KR20230132633A - 대기중 이산화탄소의 흡수 - Google Patents

대기중 이산화탄소의 흡수 Download PDF

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Abstract

대기중 공기 내에 존재하는 이산화탄소의 적어도 부분적인 제거를 위한 방법, 시스템 및 장치가 개시된다. 수산화물은 대기중 공기로 분포된다. 대기중 공기 내에 존재하는 이산화탄소의 적어도 일부와 수산화물은 반응하여 탄산염 화합물을 형성함으로써 대기중 공기로부터 이산화탄소를 적어도 부분적으로 제거하게 된다.

Description

대기중 이산화탄소의 흡수{ABSORPTION OF ATMOSPHERIC CARBON DIOXIDE}
이산화탄소를 변환하는 방법이 개시된다. 이산화탄소의 변환 시스템 및 장치도 개시된다. 상기 방법, 시스템 및 장치는 지구의 대기 공기중에 존재하는 이산화탄소의 적어도 부분적인 제거에서 특별한 응용을 찾을 수 있다.
대기중 이산화탄소 레벨은 오늘날 사회에서 상당한 문제로 고려되고 있다. 화석 연료의 연소 및 삼림 파괴로 인한 이산화탄소 배출의 증가로 인해 대기중 이산화탄소 레벨이 증가하였다. 이산화탄소는 열의 가둠(trapping) 및 재-복사에 기여하는 것으로 알려져 있다. 이산화탄소 배출의 감소는 일정 기간 동안 상당한 연구의 초점이 되었다.
추가적으로, 발전소 등과 같은 배출원으로부터 이산화탄소의 포집은 광범위하고 계속적인 연구의 주제였다. 이산화탄소를 포집한 이후에, 지하 지질학적 형성에서와 같이 이산화탄소가 저장되는 상이한 방법들이 있다.
점진적으로, 이산화탄소 저장 또는 감소에 대한 대안적인 기술이 부상하고 있다. 그러한 기술 중 하나는 우선 공기를 필터로 통과시키고, 이로부터 이산화탄소의 일부를 제거한 이후에 반응 챔버 내에서 탄소 포집의 제2 단계를 수행하는 다단계 공정의 이용에 관한 것인 US2012/0219484에 기재되어 있다. 그러한 다른 기술은 자동차가 속도를 내며 운행시에서와 같이 자동차 내에서 수집된 공기에 관한 것이며, 이로부터 이산화탄소의 일부를 제거하는 반응 챔버에 관한 것인 US2011/0318231에 기재되어 있다. 그러나, 그러한 공정들은 요구되는 필터들 및/또는 반응 챔버들로 인하여 이들의 구현이 제한된다.
배경 기술에 대한 상기 참조는 당해 기술 분야가 당업자의 공통적인 일반 지식의 일부를 형성한다는 승인을 구성하지 않는다. 상기 참조는 본원에 기재된 바와 같이 이산화탄소의 변환 방법, 시스템 및 장치의 응용을 제한할 의도인 것도 아니다.
제1 양태에 있어서, 지구의 대기 내에서 대기중 공기내에 존재하는 이산화탄소를 적어도 부분적으로 제거하는 방법이 개시된다. 이와 관련하여, 개시된 방법은 대기중 공기로부터 이산화탄소의 완전한 제거를 가정하지 않지만, 예를 들면, 산업적인 탄소 배출을 상쇄할 노력에 있어서, 대기중 공기에 존재하는 이산화탄소 레벨의 일반적인 감소를 개시하는 것이다. 이와 관련하여, 상기 방법은 이산화탄소의 다른 덜 환경파괴적인 형태로의 변환(즉, 이산화탄소의 화학적 변환 또는 반응)으로 고려될 수 있다.
본 명세서의 맥락에서 대기중 공기는 지구를 둘러싸는 대기를 형성하는 가스들의 다양한 층들을 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 지구의 대기는 전리권 또는 자기권과 같은 다른 층들에 의해 더 정의될 수 있다고 하더라도, (행성 경계층 또는 페플로권(peplosphere)을 포함하는) 대류권, (소위 오존층을 포함하는) 성층권, 중간권, 열권 및 외기권 층들을 포함하는 것으로 통상적으로 정의된다. 지구의 대기는 질소, 산소, 아르곤, 수증기, 이산화탄소, 메탄, 오존 및 다른 미량 가스들을 함유한다는 것도 알아야 할 것이다.
