉매 반응을 강화하도록 구성된 광촉매 요소 (136)를 포함한다. 광촉매 요소 (136)는 전기전도성 부분을 포함하는 기판 (138)상에 설치된다. 빌딩 패널 (130)은 그 안에 광촉매 요소가 지지되는 용기 (134)를 이루는 하우징 (132)을 포함한다. 하우징의 벽 (132a)은 CO2에 침투성이지만 광촉매 또는 광합성 산출 생성물 및 용기를 채우는 액체, 예컨대 물에 비침투성인 요소 (140)를 포함한다. 도 7에 나타낸 실시태양에서와 같이, 하우징은 반응 산출 생성물을 포함한 물을 세퍼레이터 (152)로 직접적으로 흐르도록 하는 조절 밸브 (150)를 포함할 수 있는 배출구 (144)를 갖는다. 세퍼레이터 (152)는 분리된 산출 생성물에 대한 배출구 (158)를 가지며 액체/물을 유입구 (146)로, 용기 (134)로 되돌리는 재순환 도관 (160)에 연결된다. 추가적인 물은 재충전 유입구 (162)를 통해 제공된다.
다른 측면에서, 도 8에 나타낸 광촉매 패널 (130)은 광촉매 요소 (136)에 전압을 인가하는 수단을 포함한다. 따라서, 전극 또는 전극 플레이트 (167)가 광촉매 요소 (136) 및 기판 (138)으로부터 오프셋된 용기 (134) 내에 배치되고 전도액, 예컨대 물이 간극 내에 배치된다. 전극 플레이트 (167) 및 요소 (136) 및/또는 기판 (138)의 전도성 부분은 각각의 전선 (169, 171)에 의해 전압 공급원 (165)에 연결된다. 한 측면에서, 전압 공급원은 태양광에 노출되는 광발전 변환기일 수 있어 광촉매 패널이 외부 전원 공급원에 연결될 필요가 없다. 광발전 변환기 (165)는 광촉매 패널의 다른 구성성분, 예컨대 밸브 (150)에 전원을 공급하도록 크기가 정해질 수 있다. 특정의 한 실시태양에서 전압 과정이 1-3 V의 범위에서 전압을 발생시키는 것을 상상할 수 있다.
광발전 변환기 (165)는 광촉매 요소 (136)의 용량을 보충하도록 추가로 크기가 정해질 수 있다. 두 요소 (변환기 및 광촉매 요소) 모두 에너지 공급에 있어서 태양광에 의존한다. 태양광의 강도 증가는 요소 (136)에서의 촉매 또는 광합성 반응의 양을 증가시킨다. 이러한 증가된 반응은 더 많은 전기적 에너지를 필요로 한다. 태양광 강도가 증가함에 따라 광발전 변환기의 산출량이 증가한다. 광촉매 요소 및 광발전 변환기의 증가된 용량/산출량은 광촉매 패널에 의해 발생되는 산출 생성물의 양을 최적화하도록 조화될 수 있다.
일정한 태양광 노출하에 많은 광촉매 또는 광합성 물질이 분해될 수 있음이 알려져 있다. 더욱이, 특정 물질은 광촉매 또는 광합성 반응을 지지하는 데에 필수적이지 않은 태양광 내 특정 파장에 민감하다. 본원에 개시된 광촉매 패널은 태양광 내 해로운 파장에 광촉매 요소가 노출되는 것을 제한하는 다양한 필터로 구성될 수 있다. 필터는 광촉매 요소와 직접 연관될 수 있고 또는 하우징 벽의 광 투과성 부분과 연관될 수 있다.
본원에 개시된 광촉매 패널은 빌딩과 연관될 수 있고 또는 태양 발전 시설의 일부와 같이 독립된 것일 수 있다. 패널은 빌딩 표면에 설치될 수 있고 또는 비내력(non-load bearing) 빌딩 패널, 예컨대 창을 대체하도록 구성될 수 있다. 후자의 경우에서, 광촉매 패널은 바람직하게는 광 투과성인 반대쪽의 하우징 벽을 포함한다. 예를 들어, 도 1에 나타낸 광촉매 패널 (10)에서 벽 (12a)은 광 투과성인 부분을 포함할 수 있고, 이는 CO2 침투성 막 (20)일 수 있다. 반대쪽 벽 (12b)은 광 투과성 물질, 예컨대 도 4에 나타낸 광학창으로 형성될 수도 있다. 광촉매 요소, 예컨대 요소 (16) 및 지지 기판 (18)은 빌딩 패널 (10)의 부분을 통해 선명한 광학 경로를 제공하도록 크기가 정해질 수 있다.
