KR20150068572A - 식물 재배용 이산화 탄소수 공급 장치 - Google Patents

Abstract

본 기술은 식물 재배시 사용하는 액체 비료나 급수물에 마이크로 나노 버블을 이용하여 Co2를 고농도로 용해시켜 재배 식물의 뿌리에서 흡수하게 되면 광합성이 활발하게 되어 식물의 성장이 촉진되어 재배 기간이 짧아지고 수확량이 증가하는 기술에 관한 고안이다.

Description

식물 재배용 이산화 탄소수 공급 장치{Carbon dioxide supply vegetable growi}

본 고안은 식물의 뿌리로 이산화 탄소를 공급하는 기술로서 식물의 광합성 속도를 촉진시키는 기술이다.

물속에 초 미세 기포를 발생시키는 마이크로 버블 발생 장치로 Co2 마이크로 버블을 발생시키고 이를 다시 Co2 나노 버블로 변환시켜 식물에 고농도의 Co2 용해수를 공급하는 장치로, 공기로 부터 흡수되는 이산화 탄소와는 별도로 뿌리로 이산화 탄소를 공급하여 식물의 광합성 속도를 향상시켜서 식물의 성장 촉진을 유도하고 생산량을 높이는 기술에 관한 것이다.

요즘은 농작물을 재배하기 위해서 시설 재배나 온실 재배를 많이 하고 있다.

성장 촉진과 증산을 위하고 저농약 살포 등, 과학적인 방법이 동원되지만 시설 재배에서 특히 중요한 것은 식물의 탄소동화작용인 광합성 관리이다.

자동으로 제어되는 요즘의 시설 재배는 실내 적정 온도를 유지키 위해 외부와 차단된 시설 구조로 되어 있다.

이런 시설의 구조상 외부와의 공기 소통이 잘 안되기 때문에 일출 후 2시간 정도 지나면 Co2 고갈 현상이 일어나서 Co2 가스를 보충해 주는것이 일반적이다.

공기 중에는 Co2의 농도가 0.035% 정도로 희박하기 때문에 밀폐된 공간에서는 급속히 Co2가 부족해 지기 때문이다.

따라서 시설 재배에서는 외부에 액체 Co2탱크를 시설하여 공급하거나 실내에 특허등록 10-1331243-0000 이산화탄소 발생장치, 실용신안 20-0394546-0000,와 같은 이산화 탄소 발생기를 설치 하고 있다.

이는 밀폐된 시설 재배 환경에서 부족해진 Co2를 공급하는 것으로, 더운날에는 환기통으로 외부 공기를 순환해야 하기 때문에 Co2 공급은 하지 않는다.

서울대 이경준 박사의 저서 수목 생리학 92쪽의 식물의 광합성과 탄산가스의 농도에 대해 기술한 부분이나 특2002-0067391 이산화 탄소를 이용한 다량 재배 방법의 주된 내용을 보면 공기중에 이산화 탄소를 다량으로 공급하면 식물의 성장이 촉진되는 내용을 기술하고있다.

식물은 Co2에 의한 광합성이 성장에 주요 요인이기 때문에 어떻게든 공기 중에 Co2를 고농도로 포화시키는 노력과 연구를 하고 있다.

상기의 내용들은 공기로 부터 Co2를 흡수하여 광합성을 하는것을 기본으로 서 술한 것이며, 본 고안의 이해를 돕기 위해서 광합성에 관여하는 Co2의 중요도를 설명하기 위해서 인용하였다.

본 고안에서 구현하고자 하는 식물의 뿌리로 광합성 속도를 증가시키는 기술의 적용은 식물이 잎으로 Co2를 흡수하여 광합성을 하는 기본적인 바탕에 식물의 뿌리를 통해서 다량의 Co2를 공급하는 기술이므로 어떤 재배 환경에서도 적용이 가능한 기술로 이 기술이 향후 선도 기술이 될 것임을 자부한다.

본 고안은 식물의 뿌리를 통해서 Co2를 공급하고 잎에서 광합성을 하는 독창적 기술이라서 비교 기술이나 다른 자료가 없어서 통상적 식물의 광합성 메카니즘을 설명하면서 본 고안의 내용을 설명을 하고자 한다.