현재의 방법은 수산화물을 지상 레벨 위 높이의 대기중 공기로 분포시키는 단계를 포함한다. 대기중 공기 내에 존재하는 이산화탄소의 적어도 일부와 수산화물은 반응하여 지면으로 침강하는 탄산염 화합물을 형성함으로써 대기중 공기로부터 이산화탄소를 적어도 부분적으로 제거하게 된다. 얻어진 탄산염 화합물은 중탄산염 화합물을 포함할 수도 있다(즉, 탄산염 화합물은 탄산염 이온(CO3)2- 또는 중탄산염 이온(HCO3)-과 함께 형성될 수 있다).
이 간단하고 용이하게 구현되는 방법은 이산화탄소 배출의 영향을 경감시키거나 반전시킬 가능성을 가지면서, 현재, 바람직하지 않게 높은 지구 이산화탄소 레벨을 감소시키는 능력을 갖는다. 이산화탄소 레벨을 감소시키는(즉, 이산화탄소를 대기로부터 적어도 부분적으로 제거하는) 간단한 방법은 이전에 고찰된 적이 없다. 현재까지의 연구 노력은 주로 발전소로부터 나온 연도 가스들에서와 같이 이산화탄소가 형성됨에 따라 이산화탄소의 포집 및 지하 지질학적 형성에서와 같이 포집된 이산화탄소의 저장에 관한 것이었다. 다른 연구 노력은 주위 공기로부터 이산화탄소의 포집에 관한 것이었지만, 공기 포집 채집기에서와 같이, 공기가 처리된 이후에 필터를 통과할 것을 필요로 한다. 그러한 노력은 일반적으로 매우 에너지 집중적이며, 탄소 레벨의 순 감소를 일으키지 않을 수 있다. 그러나, 현재 개시된 방법은 기존 기술들로 구현될 수 있으며, 상당한 추가적인 에너지 입력을 필요로 하지 않는다.
알아야 하는 바와 같이, 수산화물은 얻어진 탄산염 화합물, 이산화탄소가 제거될 장소 등에 의존할 수 있는 대기중 공기로 분포될 수 있는 방법이 많이 있다. 이와 관련하며, 한 가지 형태로, 수산화물은 에어로졸로서 대기중 공기로 분포될 수 있다. 에어로졸은 비록 그러한 추진제 가스를 필요로 하지 않는다 하더라도 추진제 가스를 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들면, 수산화물은 고체 입자들이 추진제 가스의 보조로 분포될 수도 있다고 하더라도 대기중 공기로 간단하게 방출될 수 있는 작은 고체 입자들의 형태일 수 있다.
일 형태에 있어서, 수산화물은 수용액 내에 존재할 수 있다. 수산화물을 수용성 형태로 제공하는 것은 수산화물의 분포를 더 간단하게 할 수 있다. 예를 들면, 수산화물은 대기중 공기로 분사되어 대기중 공기 내에 퍼질 수 있다. 수산화물을 수용액으로 제공하는 것은, 수산화물의 형태가 그렇게 제한되지 않는다는 것을 알게 되더라도, 에어로졸 또는 미세 미스트의 형성을 간단하게 할 수도 있다.
일 형태에 있어서, 수산화물의 분포는 수산화물을 지상 레벨 위 높이의 대기중 공기로 방출하는 단계를 포함할 수 있다. 수산화물을 지상 레벨 위로 분포시키는 것은 이산화탄소가 더 농축되는 영역으로 수산화물을 향하게 하는 것을 보조할 수 있다. 이는 이산화탄소를 (발전소 등과 같은) 새로운 배출원으로부터 제거하는 것뿐만 아니라 기 존재 이산화탄소 레벨을 감소시키는 것을 보조할 수도 있다. 또한, 수산화물이 대기중 공기 내에 존재하는 이산화탄소와 반응하는 것은 충분한 시간을 제공할 수 있다.