도 9에 나타낸 한 예에서, 광촉매 패널, 예컨대 패널 (10)은 패널이 최적으로 태양에 노출되도록 배열되어 빌딩 B의 지붕 표면 R에 설치된다. 임의의 광발전 요소, 예컨대 도 8에 나타낸 변환기 (165) 역시 광촉매 패널 (10)에 근접하게 동일한 빌딩 표면에 설치될 수 있다는 점도 고려된다.
광촉매 패널은 광촉매 또는 광합성 반응의 산출 생성물을 수거하기 위한 시스템의 일부일 수 있다. 따라서, 광촉매 패널의 배출구, 예컨대 배출구 (24)는 도관 (180)에 의해 저장 탱크 (182)로 연결될 수 있다. 도관 및 탱크의 성질은 기체든 액체든 산출 생성물의 성질에 의존할 수 있다. 광촉매 패널 내 산출 생성물의 연속적 발생은 광촉매 패널 내 압력을 증가시킬 것이고 이는 자동적으로 광촉매 패널로부터 도관 (180)을 타고 내려와 저장 탱크 (182)로 산출 생성물을 구동시킬 것이라는 점이 고려될 수 있다. 중력 역시 산출 생성물, 특히 액체 산출 생성물이 저장 탱크로 운송되는 것을 도울 수 있다. 기체상의 산출 생성물은 빌딩 패널로부터 기체를 빼내고 이것을 저장 탱크 (182)로 운송하는 것을 돕기 위하여 조절되는 펌프 (나타내지 않음)를 필요로 할 수 있다. 더욱이, 방압 밸브는 빌딩 패널 내 과도한, 그리고 잠재적으로 손상을 주는 기체 압력을 방지하도록 제공될 수 있다. 광촉매 패널 또는 도관 (180)에는 빌딩 패널 내 압력을 감지할 수 있는 압력 센서가 제공될 수 있다. 내부 압력이 한계치를 초과하는 경우, 센서는 촉매/광합성 반응을 정지시키거나 늦추도록 성분을 활성화할 수 있다. 이는 실드, 예컨대 도 4의 실드 (51)를 이동하여 태양광을 차단하는 것을 포함할 수 있고, 또는 예컨대 도 3a에 나타낸 밸브 (27)를 조절하는 것에 의하는 것과 같이 광촉매 패널로의 물 공급을 조절하는 것을 포함할 수 있다. 이와 다르게, 또는 이에 더하여, 광촉매 패널 내 초과 온도에 반응하여 시스템 성분을 조절하기 위한 온도 센서가 용기 내에 제공될 수 있다. 물이 채워진 용기의 경우, 예컨대 도 7에 나타낸 실시태양에서와 같이 일시적으로 광촉매 패널을 통한 물의 흐름을 증가시켜 상온의 물이 패널 밖으로 열을 배출시킬 수 있도록 하는 온도 센서가 사용될 수 있다.
다른 측면에서 산출 생성물은 광촉매 패널로부터 저장 탱크로 열적 구동될 수 있다. 예를 들어, 메탄올이 따뜻한 공간에서 쉽게 증발하고 더 차가운 위치에서 응축하는 경향이 있다는 것이 알려져 있다. 따라서, 빌딩 패널로부터 저장 탱크로 메탄올의 흐름을 촉진하기 위해서는 광촉매 패널 (10)을 상승된 온도에서 유지한다. 빌딩으로의 열 이동을 감소시키기 위해 열적 분리층 (185)이 패널과 지붕 표면 R 사이에 제공될 수 있다. 광촉매 패널은 태양 에너지에 의해 자연스럽게 데워질 수 있고 메탄올의 끓는점(약 65 ℃) 초과 온도로 유지될 수 있다. 동시에, 저장 탱크 (182)는 광촉매 패널로부터 탱크로의 열대류를 유도하기 위해 훨씬 낮은 온도로 유지된다.