녹색 식물의 광합성은 빛 에너지의 작용으로 물과 Co2로 부터 글루코스를 합성하고 이것을 녹말로 바꾸어 저장하여 성장과 결실에 필요한 영양분으로 사용하는 것으로 말할 수 있다.

녹색 식물의 성장에는 토양으로 부터 복합적 영양소의 공급이 필요로 하지만 우선적으로는 광합성 활동이 활발해야 성장 촉진과 증산이 이루어진다.

식물은 암흑 상태에서는 호흡 작용만하여 Co2 를 방출하다가 서서히 광도가 증가하면 광합성을 시작하여 Co2 를 흡수한다.

이 때를 광 보상점 이라고 하는데 이후 광도가 증가하면 광합성량이 비례적으로 증가하다가 광 포화점이 되면 광도가 증가되어도 광합성은 증가되지 않는다.

이는 식물마다 광 포화점이 틀리지만 대체로 사과, 배의 경우는 21,000 ∼ 53,000Lx 정도에서 광반응을 최대로 하는것으로 알려져 있으며,

생화학적 Co2 고정 과정인 암반응에는 온도의 영향을 많이 받는데 대체로 식물은 15∼-25℃에서 최대의 광합성이 이루어진다.

또한, 광합성에서 식물은 수분이 부족하면 엽면적을 감소시키고,기공을 폐쇄시키고 수분이 과하면 원형질 분리를 일으켜서 광합성 부족현상이 발생한다,

또한,

대부분의 녹색식물은 대기중의 Co2 의 농도가 증가하면 광합성량이 증가 하는것으로 증명되어 광량과 온도가 적합할 때 광합성에 제한이 되는것은 Co2이다.

그 이유는 공기중의 Co2량은 산소나 질소에 비해 농도가 극히 낮으며, Co2가 엽록체 속으로 흡수되기 위해서는 우선 기공 세포질에 HCO₃의 형태로 녹아야 하는데 이러한 과정에 대하여 물리적인 저항성이 있기 때문이다.

이는 Co2 의 공기중 농도가 통상 질소79%, 산소 20% , 이산화 탄소 0.035%,기타로 Co2의 농도가 350ppm으로 극히 희박하기 때문이다.

식물은 Co2 의 공기중의 농도를 1000ppm 상승시키면 대략 2배 까지의 생산이 촉진된 보고 사례가 있지만 상업적인 측면에서 볼 때 공기중의 Co2 농도를 조작하여 현재의 농도보다 2배 상승시키면 약33%의 촉진 효과가 있는 것으로 보고되고 있다.

그래서 시설 하우스 경작의 경우에는 대부분 시설 내부에 Co2 공급 장치를 설치하여 성장을 촉진 시키고 수확량을 증대 시킬려고 하고 있다.

그러나 Co2 발생 장치를 통하여 시설 내로 분사 시키는 장치로서는 일반 공기보다 1.5배 정도 무거운 Co2 를 식물의 잎 부분인 상층부에 지속적으로 유지시키는 일이 어렵고 넓은 공간에 끊임없이 Co2 를 공급해야 함으로 비용과 노력이 과다하며 Co2 관련 비용이 생산비의 5∼10% 정도를 차지하여 인위적으로 Co2 를 공급을 하지 않는것 보다는 유리하겠지만 그다지 효율적인 방법은 아니다.

더욱이, 따스한 계절에 집중적으로 온실 재배되는 채소나 과일의 경우, 낮에는 시설 하우스를 개방하고 밤에는 실내온도 저하를 방지하기 위해 보온하는 경우가 많아 거의 인위적 Co2 공급기를 사용하지 않는다.

이는 광합성이 활발한 낮 동안에는 외부 공기가 유입되어 Co2를 공급하여도 CO2가 공기 중으로 흩어져서 Co2를 공급하는 의미가 없기 때문에 Co2 공급에 의한 성장 촉진의 기대는 하지 않는다.

인간은 자연 상태에서는 식물의 성장에 관여하여 성장 촉진이나 증산 등의 목적을 달성키 위해 인위적으로 할수 있는 일은 토양 관리와 급수 관리, 병.해충 관리 등으로 제한적이다. 그 외적인 요소의 기온이나 햇빛 Co2 농도 등은 자연적으로는 제어가 안된다.

그러나 본 고안은 언제든 식물의 뿌리로 흡수되는 물속에는 Co2가 용해되어 있어 이런 환경적 요인을 무시하고 잎으로 다량의 용해된 HCo3(Co2 용해수)를 공급 할 수가 있다.