일 형태에 있어서, 상기 방법은 유체가 적어도 부분적으로 개질되도록 유체를 대기중 공기로 분포시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 유체는 가스, 액화 가스 또는 액체의 형태일 수 있다. 유체는 산소일 수 있으며, 산소는 적어도 부분적으로 개질되어 채프만(Chapman) 사이클을 통해서와 같이 오존을 형성할 수 있다(이에 의하여, 산소 분자(O2)는 자외선에 의하여 광분해되고, 2 개의 산소 원자들(O)로 쪼개어지며, 각각의 산소 원자는 산소 분자와 결합하여 오존(O3)을 형성하게 된다). 오존이 형성되는 실시형태들에 있어서, 형성된 오존은 지구의 오존층의 보충에 보조할 수 있다. 예를 들면, 형성된 오존은 희박해진(즉, 소위 오존층 내의 '구멍들')오존층의 영역을 보충하는데 보조할 수 있다.
수산화물 및 유체는 동시에 분포될 필요는 없으며, 각각은 최대의 이익을 제공하는 장소에 분포될 수 있다. 예를 들면, 유체(예컨대, 산소)는 자외선 및 브루워-돕슨(Brewer-Dobson) 순환을 이용하기 위하여 열대 위도에 분포될 수 있으며, 수산화물은 (예컨대, 비료로서) 얻어진 탄산염 화합물을 채용하는 것을 이용하기 위하여 농작물 상에 분포될 수 있다.
일 형태에 있어서, 수산화물 및/또는 유체는 이동하는 물품 또는 대상을 통해 방출될 수 있다. 이동하는 물품 또는 대상은 자동차, 트럭, 트랙터, 항공기 또는 선박과 같은 이동하는 운송체일 수 있거나 풍차 또는 풍력 터빈 등 상의 하나 이상의 블레이드들일 수 있다. 그러한 이동하는 물품 또는 대상의 활용은 더 넓은 영역에 걸쳐서 수산화물 또는 얻어진 부산물의 분포를 보조할 수 있다. 이동하는 물품 또는 대상은 이동하는 운송체(즉, 이산화탄소 배출에 기여할 수 있는 운송체)인 경우, 상기 방법은 대기로부터 이산화탄소의 추가적인 제거를 제공할뿐만 아니라 운송체 자신의 배출의 적어도 일부를 상쇄시키는 간단한 방법도 제공할 수 있다. 대안적인 형태들에 있어서, 수산화물은 빌딩 또는 구조물과 같은 정지된 위치로부터 방출될 수 있다. 이와 관련하여, 수산화물은 빌딩 또는 구조물 상 또는 그 내의 적절한 장소에 저장되고, 이로부터 방출될 수 있다. 그러한 한 형태에 있어서, 추진 에어로졸을 활용하여 수산화물의 적절한 분산을 달성하는 것이 바람직할 수 있다. 대안적으로, 수산화물은 빌딩 또는 구조물로부터 분포를 위하여 수산화물을 빌딩 또는 구조물로 파이핑하는 것에 의한 것과 같이 빌딩 또는 구조물로부터 분리된 장소에 저장되고 빌딩 또는 구조물에 재배치될 수 있다.
일 구체 형태에 있어서, 이동하는 물품 또는 대상은 비행기, 우주선, 드론 또는 유사한 운송체와 같은 항공기와 같은 이동하는 운송체일 수 있다. 항공기는 다양한 형태의 민수용, 상용, 정부용, 방어용 등의 항공기를 포함할 수 있다. 그러한 항공기의 사용은 수산화물이 더 넓은 영역에 걸쳐 분포되도록 하여, 대기중으로부터 이산화탄소 제거를 위한 잠재력을 증가시킬 수 있다. 또한, 그러한 항공기의 사용은 수산화물이 중력으로 인하여 방출 높이로부터 지상으로 떨어짐에 따라, 수산화물이 대기중 공기 내의 이산화탄소와 반응하는데 추가적인 시간을 제공할 수 있다. 그러한 항공기의 사용은 유체가 오존층의 희박해진 영역 부근과 같이 바람직한 장소에 분포되도록 할 수 있다.