주위의 외부 상태에 관계없이 저장 탱크를 더 낮은 온도로 유지하기 위해 탱크 (182)를 지하에 묻을 수 있다. 지하 저장은 약 12 ℃의 일반적으로 균일한 온도를 유지할 수 있어서 빌딩 패널과 저장 탱크 사이에 생성되는 50 ℃의 온도 차이는 산출 생성물이 탱크로 지속적으로 흐르게 할 수 있다. 저장 탱크 (182)와 연관되어 있는 온도 및 압력 센서는 특정 작용, 예컨대 탱크 내 압력을 빼내는 것, 냉각을 적용하는 것 또는 빌딩 패널을 조절하여 산출 생성물의 생성을 늦추거나 정지하는 것을 촉발하기 위해 사용될 수 있다.
저장 탱크 (182)는 단일 광촉매 패널 또는 다수의 패널과 연관될 수 있다. 소정의 저장 탱크가 제공되는 빌딩 패널의 수는 광촉매 패널의 산출 속도, 탱크의 저장 용량 및 산출 생성물의 저장 탱크로의 열적 구동을 유지하는 능력에 의해 결정될 수 있다. 더욱이, 저장 탱크(들)은 천연 기체 추출 시스템과 같이 탱크(들)의 내용물이 더 큰 저장, 가공 또는 분배 시스템에 펌핑되는 더 큰 시스템의 일부일 수 있다.
본원에 개시되는 광촉매 패널 및 시스템은 대기로부터 이산화탄소 (CO2)를 제거하기에 적절하다. 큰 규모에서 이러한 빌딩 패널의 광범위한 사용은 온실 기체로서의 CO2 문제를 줄이는 데 도움을 줄 수 있다. 빌딩 패널은 특히 CO2 배출물을 생성하는 것으로 알려진 지역 주변, 예컨대 자동차 배출물이 만연하고 처리되지 않는 도시 환경에 집중될 수 있다. 본원에 개시된 광촉매 패널은 국소적 대기에서의 CO2 함량을 줄이는 데 도움이 될 뿐만 아니라, 그 CO2를 다른 유용성을 갖는 산출 생성물, 예컨대 메탄올로 전환한다.
본원에 개시된 광촉매 패널과 함께 사용되는 광촉매 요소는 알려진 다양한 구성 및 CO2의 광촉매 감소를 위해 알려진 다양한 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 적절한 광촉매 요소는 다음의 물질 중 하나 이상을 포함할 수 있다: CO2를 CO와 O2로 나누기 위한 다공성 흑연질 탄소 질화물 또는 카르바메이트; 500 nm 미만의 파장의 광에 환원제로서 기능할 수 있는 트리에틸아민과 루테늄-레늄계 촉매; CO2를 CO와 H2로 환원시키기 위한 Ru(2,2')-비피리딘2와 물; CO와 H2를 생성하기 위한 ZrO2와 UV선; 및 CO2를 메탄 (CH4)와 메탄올 (CH3OH)로 환원하기 위한 TiO2와 물. 이러한 이전의 접근법 대부분은 비효율적이며 높은 농도, 종종 일반적인 대기중의 레벨을 초과하는 농도의 CO2를 갖는 중요한 산출 생성물을 생산할 뿐이다. 일부 예에서, 광촉매 요소(들)를 CO2에 노출시키는 것을 증가시키는 일부 수단을 제공하는 것이 중요할 수 있다.
본 개시내용의 다른 측면에서, CO2 환원에 필수적인 세 가지 기능, 즉 i) CO2 농축 및 활성화; ii) 태양광의 효과적인 흡수; 및 iii) 획득한 CO2를 환원시키기 위한 태양광으로부터의 에너지 사용을 포함하는 광촉매 또는 광촉매 조성물이 제시된다. 첫번째 기능에 관하여, 충분한 농도의 CO2가 이용 가능할 때만 광촉매 내에서 발생하는 화학반응이 만족스러운 산출 생성물의 생산 속도를 산출할 것임을 알 수 있다. 특정 화학종은 상온 또는 그 근처에서 CO2와 결합하거나 이를 포획하는 것으로 알려져 있다. 그러나, CO2의 결합이 너무 강해서 촉매 반응에 사용되기 위한 CO2 방출을 막으면 안된다. 한 측면에 따라 본원에 개시된 빌딩 패널에서 사용하기 위한 광촉매 요소는 공기 중 CO2와 결합, 포획 또는 흡착할 수 있는 조성물 또는 구성성분을 포함한다. 조성물은 바람직한 환경에 따라 액체 또는 고체 상태로 제공되는 CO2 포획 및 CO2에 결합할 수 있거나 가역적으로 결합하기 위한 아민기를 포함할 수 있다. 고체 상태에서 아민기는 폴리실록산, 또는 말단 아민기를 갖는 흑연질 카르보니트리드 (C3N4)를 포함할 수 있다. 이와 다르게, 조성물은 가역적 반응을 통해 CO2를 중탄산염 상태로 결합시킬 수 있는 카르보네이트를 포함할 수 있다.