식물의 생육의 원천은 광합성이고, 광합성은 대체로 Co2 작용의 결과 물이다.

바다 식물은 바닷 물속에 용해 되어 있는 Co2를 잘 활용하는 방법으로 진화를 해왔고 육상 식물은 공기 중의 Co2를 잘 활용하여 진화를 해 왔다.

따라서 담수에 Co2가 다량으로 용해 되어 있었다면 육상 식물은 희박한 공기속 Co2 보다는 물속의 Co2를 사용하는 방법으로 진화를 했을것이다.

그러나 담수에는 Co2가 없기 때문에 부득이 공기 중의 Co2를 활용하였다.

본 고안은 물에 Co2를 다량 용해시켜서 이 물이 공급된 식물의 광합성을 활발하게 하기 위해서 개발된 기술이다.

제한적 일 수 밖에 없는 자연 환경 중에서 식물의 광합성에 중요 인자로 작용하는 Co2의 인위적 제어를 이 기술에서는 달성하려고 하는 것이다.

식물의 잎에 있는엽록체는 뿌리에서 물관을 통해 공급된 물과 기공으로 부터 흡수된 Co2를 이용하여 포도당을 생성해서 녹말의 상태로 보관했다가 밤이 되면 다시 포도당으로 만들어 체관을 통해 필요한 곳으로 운반한다.

이 때 생기는 산소는 반대로 기공을 통해서 밖으로 배출된다.

이 과정이 반복되면서 식물은 성장하고 꽃을피우며 열매를 맺는다.

빛에너지

물+이산화 탄소 ↔ 포도당+ 산소

엽록체 자연계에서는 이러한 식물의 탄소동화작용 메카니즘은 만고의 진리이지만 인간은 발전된 과학 기술로 식물의 성장을 인위적으로 조절하여 성장을 촉진 시키고 수확을 증대시키는 방법을 고안하여 식물의 재배에 이용하고 있다.

시설 재배에서는,

식물에 필요한 태양빛이 부족 할 경우에는 전조재배를 하고 재배 온도가 부적합하면 자동으로 온도를 조절하는 장치를 이용하고 물이 부족하면 자동으로 급수되는 시설을 설치하였으며 공기중에 부족한 Co2 를 공급하기 위해 인위적으로 공기중에 탄소를 보충하는 장치를 사용하여 현재의 식물 재배 기술을 유지하고 있는 것이다. 자연적인 방법으로 식물이 호흡하는 공기중의 Co2 300ppm 을 1000ppm으로 증가 시키면, 2배 정도의 성장 촉진을 이루는 실험 결과와 시설 재배에서 공기중에 Co2 를 분사하여 성장을 촉진 시키는 현재의 방법을 기본 토대로 하여,재배 식물에 공급하는 액체 비료나 물속에 미리 다량의 Co2를 용해시켜 공급하면 흡수된 Co2 용해수가 엽록체에서 직접 광합성에 관여하게 된다.

Co2 용해수를 좀더 구체적으로 보면,

식물은 기공으로 부터 Co2 를 흡입하고 수분과 산소를 배출하는 이중적 구조로 되어 있다.

기공으로 부터 흡입된 Co2는 뿌리에서 운반된 물에 녹아서 빛의 광분해에 의한 조작으로 "켈빈회로"의 반응식으로 영양분을 만든다.

식물에 종에 따라 틀리지만 식물은 대체로 1㎟ 당 100∼700개 정도의 기공을 가지고 있으며 크기도 식물마다 틀려서 10㎛∼60㎛ 정도이다. 식물은 이 기공으로 부터 공기속의 0.035% 농도의 Co2를 흡입하여 물에 녹여서 빛에 의해 전기 분해된 전자를 이용하여 광합성을 하여 성장하게 되는것이다.

따라서, 기공으로 부터 흡수된 Co2를 물에 용해시켜 광분해에 의한 탄소동화 작용으로 스스로 영양분을 만드는 식물의 탄소동화작용 원리하에 식물에 공급하는 물에 미리 고농도의 Co2를 녹여서 뿌리나 줄기를 통해서 엽록체로 보내면 기공으로 부터 흡입된 Co2와 뿌리로 공급된 Co2로 삭물의 광합성 속도가 몇 배수로 빨라지게 되는 것이다.