일 형태에 있어서, 얻어진 탄산칼슘 화합물도 활용될 수 있다. 예를 들면, 수산화물과 대기중 이산화탄소간의 반응은 탄산칼슘 및 물을 형성한다. 형성된 탄산칼슘은 예를 들면, 농작물 품질을 개선시키거나 해양 유기체의 껍질을 강화시키는 비료로서 이용될 수 있다.
추가적으로, 수산화물이 대기중 공기로 분포되는 장소도 탄산염 화합물이 탄산염 화합물이 활용될 수 있는 장소에서 형성되도록 선택될 수도 있다. 예를 들면, 탄산칼슘 화합물이 비료로서 이용될 수 있는 곳에서, 수산화물은 비행기 또는 드론에 의한 것과 같이 농경지 상에 방출될 수 있다. 그러한 과업을 위해 별도의 비행기를 채용하기 보다는 수산화물을 분포시키는 영역 상에 비행하는 것이 달리 요구되는(즉, 임의의 추가적인 이산화탄소 배출은 비행기에 탑재된 수산화물의 추가적인 중량과 관련된 배출로 최소화되도록) 여객기 또는 화물기와 같은 항공기를 채용하는 것도 가능할 수 있다. 그러나, 일부 상황들에 있어서, 별도의 항공기의 채용은 여전히 수용할 수 있는 해결책일 수 있다(즉, 여전히 대기로부터 이산화탄소의 순 감소일 수 있다)는 것을 알아야 할 것이다.
일 형태에 있어서, 상기 방법은 대기중 공기로 분포된 수산화물의 양을 제어하여 이로부터 제거된 이산화탄소의 양을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 총 제거 혹은 이산화탄소를 지나치게 빠르게 제거하는 것은 권장되니 않으므로, 이산화탄소 레벨을 모니터링함으로써 이산화탄소가 대기중 공기로부터 제어된 방식으로 제거되도록 할 수 있다. 또한, 수산화물의 분포는 대기중 이산화탄소 레벨이 특정 레벨로 감소되면 제한되거나 중단될 수 있다. 예를 들면, 대기중 이산화탄소 레벨이 산업 혁명 이전에 경험했던 수준과 유사한 수준에 있기만 하면, 수산화물의 분포는 제한될 수 있어서, 새로운 이산화탄소 배출만이 제거된다.
제2 양태에 있어서, 지구의 대기 내의 대기중 공기내에 존재하는 이산화탄소를 적어도 부분적으로 제거하는 시스템이 개시된다. 이 시스템은 수산화물을 지상 레벨 위 높이의 대기중 공기로 전달시키는 메커니즘을 포함한다. 이산화탄소 및 수산화물은 반응하여 지면으로 침강하는 탄산염 화합물을 형성하여, 대기중 공기로부터 이산화탄소를 적어도 부분적으로 제거하게 된다. 이와 관련하여, 이 제2 양태에 개시된 시스템은 제1 양태에 개시된 방법이 적용될 수 있도록 하는 시스템으로 간주될 수 있다. 현재 시스템과는 달리 본원에 개시된 시스템은 공기가 여과되어야 하는 필터의 사용을 필요로 하지 않는다. 수산화물의 현명한 선택과 얻어진 탄산염 화합물을 통해, 본원에 개시된 시스템은 공기를 포집하거나 처리하거나 부산물의 저장을 위한 탱크의 필요를 제거할 수 있다. 수산화물은 수용액 내에 또는 미세한 미립자와 같은 고체로서 존재할 수 있다는 것을 알아야 한다.
일 형태에 있어서, 상기 시스템은 대기중 공기로의 전달 이전에 메커니즘 내에 또는 상에 위치되는 저장소 내에 수산화물 화합물을 저장하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들면, 컨테이너(container), 저장조, 용기, 캐니스터(canister) 또는 다른 저장소를 채용하여 수산화물을 저장할 수 있다. 대안적으로, 저장소는 메커니즘과 분리된 장소에 저장될 수 있으며, 수산화물은 수산화물을 저장소로부터 분포를 위해 메커니즘으로 파이핑하는 것과 같이, 저장소로부터 메커니즘으로 재배치될 수 있다.