두 번째 기능, 즉, 태양광을 흡수하는 것은 태양광, 또는 보다 구체적으로는 촉매 또는 광합성 반응에 에너지를 공급하기에 적절한 광의 특정 파장을 흡수하기에 적합한 조성물 또는 구성성분에 의해 달성된다. 따라서, 강한 태양 직사광에서조차도 안정한 강한 광 흡수기 또는 염료가 사용된다. 적절한 염료는 다음을 포함할 수 있다: 천연 염료, 예컨대 안토시아닌, 안토키논 및 카로티노이드 염료; 및 합성 염료, 예컨대 폴리메틴, 아조, 트리페닐메탄, 안트라키논, 알리자린, 포르핀 또는 프탈로시아닌 염료.
CO2를 환원하기 위해 광 에너지를 사용하는 세 번째 기능은 효율적인 광 흡수에 유용한 조성물, 예컨대 산화물에 담지되는 촉매 금속, 예컨대 ZrO2, SiO2, Al2O3 및 TiO2로 달성할 수 있다. 다른 적절한 조성물은 다른 촉매 금속, 예컨대 Pt, Pd, Ru, Re, Fe 및 Co를 포함할 수 있다. 이러한 "반응 중심"은 효율 개선을 위해 나노 촉매로서 포함될 수 있다.
개시된 실시양태의 한 특성에 따라 각각의 세 가지 기능은 세 가지 조성물 또는 구성성분의 결합을 통해 달성된다. 결합에서 CO2의 환원을 수행하는 구성성분이 주변 CO2를 포획하는 구성성분 매우 근접하게, 그리고 광 에너지를 포획하는 구성성분과 매우 근접하게 있는 것이 중요하다. 바람직하게, 구성성분들은 나노미터 규모로 결합되어, 구성성분들 사이의 간격이 몇 나노미터 미만이도록 하여 CO2와 에너지의 빠르고 완벽한 소통을 보장한다. 게다가, 적어도 태양광을 흡수하는 조성물과 대기 기체 (CO2)를 환원시키는 조성물이 결합되어 조성물들 사이의 전자 에너지 수송을 가능하게 한다. 따라서, 이러한 에너지 수송은 태양광을 흡수하는 조성물에 의해 포획된 태양광으로부터 대기 기체를 환원시키기 위해 에너지를 사용하는 "반응 중심" 조성물로 에너지의 효율적인 수송을 가능하게 한다.
한 실시양태에서, 세 가지 구성성분은 단일 중합체로 결합되는 단량체들이다. 따라서, 중합체는 CO2 흡착 강화에 적절한 제1 구성성분 또는 단량체 A, 광촉매 기능을 수행하기에 적합한 제2 구성성분 또는 단량제 B, 및 광촉매 기능을 수행하기에 적합한 효율적인 광 흡수 염료 형태의 제3 구성성분 또는 단량체 C로부터 형성된다. 따라서 광촉매 요소는 구성성분 단량체 ABC에 의해 형성되는 중합체의 층을 포함한다. 하나의 특정 실시태양에서, 중합체는 ABCABCABC...구조를 가질 수 있다. 이 구조는 확실하게 모든 세 기능성 블록이 함께 나노미터 규모로 긴밀히 고정되어 있도록 할 수 있다.