이는 과학 기술의 응용과 발상의 전환으로 식물의 생육을 콘트롤하여 유전자적 변위나 어떤 인위적 화학물 첨가 조치 없이 자연적 현상만으로 식물의 생육 촉진이나 증산을 할 수가 있는것이다.

광도나 온도가 같은 환경에서는 기공으로 흡수한 Co2와 물속에 미리 공급된 Co2의 복합적으로 광합성을 하게 되는 식물 재배법은 공기중에 Co2를 공급하는 현재의 재배 방식보다 훨씬 광합성량이 많게 되어 시설재배나 노지 재배 등 재배 환경에 구애받지 않고 저렴한 비용으로 식물의 성장 촉진과 증산을 기대할 수가 있다.

이런한 논리를 가능하게 하는 것은 해조류의 경우를 보면 명백하다.

육상 식물과는 광합성 메카니즘이 다소 틀리기는 해도 바다물에 용해되어 있는 Co2를 사용하여 광합성을 하고 있는 것은 육상 식물과 차이가 없다.

따라서 육상 식물도 뿌리로부터 흡수된 물에 Co2가 용존되어 있다면 당연히 해조류의 광합성과 동일의 결과를 얻을 것임으로 육상 식물은 더욱이 뿌리와 잎으로 흡수된 다량의 Co2로 광합성을 하게 되므로 기공만으로 Co2를 흡수하는 것 보다는 광합성 속도가 훨씬 빨라 질 것이다.

Co2는 비교적 물에 잘 용해되는 기체이다.

문헌을 통해 용해도를 살펴보면 산소는 8.273mg/L 이고 Co2는 1449mg/L로써 산소 보다는 훨씬 용해도가 높아서 고농도의 Co2 용존수를 제조하기가 용이하다.

물에 대한 기체의 용해도는 물의 온도와 압력에 따라 틀리지만 온도가 낮고 압력이 높을수록 기체의 용해도는 높아지는것은 물리적 기초 이론이다.

특히는,

시설하우스가 아닌 노지에서 재배되는 감,사과,배 시금치 상치 기타 채소와 과일수에는 성장 촉진이나 다수확을 위해 인위적으로 공기중 Co2농도를 상승 시키는 것은 무의미하여 따라서, Co2를 인위적으로 공급하여 그 효과를 기대 할 수가 없다. 그러나 노지 작물도 고농도 Co2 나노 버블수로 만들어서 뿌리나 수간에 직접 공급하면 엽록체에 광합성에 필요한 Co2를 다량으로 공급할 수가 있어서 성장 촉진과 증산을 기대 할 수가 있는 획기적인 식물 재배 공법이 된다.

이처럼 식물의 성장과 결실에 주요한 Co2는 기체 상태 이기 때문에 물속에 용해 시켜서 장 시간 보존하는 것은 자연 상태에서는 불가능하다. 그래서 한번 용해된 Co2는 그 효용이 끝날 때 까지 그 성분을 유지하는 것이 무엇 보다도 중요하여 해결 하여야 하는 과제인 것이다.

특히,

Co2 가스는 물에 용해가 되면 HCo3의 중탄산염이 된다.

중탄산염은 물의 Ph를 변화 시키는데 물속에 Co2를 약0.9% 정도 녹이면 물의 ph는 약 5.5 정도가 되서 식물 재배나 수경 재배에 적당한 산도를 가지게 되는 이점이 있다.

이상 서술한 내용처럼 식물의 광합성 속도를 향상 시켜서 성장 촉진이나 증산을 할 수 있는 방법으로 현재보다는 더 많은 Co2를 식물에 공급하면 된다.

공기 중으로는 Co2 공급은 제한적이기 때문에 뿌리로 Co2를 공급하려고 하는 이 고안에서 시급하게 해결해야 될 문제는 장시간 Co2의 보관이 가능한 Co2 용해수 제조 기술이라고 하겠다.

일정량의 수중에 용해되는 기체의 양은 수온이 일정하면 물에 접한 기체의

분압이 높을수록 기체 용해도는 증가하며, 물에 접한 기체의 분압이 일정하면 수온이 상승할수록 기체 용해도는 감소한다. 즉 가스의 수중 용해도는 가스의 분압에 비례하고, 온도에 반비례 한다 고 하는 헨리의 법칙에 따라 자연 상태에서는 수중에 임의의 기체를 요구하는 양 만큼 포화 시킬 수가 없다.