일 형태에 있어서, 메커니즘은 수산화물을 지상 레벨 위의 높이의 대기중 공기로 전달할 수 있다. 예를 들면, 수산화물은 지구 대류권의 상부 영역 내 또는 지구 성층권 내에 분포될 수 있다.
일 형태에 있어서, 메커니즘은 항공-주행 운송체, 지상-주행 운송체, 수상-주행 운송체 또는 터빈의 블레이드와 같은 다른 이동하는 대상과 같은 이동하는 물품 또는 대상을 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 메커니즘은 수산화물이 분포될 장소로 수산화물을 수송하고/하거나 수산화물이 분포된 장소로부터 수산화물을 수송하는 물품 또는 대상으로 고려될 수 있다. 예를 들면, 항공-주행 운송체는 비행기, 항공기 또는 항공 드론일 수 있고, 지상-주행 운송체는 수산화물을 예를 들면, 농경지로 재배치하도록 채용될 수 있는 자동차, 트럭 또는 트랙터일 수 있다. 다른 실시예에서, 수상-주행 운송체는 수산화물을 예를 들면, 해양, 호수, 강, 연못, 댐, 석호 또는 다른 수체로 재배치하여 상기 수체 상의 대기중 공기로 분포를 위해 채용될 수 있는 보트, 배, 요트, 호버크래프트, 페리선, 바지선, 낚시 트롤선, 카누, 카약 등일 수 있다. 또 다른 실시예에 있어서, 이동하는 물품 또는 대상은 풍차 또는 풍력 터빈의 블레이드와 같이, 달리 정지 구조물 상에 이동하는 요소일 수 있다.
다른 형태에 있어서, 메커니즘은 빌딩 또는 구조물을 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 빌딩 또는 구조물은 예를 들면, 수산화물이 이후 분포되는 저장소를 탑재하는데 이용될 수 있다. 예를 들면, 타워 상의 저장소는 수산화물을 펌프, 분사 또는 달리 수산화물을 공기로 방출시키는데 이용될 수 있다.
일 형태에 있어서, 수산화물은 수용액으로 전달될 수 있다. 이는 미스트가 형성될 수 있도록 하는 것과 같이 수산화물의 분포를 단순화시킬 수 있다. 그러나, 수산화물은 대안적으로 소/미세 고체 입자들과 같은 고체의 형태로 전달될 수 있다는 것을 알아야 할 것이다. 수산화물은 (미세 수용성 입자 도는 미세 고체 입자와 같이) 에어로졸로서 전달될 수 있거나 대안적으로 전달될 수 있다.
수산화물이 수용액으로 전달되는 형태들에 있어서, 용액은 메커니즘 내에 형성될 수 있다. 예를 들면, 수산화물은 저장소의 일 구획 내에 저장될 수 있으며, 물은 동일하거나 상이한 저장소의 분리된 구획 내에 저장된다. 수산화물 및 물은 공기중에 분포되기 직전에만 혼합될 수 있다. 다른 형태들에 있어서, 수용액은 형성되고 이후 전달되기 이전에 메커니즘, 예를 들면, 저장소 내에 저장될 수 있다.
일 형태에 있어서, 메커니즘은 얻어진 탄산칼슘 화합물이 더 활용될 수 있는 장소에서 수산화물을 대기중 공기로 전달하도록 개조될 수 있다. 예를 들면, 메커니즘은 항공기 상 또는 내에 탑재를 위해 개조될 수 있고, 특정 장소에 수산화물을 전달하거나 방출하기 위해 프로그래밍되도록 더 개조될 수 있다. 특정 장소는 위성 위치확인 시스템(GPS)에 의하여 식별가능할 수 있으며, 알려진 GPS 기술의 이용이 채용될 수 있다. 그러나, 메커니즘은 얻어진 탄산칼슘 화합물이 구체적으로 활용되는 장소에서 수산화물을 전달하는 것에 제한될 필요는 없다는 것을 알아야 한다. 예를 들면, 수산화물은 얻어진 탄산칼슘 화합물이 필요하지 않은 수체(body of water) 상에 방출될 수 있다.