한 실시태양에서, 중합체는 공지의 방법으로 세 단량체 A, B 및 C를 결합함으로써 형성된다. 따라서, 반복 단량체 사슬 ABCABC...에서 서로에 대하여 단량체의 적절한 순서 및 간격을 얻기 위해 세 단량체는 혼합될 수 있고 이후 적절한 방법, 예컨대 단계 성장의 중합 방법 또는 축합 반응으로 중합될 수 있다. 이 실시태양에서, 각각의 세 단량체에 대하여 선택된 조성물은 2 이상의 반응성 말단기를 가진다. 더욱이, 중합체는 광 흡수 단량체 C로부터 광촉매 단량체 B로 분자 수준에서 에너지를 이동하게 하는 공액계이다. 생성되는 중합체는 이후 기판에 도포 및 경화될 수 있다. 이와 다르게, 생성되는 중합체가 경화될 때 충분한 구조적 짜임새를 가져 지지 기판이 필요하지 않을 수 있다. 이러한 방법에 의해 생성되는 중합체는 단량체 사이의 간격을 나노미터 범위, 예컨대 0.3-10.0 nm의 간격으로 제한할 것이다.
구성성분 또는 단량체 B는 대기 기체의 성분에 결합하기에 적합하다. 따라서, 구성성분 B는 물의 존재하에서 대기 CO2 중의 탄소에 결합하기에 적합하여 알콜 산출 생성물, 일부 경우에서는 추가 산출 생성물로서 O2를 생성할 수 있다. 한 특정한 예에서, 중합체는 단량체 A에 대한 아민기, 단량체 C에 대한 프탈로시아닌 염료, 및 단량체 B에 대한 실록산계 광촉매로부터 형성된다. 생성되는 중합체의 화학 구조는 도 10에 나타나 있다. 도 11에 묘사한 바와 같이 물의 존재하에서 CO2 및 태양광에 노출된 중합체의 반응은 산출 생성물로서 CH3OH (메탄올) 및 O2를 생성한다. 단량체 간격이 나노미터 규모이기 때문에 광촉매 단량체 B는 흡착된 CO2로의 접근을 위해 단량체 A, 그리고 흡수된 태양광으로부터의 효율적인 에너지 전달을 위해 단량체 C에 근접한다. 중합체 내의 공액된 시스템은 추가로 단량체 C로부터 단량체 B로의 에너지 수송을 촉진시킨다.
세 구성성분 A, B 및 C에 의해 형성되는 조성물은 반응 파트너로서 사용되는 물의 흡수를 조절하도록 변형될 수 있다. 따라서, 물에 대한 명확한 친화성을 얻기 위해 필요에 따라 친수성기 또는 소수성기를 포함하는 제4 조성물 또는 구성성분 D가 첨가될 수 있다. 예를 들어, 단량체 B (광촉매 단량체)의 기본 중합체가 일반적으로 소수성일 때, 효과적인 반응을 위해 중합체에 충분한 양의 물이 확실히 존재하도록 제4 구성성분 D가 친수성기로부터 선택된 단량체일 수 있다. 적절한 친수성기는 지방족기를 포함할 수 있다. 이처럼, 기본 중합체가 일반적으로 친수성일 때, 과량의 물에서 기인하는 양성자 공여에 의한 아민기 (단량체 A)의 불활성화를 피하기 위해 단량체 D는 소수성기로부터 선택된다. 적절한 소수성기는 메틸기를 포함할 수 있다.
추가적인 실시태양에서 광촉매 요소는 액체계 촉매를 포함할 수 있다. 이러한 실시태양에서, 각각의 구성성분 또는 단량체는 용액, 예컨대 수용액에 용해된다. 일부 경우에서, 단량체는 수용액에서 확실히 용해되도록 하기 위해서 친수성기로의 연결을 필요로 할 수 있다. 예를 들어, 광 강화 단량체 A, 예컨대 프탈로시아닌 염료는 친수성기, 예컨대 지방족기로의 연결을 필요로 할 수 있다. 유사하게, 나노 광촉매는 용해도를 위해 친수성기로의 결합을 필요로 할 수 있다. 한 측면에서 용액 내 관능기와 반응하지 않는 적절한 완충액을 가함으로써 알칼리성 영역에서 용액의 pH가 유지될 수 있다.
용액 내에서 CO2가 탄산염 또는 중탄산염 이온으로서 강화될 것이라는 것이 고려된다. 단량체는 충분히 높은 농도로 제공되어 바람직하게는 나노미터 범위에서 세 기능성 단량체 사이에 밀접한 간격이 있도록 한다.