우리가 흔히 마시는 탄산 음료에는 Co2 가스가 많이 용해되어 있다. 이것은 탄산 음료 제조 시 음료에 고압력으로 Co2 가스를 용해 시켜 놓은 것이다. 우리가 탄산 음료의 두껑을 열게 되면 고압력으로 용해되어 있든 Co2 가스는 공기중으로 급속히 방출되어 본래의 상태로 되돌아 가고 시간이 경과되면 음료수 속에는 Co2 가스가 없게 되는 것이다.

이처럼 식물 재배에 이용할 고농도 Co2 용해수도 제조 탱크에서 각 공정을 거쳐 식물이 있는 재배 위치까지 이동되고 뿌리로 흡수되어 잎사귀 까지 도달하기 위해서는 많은 시간이 걸린다. 따라서 제조된 Co2 용해수는 Co2 가스를 잃지 않고 고농도 용해도를 가지고 존속 하고 있어야 하는데, 헨리의 법칙에서 보듯이 고압력이나 저온에서 만들어진 고농도 용해수도 압력을 제거하거나 온도를 높게 하면 자연히 공기중으로 방출되기 때문에 별도의 방법이 필요로 하게 되는것이다.

이에, 특허기술 제 10-1264310 호에 의한 고농도 마이크로 버블 기술을 이용하여 Co2, 100%의 마이크로 버블을 생성 시키고 이를 다시 나노 버블로 분화시켜서 고농도 Co2 용해수를 만들 수가 있는 것이다. 이 장치는 구조도 간단하고 가격도 저렴하게 장치를 구성할 수가 있어 시설재배나 노지 식물이나 논이나 밭에도 모두 사용할 수가 있고 과수원이나 대단위 농장 등의 물을 필요로 하는 식물 재배에는 어디든 사용 할 수가 있다.

인류는 수렵/채집 생활에서 농경생활로 접어 들면서 자연의 씨앗으로 곡식을 기르고 수확하여 이를 주식으로 하여 살아왔다.

인간 사회의 기술의 진보에 따라 작물 재배에도 기술이 접목되어 단위 면적당 수확량이 증가되고 병해충에 강한 작물을 만들어 내고 끊임없는 연구개발의 결과 요즘은 재배 환경을 과학적으로 하여 환경의 지배를 받지 않고도 목적하는 식물재배 기술을 구사하는 단계까지 발전되어 인류 생활이 윤택해 졌다.

육상의 모든 식물들은 공기중에 희박한 Co2 가스를 잘 이용하는 쪽으로 진화하여 왔고 특히, 곡식을 주식으로 삼아 살아 오면서 곡식의 숙성 재배나 다수확을 위해 토양의 개질이나 비료/퇴비의 활용,병해충 예방, 환경 재해의 대비 등에 과학을 동원하여 많은 발전을 이룩하였고 지금도 연구중인 것이다.

그러나 우리들은 공기중의 0.035%의 희박한 Co2가스를 이용하면서 무궁한 에너지 원을 제조 해 내고 지구상의 모든 동물을 먹여 살리는 식물의 광합성에 대하여는 일부 제한적으로 사용하는 것 외에는 발전된 기술의 접목이 별로 없었다.

가설이지만,

현재 지구의 공기 중 Co2 농도가 2∼3 배 정도 증가하여 1% 정도의 농도가 된다면 지구상 식물의 생육은 2배정도 빨리 진행 될것으로 계산하면 현재 지구 인구가 생산 하는 식량이 2배로 증산되어 아마도 지구상에서 기아는 없을 것이다.

본 기술이 제공 하고자 하는 뿌리로 부터 탄소동화작용의 기본 원료가 되는 Co2 용해수가 희박한 공기중의 Co2 가스를 이용하여 지금의 푸른 지구 숲을 이룬 식물의 기적에 또 다른 기적을 일어키게 될 것이다.

시설 재배에서 사용하는 Co2 발생 장치의 효능과 무궁한 바닷물에 용해된 Co2 가스로 광합성을 하는 해조류의 생육 환경을 보면 고용도 Co2 용해수는 육상 식물 재배의 또다른 혁신이 될 것이다.

이의 효과는 전 인류적 삶의 질에 관여하는 기술로 자부하고 있다.