일 형태에 있어서, 수산화물을 전달하는 메커니즘은 대기중 공기로 전달된 수산화물의 양이 제어되도록 할 수 있다. 이는 이로 인해 대기중 공기로부터 제거된 이산화탄소의 양을 제어할 수 있다. 이와 관련하여, 시스템은 이산화탄소 센서와 같은 이산화탄소 모니터를 더 포함할 수 있다. 총 제거 혹은 이산화탄소를 지나치게 빠르게 제거하는 것은 권장되지 않으므로, 이는, 이산화탄소 레벨을 모니터링할 수 있도록 하여 이산화탄소가 대기중 공기로부터 제어된 방식으로 제거되도록 보조할 수 있다. 또한, 수산화물의 전달은 대기중 이산화탄소 레벨이 특정 레벨로 감소되면 제한되거나 중단될 수 있다. 예를 들면, 대기중 이산화탄소 레벨이 산업 혁명 이전에 경험했던 수준과 유사한 수준에 있기만 하면, 수산화물의 전달은 제한될 수 있어서, 새로운 이산화탄소 배출만이 제거되고 있는 것이다.
일 형태에 있어서, 상기 시스템은 유체가 적어도 부분적으로 개질되도록 유체를 대기중 공기로 전달시키는 메커니즘을 더 포함할 수 있다. 유체는 가스, 액화 가스 또는 액체의 형태일 수 있다. 액체는 산소일 수 있으며, 산소는 적어도 부분적으로 개질되어 오존을 형성할 수 있다. 수산화물을 전달하기 위한 메커니즘 및 유체를 전달하기 위한 메커니즘은 항공기와 같은 동일한 메커니즘일 수 있다. 수산화물 및 유체는 예를 들면, 대기중 공기로 전달되기 이전에 메커니즘 내 또는 상에 위치된 분리된 저장소들 내에 저장될 수 있다. 시스템은 상이한 시간 및/또는 장소에서 수산화물 및 유체를 방출/분포하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 각각은 각각 최대의 이익을 제공하는 상이한 각각의 장소에 분포될 수 있다.
제2 양태의 시스템은 제1 양태에서 정의된 바와 같은 방법의 구현을 달리 용이하게 할 수 있다.
제3 양태에 있어서, 수산화물을 분포시키고 지구의 대기 내의 대기중 공기내에 존재하는 이산화탄소를 적어도 부분적으로 제거하는 장치가 개시된다. 상기 장치는 수산화물을 대기중 공기로 분포시키도록 구성된다. 수산화물은 공기 내에 존재하는 이산화탄소와 반응하여 지면으로 침강하는 탄산칼슘 화합물을 형성하게 된다. 이는 대기중 공기로부터 이산화탄소를 적어도 부분적으로 제거하도록 한다.
현재 장치와 달리, 필터 또는 수산화물 및 대기중 이산화탄소간의 반응의 얻어진 생성물을 보유하는 포집 탱크를 필요로 하지 않는다.
일 형태에 있어서, 장치는 수산화물을 분포하기 이전에 저장소 내에 수산화물을 저장하도록 구성될 수 있다. 이는 수산화물이 다른 영역 또는 구역 내에 분포를 위해 용이하게 재배치되도록 할 수 있다. 수산화물은 (알려진 농약 공중 산포(crop dusting) 기법과 같이) 대기중 공기로 방출될 수 있는 건조 분말과 같은 고체 형태일 수 있거나 액체일 수 있다.
일 형태에 있어서, 장치는 수산화물 화합물의 수용액을 형성하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 수산화물 화합물은 장치 내에서 별도로, 즉, 그 자신의 구획 내에 저장될 수 있으며, 수용액은 수산화물이 분포될 경우에 형성될 수 있다. 예를 들면, 수산화물 화합물은 일 구획 내에서 고체로서 저장될 수 있으며, 물은 분리된 구획 내에 저장될 수 있어서, 수용액을 용액이 분포되는 경우에 형성되도록 한다. 그러나, 수용액은 수산화물 화합물이 대기중 공기로 방출됨에 따라 형성될 수 있어서, 그 안에 존재하는 수증기를 이용하게 된다는 것도 알아야 할 것이다. 대안적으로, 장치는 수용액이 그 안에서 형성되고 저장되도록 구성될 수 있거나, 수용액은 다른 곳에서 형성되고 그 안에서 간단하게 저장될 수 있다.