특정 실시태양에서, 전압이 광촉매 요소에 인가되어 반응 장벽을 극복하고 바람직한 반응 및 산출 생성물 발생을 촉진할 수 있다. 이러한 실시태양에서 광촉매 단량체 B는 적절한 전기 전도도를 갖는 수용액 내 전극으로서 기능하도록 선택될 수 있다. 제2 화학 전극은 수용액 내에 포함된다. 광촉매 단량체는 바람직하게는 CO2의 환원을 촉진하도록 전압 발생기의 음극에 연결된다. 이러한 실시태양에서, 전도성 물질, 예컨대 CNT, 그라핀, 카본 블랙 등으로 보강한다면 비전도성 광촉매 요소가 이용될 수 있다 할지라도, 전도성 광촉매 요소가 바람직하다.
상기 실시태양은 단지 예시적인 것이며 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자는 그 이행 및 본 발명의 원리를 포함하고, 그것의 사상 및 범위 내에 해당하는 실시태양을 쉽게 고안할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 본원에 개시된 실시태양의 광촉매 요소는 CO2를 유용한 산출 생성물(들)로 환원하기 위해 선택된다. 그러나, 광촉매 요소는 다른 대기 기체, 예컨대 해로운 온실 기체를 감소시키기 위해 이용될 수 있다.

Claims (40)

  1. 대기 기체를 포획 또는 결합할 수 있는 제1 구성성분 (A);
    태양광으로부터 에너지를 사용하여 상기 대기 기체를 환원시킬 수 있는 제2 구성성분 (B); 및
    태양광을 흡수하기에 적합한 제3 구성성분 (C)
    을 결합하여 포함하는 광촉매 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구성성분은 구성성분 A와 B 사이, 및 구성성분 B와 C 사이의 간격이 나노미터 규모가 되도록 결합되는 것인 광촉매 조성물.
  3. 제2항에 있어서, 상기 구성성분이 구성성분 B와 C 사이의 전자 에너지 수송을 가능하게 하여, 상기 구성성분 C에 의해 흡수된 에너지를 상기 구성성분 B로 수송시키도록 결합되는 것인 광촉매 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 구성성분이 단일 중합체로 결합되는 단량체인 것인 광촉매 조성물.
  5. 제4항에 있어서, 상기 중합체가 공액되어 적어도 단량체 B 및 단량체 C 사이의 에너지 수송을 가능하게 하는 것인 중합체 조성물.
  6. 제5항에 있어서, 상기 단량체가 반복 사슬로 결합되는 것인 광촉매 조성물.
  7. 제6항에 있어서, 상기 반복 사슬이 단량체 A, 단량체 B, 및 단량체 C인 것인 광촉매 조성물.
  8. 제6항에 있어서, 상기 단량체가 인접하는 단량체 사이의 간격이 나노미터 규모가 되도록 결합되는 것인 광촉매 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 상기 대기 기체가 이산화탄소 (CO2)인 것인 광촉매 조성물.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제2 구성성분 B가 물의 존재하에서 CO2 중의 탄소를 알콜로 환원시키기에 적합한 것인 광촉매 조성물.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제2 구성성분 B가 상기 탄소를 메탄올로 환원시키기에 적합한 것인 광촉매 조성물.
  12. 제1항에 있어서, 구성성분 A가 아민기로부터 선택되는 것인 광촉매 조성물.
  13. 제1항에 있어서, 구성성분 B가 산화물에 담지되는 촉매 금속을 포함하는 것인 광촉매 조성물.
  14. 제13항에 있어서, 상기 구성성분 B가 실록산계인 것인 광촉매 조성물.
  15. 제1항에 있어서, 상기 구성성분 C가 태양광을 흡수하기에 적합한 염료인 것인 광촉매 조성물.
  16. 제15항에 있어서, 상기 구성성분 C가 프탈로시아닌 염료인 것인 광촉매 조성물.
  17. 제1항에 있어서, 친수성 또는 소수성인 제4 구성성분을 추가로 포함하는 광촉매 조성물.
  18. 제17항에 있어서, 상기 구성성분 A, B, 및 C의 결합이 소수성일 때에는 상기 제4 구성성분이 친수성이도록 선택되고;
    상기 구성성분 A, B, 및 C의 결합이 친수성일 때에는 상기 제4 구성성분이 소수성이도록 선택되는 것인 광촉매 조성물.
  19. 제17항에 있어서, 상기 제4 구성성분이 친수성 지방족기로부터 선택되는 것인 광촉매 조성물.
