KR20140067853A - 선박의 밸러스트 탱크 내 혐기성 미생물을 이용한 이산화탄소의 메탄 전환 방법 및 그 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 선박의 밸러스트 탱크 내에 혐기성 미생물을 배양하고 이를 이용해 선박에서 발생하는 이산화탄소를 메탄가스로 전환하여 이산화탄소를 줄이고 유용한 에너지원을 획득할 수 있는 기술을 제공한다.

Description

선박의 밸러스트 탱크 내 혐기성 미생물을 이용한 이산화탄소의 메탄 전환 방법 및 그 시스템{method and system for conversion of CO2 to methane by anaerobic bacteria in ballast tank of ship}
본 발명은 선박의 밸러스트 탱크 내 혐기성 미생물을 이용한 이산화탄소의 메탄 전환 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.
현재 전 세계적으로 온실가스인 이산화탄소의 배출량을 줄이기 위한 법과 규제가 강화되고 있으며, 교토의정서 가입국들은 2012년까지 이산화탄소 배출량을 1990년 대비 평균 5% 정도 감축해야 되는데, 이를 이행하지 못하는 국가나 기업은 탄소배출권을 외부에서 구입해야 한다. 즉, 이산화탄소 배출량이 많은 기업은 에너지 절감 등 기술개발로 배출량 자체를 줄이거나 배출량이 적어 여유분의 배출권을 소유하고 있는 기업으로부터 그 권리를 사서 해결해야 하는 것이다. 이는 이산화탄소를 줄이는 것이 곧바로 기업이나 국가의 수익으로 연결됨을 의미한다.
이처럼 이산화탄소를 줄이는 것과 관련한 종래기술을 살펴보면 다음과 같은 것들이 있다(도 1 내지 도 4).
1. 선박 엔진의 배출가스를 이용한 선박 평형수 처리 방법 및 처리장치(특허출원 제10-2009-0111725호)(이하, 종래기술 1이라 함)(도 1) : 해양생태계를 위협하는 선박 평형수(ballast water)와 지구 온난화 등을 초래하는 선박 배출가스(이산화탄소)를 동시에 처리하는 선박용 배출가스 및 선박 평형수 처리방법 및 장치를 제시한다.
2. 전기화학적 폐수처리를 이용한 수소 생산 및 생물학적 이산화탄소 저감 장치(특허출원 제10-2009-0049168호)(이하, 종래기술 2라 함)(도 2) : 전자폐수 등 폐수에 포함되어 있는 암모니아성 질소, 질산성 질소 및 불소를 처리함과 동시에 환원제로서의 수소를 생산하고, 생산된 수소와 대기 중의 이산화탄소를 혐기성 미생물을 이용하여 메탄으로 전환하여 저감하는 고효율 이산화탄소 저감 및 메탄생산 장치를 구성한 다음, 여기서 생산된 메탄을 연소하여 전기를 생산하고, 여기서 생산된 전기를 자체 전기공급원으로 하여 각 장치에 전기를 공급할 수 있는 전기화학적 폐수처리를 이용한 수소 생산 및 생물학적 이산화탄소 저감 장치를 제시한다.
3. 혐기성 생물막을 이용한 이산화탄소로부터 생물학적 메탄 제조방법 및 이를 이용한 메탄 제조장치(특허출원 제10-2006-0138357호)(이하, 종래기술 3이라 함)(도 3) : 혐기성 생물막을 이용한 이산화탄소로부터 생물학적 메탄 제조방법 및 이를 이용한 메탄 제조장치로서, 이산화탄소로부터 메탄가스를 제조하여 온실가스인 이산화탄소 감출 및 에너지원 회수의 양면의 문제를 해결할 수 있는 있다.
4. Hydrogenotrophic methanogen을 이용한 이산화탄소의 메탄 전환 기술(한국공업화학회지, 제12권 제5호 21~28p, 이준철 외 3명)(이하, 종래기술 4라 함)(도 4) : Hydrogenotrophic metahnogen을 이용한 이산화탄소의 메탄전환은 생물학적 전환방법이 가지는 반응 조건으로 경제성을 높일 수 있으며 광합성 미생물을 이용한 전환에서 요구하는 태양광의 공급과 낮은 이산화탄소의 주입요구의 문제점들을 해결할 수 있어서 다량의 이산화탄소를 유용 물질인 메탄으로 전환할 수 있는 기술로 평가할 수 있다.
하지만, 상기 종래기술들은 다음과 같은 한계 및 문제점이 있다.
먼저, 종래기술 1은 선박 평형수의 처리에 초점을 맞추어 엔진 배출 가스를 이용한 선박 평형수 내 미생물을 제거하는 기능의 장치를 제시하였지만, 기존의 다른 선박 평형수 처리 장치와 비교하여 효율성 측면의 검증이 필요하며, 단순히 이산화탄소를 제거하는 방법만을 제시하였다는 한계가 있다.