일 형태에 있어서, 장치는 수산화물을 에어로졸화하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 에어로졸은 추진제 가스와 함께 형성될 수 있거나, 고체 입자의 미세 미스트 또는 수용액으로 간단하게 분사될 수 있다. 알려진 에어로졸화 기법들의 이용이 채용될 수 있다.
일 형태에 있어서, 장치는 건물, 운송체 또는 농작물 살포기와 같은 고정 또는 이동가능한 대상, 물품 또는 구조물에 탑재가능할 수 있다. 이는 최적의 장소에 이로부터 수산화물의 분포를 용이하게 할 수 있다.
장치는 대기중 공기로 분포되는 수산화물의 양을 제어하는 메커니즘을 더 포함할 수 있다. 이는 이로 인해 대기중 공기로부터 제거된 이산화탄소의 양을 제어할 수 있다. 이와 관련하여, 장치는 이산화탄소 센서와 같은 이산화탄소 모니터를 더 포함할 수 있다. 총 제거 혹은 이산화탄소를 지나치게 빠르게 제거하는 것은 권장되지 않으므로, 이는, 이산화탄소 레벨을 모니터링할 수 있도록 하여 이산화탄소가 대기중 공기로부터 제어된 방식으로 제거되도록 보조할 수 있다. 또한, 수산화물의 분포는 대기중 이산화탄소 레벨이 특정 레벨로 감소되면 제한되거나 중단될 수 있다. 예를 들면, 대기중 이산화탄소 레벨이 산업 혁명 이전에 경험했던 수준과 유사한 수준에 있기만 하면, 수산화물의 분포는 제한될 수 있어서, 새로운 이산화탄소 배출만이 제거된다.
일 형태에 있어서, 상기 장치는 유체가 적어도 부분적으로 개질되도록 유체를 대기중 공기로 분포시키도록 더 구성될 수 있다. 유체는 가스, 액화 가스 또는 액체의 형태일 수 있다. 액체는 산소일 수 있으며, 산소는 적어도 부분적으로 개질되어 오존을 형성할 수 있다. 장치는 예를 들면, 분리된 저장소들 내에서 수산화물 및 유체를 저장하도록 구성될 수 있다. 장치는 상이한 시간 및/또는 장소에서 수산화물 및 유체를 방출/분포하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 각각은 각각 최대의 이익을 제공하는 상이한 각각의 장소에 분포될 수 있다.
장치는 제1 양태에서 정의된 방법에서 또는 제2 양태에서 정의된 시스템에서 달리 채용될 수 있다.
발명의 요약에서 설명된 바와 같이 이산화탄소의 변환을 위한 방법, 시스템 및 장치의 범위에 속할 수 있는 임의의 다른 형태에도 불구하고, 하기의 첨부된 도면들을 참조하여 구체적인 실시형태들이 실시예들로써만 이제 기재될 것이다:
도 1은 제1 실시형태의 개략적 개요를 도시한다.
도 2는 방법의 일반적인 순서도를 도시한다.
도 3은 제2 실시형태의 개략적 개요를 도시한다.
우선, 도 1을 참조하면, 이산화탄소를 대기중 공기로부터 적어도 부분적으로 제거하기 위한 일 실시형태의 일반적인 개략적 개요가 도시되어 있다. 이전에 언급된 바와 같이, 시스템은 예를 들면, 산업적 탄소 배출을 상쇄시키는 노력에서 대기중 공기에 현재 존재하는 이산화탄소 레벨을 감소시키기 위해 채용될 수 있다. 이와 관련하여, 상기 시스템은 이산화탄소의 다른 덜 환경파괴적인 형태로의 변환(즉, 이산화탄소의 화학적 변환 또는 반응)을 위해 제공하는 것으로 고려될 수 있다. 이산화탄소의 레벨은 모니터링될 수 있으며, 대기중 공기로 분포되는 수산화물의 양을 제어함과 같이, 대기중 공기로부터 제거된 이산화탄소의 양이 제어될 수 있다는 것도 알아야 한다. 이산화탄소를 대기로부터 너무 빠르게 제거하는 것이나 이를 함께 제거하는 것은 권장되지 않는다. 대기중 이산화탄소 레벨을 모니터링하는 것은 수산화물의 분포가 대기중 이산화탄소 레벨이 특정 레벨로 감소되면 제한되어야 하거나 중단되어야 하는 지의 여부를 결정하는 것을 보조할 수도 있다.