< 그림 1 > 은 파프리카 전문 시설 재배 농장의 이미지이다 < 그림 2 > 는 마이크로 발생 장치의 간략한 배치도면이다.

<그림1> 처럼 대단위 시설 재배 농장은 거의 대부분 완전 자동화 된 시설로 규모가 큰것은 1만평 정도의 넓이를 가지는 농장이다.파프리카 재배의 경우 작물을 토양에 직접 심어서 재배하지 않고 거의 대부분 수경 재배를 하고 있다.

자동화 된 설비에서 "액체비료탱크"에서 규정된 액비가 혼합되고 이를 급송 펌프를 통하여 시설 하우스 내의 각 작물로 호스를 통하여 공급되어 진다.

작물인 파프리카는 하부에 흡수성이 양호한 코이어 배지가 설치되고 작물의 뿌리는 코이어 배지에서 담겨져서 시간 설정에 의해 공급되는 액체 비료를 잘 흡수하게 구조화 되어 있다.

시설 하우스 내부에는 Co2 감지 센서가 부착되어서 공기중의 탄소량을 측정하여 적정한 Co2의 농도 관리가 자동으로 되게 되어 있다.

이 설비 까지는 기존의 장치를 그대로 사용하는것이 바람직 하다.

본 기술에서는 액체 비료의 혼합의 단계나 그 이전 단계에서 액체 비료의 탱크 내의 물을 마이크로 버블 발생기를 구동하여 Co2 마이크로 버블을 생성시키고 이를 즉시 나노 버블 발생기를 조작하여 나노 버블화 하면서 일정시간 운전을 반복하여 일정 농도의 Co2 용해수를 만들어 그 다음 액체 비료의 성분을 혼합하면서 지속적으로 운전을 하게 되면 액체비료는 고농도 Co2 용해수를 갖게 되어 급송 펌프로 운반되어 작물에 도달하게 되면 액비는 코이어 배지에 머물게 되고 작물은 그 액비를 흡수 함으로서 고농도 Co2 용해수도 같이 흡수하게 되는 것이다.

작물은 단시간에 액비를 흡수하는것이 아니고 작물의 본래 습관으로 천천히 수분을 흡수하므로 흡수가 완료 될 때 까지 액비속에 용해된 Co2는 농도를 유지한체로 물속에 존속해야 하는것이다.

<그림2> 에서는

시스템의 제어 신호에 의해 마이크로 버블 발생용 펌프가 구동되면 펌프의 흡입측(B)으로 액체 비료 탱크인 급수탱크의 물이 펌프로 흡수된다.

이 때 흡입측에 연결 된 공기 유입 구멍(C)으로 Co2의 공급장치로 부터 Co2 가스가 함께 유입되어 펌프의 고 회전력에 의해 물과 섞이면서 고압 탱크로 이송된다. 고압 탱크 내부에는 내부 분사용 노즐이 장착되어 고압탱크에서 Co2가 혼합된 물을 탱크 내부로 분사시키면 Co2는 더욱 작은 알겡이로 분화되어 고압 탱크에 내부에 골고루 분산된다.

이 때 노즐은 약 90°정도의 분사각으로 하는것이 바람직 하다. 압력 탱크에서 물과 함께 유입된 Co2 가스는 물과 혼합되어 물속에 존재하게 되고 미쳐 혼합되지 못한 Co2 가스는 에어 벤트를 통해서 외부로 유출 시키는 것이 좋으나 Co2 가스의 손실을 막기 위해 이를 다시 리턴시켜서 분배관(G)로 보내서 재 사용하게 한다.

고압 탱크에는 펌프로 부터 지속적으로 물이 공급되어 내부 압력이 높아지면서 유입된 Co2가스는 더욱 압축되어 물속에 스며들어 체적 축소를 일으킨다.

고압 탱크의 내부 압력이 3Kg/㎠ 정도의 압력이 유지 되도록 마이크로 분화기 (A)의 내부 고압용 노즐의 내경을 설정한다. 고압 탱크 내부에서 고압으로 압축된 혼합수를 급수 탱크 내부에 설치된 마이크로 버블 분화기(A)를 통해 급수 탱크 내부로 분사시키면 고압 탱크 내에서 부피 축소를 일으키면 내재되었던 Co2 가스는 대기압인 급수 탱크 내부에서 급격히 부피 확대를 일으키면서 미세한 금속 그물 망으로 되어 있는 마이크로 버블 발생기(A) 내부에 충돌하여 산산히 부셔진다.