다음으로, 종래기술 2는 생물학적 이산화탄소 저감 장치에 대해서 설명하였지만 선박의 이산화탄소-메탄 전환 방식에 대한 적용 방안이 없다는 한계가 있으며, 종래기술 3은 선박에 적용하지 않고 단순히 이산화탄소-메탄 전환 장치에 대해서만 제시하였다는 한계가 있으며, 종래기술 4는 생물학적 이산화탄소의 메탄 전환 기술에 대해서만 설명하였고 구체적인 장치나 적용 방법에 대해 제시하지 않았다는 한계가 있다.
1. 선박 엔진의 배출가스를 이용한 선박 평형수 처리 방법 및 처리장치(특허출원 제10-2009-0111725호) 2. 전기화학적 폐수처리를 이용한 수소 생산 및 생물학적 이산화탄소 저감 장치(특허출원 제10-2009-0049168호) 3. 혐기성 생물막을 이용한 이산화탄소로부터 생물학적 메탄 제조방법 및 이를 이용한 메탄 제조장치(특허출원 제10-2006-0138357호)
Hydrogenotrophic methanogen을 이용한 이산화탄소의 메탄 전환 기술(한국공업화학회지, 제12권 제5호 21~28p, 이준철 외 3명)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 선박의 밸러스트 탱크 내에 혐기성 미생물을 배양하고 이를 이용해 선박에서 발생하는 이산화탄소를 메탄가스로 전환하여 이산화탄소를 줄이고 유용한 에너지원을 획득할 수 있는 구체적인 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
선박의 밸러스트 탱크 내에 혐기성 미생물을 배양시키는 단계;
선박에서 발생하는 이산화탄소를 밸러스트 탱크 내부로 통과시키는 단계;
혐기성 미생물의 생물학적 이산화탄소-메탄가스 전환 프로세스를 이용하여 이산화탄소를 메탄가스로 전환시키는 단계 및;
전환된 메탄가스를 수집하고 이를 선박의 에너지원으로 공급하는 단계;
를 포함하는, 선박의 밸러스트 탱크 내 혐기성 미생물을 이용한 이산화탄소의 메탄 전환 방법을 제공한다.
또한 본 발명은,
수소 생산 장치가 유기성 폐기물을 생물학적으로 분해하여 이산화탄소-메탄 전환 시 필요한 환원제인 수소를 생산하고 동시에 유기성 폐기물을 처리하는 단계;
가스 분리 장치가 유기성 폐기물에서 생산된 가스에서 수소를 분리해내는 단계;
이산화탄소 공급 장치가 선박에서 발생하는 이산화탄소를 수집하여 밸러스트 탱크 내부로 공급하는 단계;
가스 용해 장치가 수소 및 이산화탄소를 용해시키는 단계;
이산화탄소-메탄 전환 장치가 밸러스트 탱크 내에 배양된 혐기성 미생물의 생물학적 이산화탄소-메탄가스 전환 프로세스를 이용하여 이산화탄소를 메탄가스로 전환시키는 단계 및;
메탄 수집 장치가 이산화탄소로부터 전환된 메탄가스를 수집하고 이를 선박의 에너지원으로 공급하는 단계;
를 포함하는, 선박의 밸러스트 탱크 내 혐기성 미생물을 이용한 이산화탄소의 메탄 전환 방법 및 그 시스템을 제공한다.
본 발명에 따르면, 선박의 밸러스트 탱크 내에 혐기성 미생물을 배양하고 이를 이용해 선박에서 발생하는 이산화탄소를 메탄가스로 전환하여 이산화탄소를 줄이고 유용한 에너지원을 획득할 수 있다.
도 1은 선박 엔진의 배출가스를 이용한 선박 평형수 처리 방법 및 처리장치(특허출원 제10-2009-0111725호)(종래기술 1).
도 2는 전기화학적 폐수처리를 이용한 수소 생산 및 생물학적 이산화탄소 저감 장치(특허출원 제10-2009-0049168호)(종래기술 2).
도 3은 혐기성 생물막을 이용한 이산화탄소로부터 생물학적 메탄 제조방법 및 이를 이용한 메탄 제조장치(특허출원 제10-2006-0138357호)(종래기술 3).
도 4는 Hydrogenotrophic methanogen을 이용한 이산화탄소의 메탄 전환 기술(한국공업화학회지, 제12권 제5호 21~28p, 이준철 외 3명)(종래기술 4).
도 5는 본 발명에 따른 선박의 밸러스트 탱크 내 혐기성 미생물을 이용한 이산화탄소의 메탄 전환 시스템.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명은 선박의 밸러스트 탱크 내에 혐기성 미생물을 배양하고 이를 이용해 선박에서 발생하는 이산화탄소를 메탄가스로 전환하여 이산화탄소를 줄이고 유용한 에너지원을 획득할 수 있는 구체적인 기술을 제공하는 것을 목적으로 하는바, 이러한 본 발명은 기본적으로 다음의 과정에 따라 구현될 수 있다.
1. 선박의 밸러스트 탱크 내에 혐기성 미생물을 배양시킨다. 혐기성 미생물은 호기성 미생물과는 달리 산소와 태양광 없이도 살 수 있으므로 선박의 밸러스트 탱크 내에서도 배양이 가능하다.