  20. 제17항에 있어서, 상기 제4 구성성분이 소수성 메틸기로부터 선택되는 것인 광촉매 조성물.
  21. 제1항에 있어서, 상기 구성성분이 수용액에 용해되는 것인 광촉매 조성물.
  22. 제21항에 있어서, 상기 수용액의 pH가 용액을 알칼리성 영역에 유지하기에 적합한 완충액을 포함하는 것인 광촉매 조성물.
  23. 용기를 이루는 다수의 벽 및 상기 용기와 통하는 배출구를 가지며, 하나 이상의 벽이 태양광에 투과성인 부분을 갖고, 하나 이상의 벽이 대기 기체에 침투성인 부분을 갖는 하우징;
    상기 투과성인 부분을 통하여 태양광에 노출되도록 상기 용기 내 배치되고, 대기 기체를 상기 배출구를 통해 배출 가능한 산출 생성물로 변환하도록 태양광을 사용하게 기능할 수 있는 광촉매 요소를 포함하고,
    상기 광촉매 요소는
    대기 기체를 포획 또는 결합할 수 있는 제1 구성성분 (A);
    태양광으로부터 에너지를 사용하여 상기 대기 기체를 환원시킬 수 있는 제2 구성성분 (B); 및
    태양광을 흡수하기에 적합한 제3 구성성분 (C)
    을 결합하여 포함하는 조성물을 포함하는 것인 빌딩 패널.
  24. 제23항에 있어서, 상기 광촉매 요소의 상기 구성성분은 구성성분 A와 B 사이, 및 구성성분 B와 C 사이의 간격이 나노미터 규모가 되도록 결합되는 것인 빌딩 패널.
  25. 제23항에 있어서, 상기 광촉매 요소의 상기 구성성분이 구성성분 B와 C 사이의 전자 에너지 수송을 가능하게 하여, 상기 구성성분 C에 의해 흡수된 에너지를 상기 구성성분 B로 수송시키도록 결합되는 것인 빌딩 패널.
  26. 제23항에 있어서, 상기 구성성분이 단일 중합체로 결합되는 단량체인 것인 빌딩 패널.
  27. 제26항에 있어서, 상기 단량체가 반복 사슬로 결합되는 것인 빌딩 패널.
  28. 제27항에 있어서, 상기 반복 사슬이 단량체 A, 단량체 B, 및 단량체 C인 것인 빌딩 패널.
  29. 제23항에 있어서, 상기 대기 기체가 이산화탄소 (CO2)인 것인 빌딩 패널.
  30. 제29항에 있어서, 상기 제2 구성성분 B가 물의 존재하에서 CO2 중의 탄소를 알콜로 환원시키기에 적합한 것인 빌딩 패널.
  31. 제30항에 있어서, 상기 제2 구성성분 B가 상기 탄소를 메탄올로 환원시키기에 적합한 것인 빌딩 패널.
  32. 제23항에 있어서, 구성성분 A가 아민기로부터 선택되는 것인 빌딩 패널.
  33. 제23항에 있어서, 구성성분 B가 산화물에 담지되는 촉매 금속을 포함하는 것인 빌딩 패널.
  34. 제33항에 있어서, 상기 구성성분 B가 실록산계인 것인 빌딩 패널.
  35. 제23항에 있어서, 상기 구성성분 C가 태양광을 흡수하기에 적합한 염료인 것인 빌딩 패널.
  36. 제35항에 있어서, 상기 구성성분 C가 프탈로시아닌 염료인 것인 빌딩 패널.
  37. 제23항에 있어서, 상기 광촉매 요소는 상기 구성성분 A, B, 및 C의 결합이 소수성일 때에는 친수성이도록 선택되고, 상기 구성성분 A, B, 및 C의 결합이 친수성일 때에는 소수성이도록 선택되는 제4 구성성분을 추가로 포함하는 것인 빌딩 패널.
  38. 제23항에 있어서, 상기 구성성분이 수용액에 용해되는 것인 빌딩 패널.
  39. 제38항에 있어서, 상기 수용액의 pH가 용액을 알칼리성 영역에 유지하기에 적합한 완충액을 포함하는 것인 빌딩 패널.
  40. 제39항에 있어서, 상기 수용액의 pH가 용액을 알칼리성 영역에 유지하기에 적합한 완충액을 포함하는 것인 빌딩 패널.
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