부서진 이 알겡이들이 물속에서 기체 상태로 존재하게 되는데 이를 마이크로 버블이라고 한다. 이렇게 생성된 기포는 크기가 다양 하지만 대체로 직경이 200㎛∼300nm 정도의 범위이고 20㎛ 정도의 크기 기포가 대다수 이기 때문에 마이크로 버블 이라고 호칭하는 것이다.

마이크로 버블이 물속에서 생성되어 물의 표면 장력과 음.양 전하의 결속 등의 여러 요인에 의해 물속에서 소멸하면서 자연적으로 나노 버블로 분화된다.

이는 대체로 마이크로 버블로 분화되고 1분∼5분 정도의 시간이 걸린다.

마이크로 버블을 그대로 물속에 방치하면 크기가 큰 버블은 수면으로 올라가서 공기중으로 방사되기도 하고 나노 크기로 변화하는 분화 속도가 느리고 효율이 낮기 때문에 마이크로 버블에 초음파 발생기(E)를 통하여 초음파를 5-10 Sec 정도 작동시켜서 즉시 나노 버블로 생성시키고 이를 반복하게 되면 물속에 다량의 Co2를 용해 시킬수 있는 것이다.

마이크로 버블이 초음파의 외력에 의해 순간적으로 나노 버블로 변환되면 대체로 크기는 200nm 정도이다. 아주 작은 크기로 분화 된 나노 버블은 크기가 너무 작아 스스로 물속을 탈출하지 못하고 물속에 갖혀 기액의 계면에서 물속으로 서서히 용해되어 Co2 용해수가 되는 것이다. 이렇게 용해된 나노 버블은 6개월 이상 물속에 존속되는것으로 보고 되고 있다.

이 기술은 헨리의 법칙과는 무관하며,

대체로 Co2의 용해수는 1% 정도 용해시키는 것이 바람직하여 이는 정확한 계 산은 없지만 식물 재배 수질의 Ph 약 5.5에 해당하는 것이다.

A : 마이크로 버블 발생 장치의 발생기 그림 B : 펌프의 흡입구
C : Co2 유입구
D : 압력탱크 분사 노즐
E : 초음파 발진 장치
F : 분배 펌프 흡입관
G : Co2 분배관

Claims (2)

1. 식물의 인위적 재배에 있어 잎으로 부터 흡수된 Co2를 이용하여 광합성을 하는 기존 원리에 보다 더 많은 양의 광합성이 되도록 하는 기술에 있어서,
   1) 재배 식물에 공급하는 물이나 액체 비료등에 Co2를 다량으로 용해시켜서 뿌리로 부터 광합성에 필요한 Co2를 잎으로 직접 공급하는 방식
   2) 청구 1-1 ) 있어서
   재배 식물에 공급하는 물(이하 "재배수")에 고농도 Co2를 용해하는 방법으로 먼저 재배수에 Co2를 포함한 마이크로 버블을 생성 시키고 일정 시간 경과 후 마이크로 버블에 초음파를 가하여 마이크로 버블을 Co2 나노 버블을 만드는 방식.
   3) 청구1-2)에 있어,
   Co2 용해량은 작물 재배에 적합한 산도를 가지는 0.7%∼1.0% 정도로 하 고 그때 물은 5.5∼6.0 Ph 정도가 되는 범위의 용해도,
2. 1) 마이크로 버블을 생성시키는 발생기에서 발생기(A) 내부에 스텐 수세미와 같은 다공질의 금속망에 일정한 분사 각도를 가진 노즐로 강하게 분사하여 분사면과 다공질 망의 면적이 서로 비슷한 면적이 되도록 하는 마이크로 버블 발생 장치의 발생기의 구조,
   2) 펌프의 흡입측에서 물과 함께 흡입된 Co2가 압력 탱크로 이송되어 탱크 내에서 분산되어서 고압력으로 아주 작은 부피로 축소 될 수 있게 압력 탱크의 입구에 분사각을 가진 노즐을 배치한 압력 탱크의 구조와 잉여 Co2 가스 배출기인 에어 벤트에서 분리된 Co2 가스를 분배관으로 리턴시켜 재활용하는 구조의 Co2 공급 장치의 구조,

Images