2. 선박에서 발생하는 이산화탄소를 밸러스트 탱크 내부로 통과시킨다.
3. 혐기성 미생물의 생물학적 이산화탄소-메탄가스 전환 프로세스를 이용하여 이산화탄소를 메탄가스로 전환시킨다.
4. 전환된 메탄가스를 수집하고 이를 선박의 에너지원으로 공급한다.
도 5는 본 발명에 따른 선박의 밸러스트 탱크 내 혐기성 미생물을 이용한 이산화탄소의 메탄 전환 시스템을 보여준다. 상술한 바와 같은 본 발명의 내용을 보다 시스템적으로 구체화시키면 다음과 같다.
1. 수소 생산 장치(1)가 유기성 폐기물을 생물학적으로 분해하여 이산화탄소-메탄 전환 시 필요한 환원제인 수소를 생산하고 동시에 유기성 폐기물을 처리한다.
2. 가스 분리 장치(2)가 유기성 폐기물에서 생산된 가스에서 수소를 분리해낸다.
3. 이산화탄소 공급 장치(3)가 선박에서 발생하는 이산화탄소를 수집하여 밸러스트 탱크 내부로 공급한다.
4. 가스 용해 장치(4)가 수소 및 이산화탄소를 용해시킨다.
5. 이산화탄소-메탄 전환 장치(5)가 밸러스트 탱크 내에 배양된 혐기성 미생물의 생물학적 이산화탄소-메탄가스 전환 프로세스를 이용하여 이산화탄소를 메탄가스로 전환시킨다.
6. 메탄 수집 장치(6)가 이산화탄소로부터 전환된 메탄가스를 수집하고 이를 선박의 에너지원으로 공급한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 : 수소 생산 장치 2 : 가스 분리 장치
3 : 이산화탄소 공급 장치 4 : 가스 용해 장치
5 : 이산화탄소-메탄 전환 장치 6 : 메탄 수집 장치

Claims (3)

  1. 선박의 밸러스트 탱크 내에 혐기성 미생물을 배양시키는 단계;
    선박에서 발생하는 이산화탄소를 밸러스트 탱크 내부로 통과시키는 단계;
    혐기성 미생물의 생물학적 이산화탄소-메탄가스 전환 프로세스를 이용하여 이산화탄소를 메탄가스로 전환시키는 단계 및;
    전환된 메탄가스를 수집하고 이를 선박의 에너지원으로 공급하는 단계;
    를 포함하는, 선박의 밸러스트 탱크 내 혐기성 미생물을 이용한 이산화탄소의 메탄 전환 방법.
  2. 수소 생산 장치(1)가 유기성 폐기물을 생물학적으로 분해하여 이산화탄소-메탄 전환 시 필요한 환원제인 수소를 생산하고 동시에 유기성 폐기물을 처리하는 단계;
    가스 분리 장치(2)가 유기성 폐기물에서 생산된 가스에서 수소를 분리해내는 단계;
    이산화탄소 공급 장치(3)가 선박에서 발생하는 이산화탄소를 수집하여 밸러스트 탱크 내부로 공급하는 단계;
    가스 용해 장치(4)가 수소 및 이산화탄소를 용해시키는 단계;
    이산화탄소-메탄 전환 장치(5)가 밸러스트 탱크 내에 배양된 혐기성 미생물의 생물학적 이산화탄소-메탄가스 전환 프로세스를 이용하여 이산화탄소를 메탄가스로 전환시키는 단계 및;
    메탄 수집 장치(6)가 이산화탄소로부터 전환된 메탄가스를 수집하고 이를 선박의 에너지원으로 공급하는 단계;
    를 포함하는, 선박의 밸러스트 탱크 내 혐기성 미생물을 이용한 이산화탄소의 메탄 전환 방법.
  3. 유기성 폐기물을 생물학적으로 분해하여 이산화탄소-메탄 전환 시 필요한 환원제인 수소를 생산하고 동시에 유기성 폐기물을 처리하는 수소 생산 장치(1);
    유기성 폐기물에서 생산된 가스에서 수소를 분리해내는 가스 분리 장치(2);
    선박에서 발생하는 이산화탄소를 수집하여 밸러스트 탱크 내부로 공급하는 이산화탄소 공급 장치(3);
    수소 및 이산화탄소를 용해시키는 가스 용해 장치(4);
    밸러스트 탱크 내에 배양된 혐기성 미생물의 생물학적 이산화탄소-메탄가스 전환 프로세스를 이용하여 이산화탄소를 메탄가스로 전환시키는 이산화탄소-메탄 전환 장치(5) 및;
    이산화탄소로부터 전환된 메탄가스를 수집하고 이를 선박의 에너지원으로 공급하는 메탄 수집 장치(6);
    를 포함하는, 선박의 밸러스트 탱크 내 혐기성 미생물을 이용한 이산화탄소의 메탄 전환 시스템.
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