이 실시형태에 있어서, (12)로 도시된 비행기는 에어로졸화된 수산화물 입자들(10)로 도시된 수산화물을 지상에서 훨씬 위에 있는 높이의 공기로 분포시킨다. 이와 관련하여, 비행기(12)는 지상 위의 특정 높이의 수산화물 입자들(10)을 방출하도록 (비록, 이것이 그렇게 제한되지 않다고 하더라도) 구성될 수 있다. 수산화물 입자들(10)을 더 높은 위치에 방출하거나 분포함으로써, 입자들(10)은 공기중에 존재하는 이산화탄소(14)와 반응하는 추가적인 시간을 갖는다. 공기중에 존재하는 이산화탄소(14) 및 방출된 수산화물 입자들(10)의 적어도 일부가 반응하여 '16'으로 집합적으로 도시된 바와 같이, 탄산칼슘 화합물 및 물을 형성한다. 이는 이에 의하여 공기중에 존재하였던 이산화탄소의 일부를 이로부터 적어도 부분적으로 제거하게 된다. 수산화물이 이산화탄소에 고도로 반응성이 있기 때문에, 수산화물이 지상 위 상당한 높이로 방출되는 경우, 수산화물이 탄산칼슘 및 물로 변환됨에 따라 상당한 양의 수산화물이 지면으로 떨어질 것 같지는 않다.
도 1에서, 대기중에 잔류하는 이산화탄소가 일부 존재한다고 하더라도, 이산화탄소의 일부는 이산화탄소를 다른 형태로 변환시킴으로써 대기로부터 제거된다는 것을 알 수 있다. 수산화물 입자들의 일부는 이산화탄소와 반응하지 않을 수 있다는 것도 알 수 있다. 미반응 입자들은 단지 지면으로 떨어질 수 있다. 이는 이산화탄소 레벨이 수산화물이 분포된 곳보다 더 낮으면, 더 그러할 것 같다. 그러나, 대부분의 상황에서, 무시할 만한 양의 수산화물이 지면에 도달할 것이라고 가정된다.
대기중에 분포되는 수산화물의 양은 대기중에 존재하는 이산화탄소의 레벨에 따라 조절될 수 있다. 예를 들면, 대기중의 이산화탄소 레벨이 본원에 개시된 방법, 시스템 및 장치의 구현의 결과로 산업 혁명 이전 레벨과 같은 것으로 감소된다면, 분포된 수산화물의 양은 제거될(즉, 너무 많은 이산화탄소를 대기중으로부터 제거하는 것을 방지할) 필요가 있을 수 있다.
수산화칼슘 및 이산화탄소 간의 반응은 하기 방정식에 의하여 도시된다:
Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O
형성된 탄산칼슘(CaCO3)은 수용성 수산화칼슘을 에어로졸화하는데 이용되는 소적의 크기로 인하여 상대적으로 적은 농도로 지면으로 천천히 침강할 것이다.
일 실시형태에 있어서, 수산화칼슘의 분포 또는 전달은 비행기에 의하여 방출되는 것으로 기재된다고 하더라도, 수산화칼슘은 이산화탄소가 제거되는 장소, 그 형태(액체 또는 고체) 등에 의존할 수 있는, 수산화칼슘이 대기중 공기로 분포될 수 있는 방법이 많이 있다는 것을 알 것이다.
이와 관련하여, 대기중 공기로부터 이산화탄소의 적어도 부분적인 제거에 이를 수 있는 일반적이거나 포괄적인 단계들을 개요하는 포괄적인 순서도가 도 2에 도시되어 있다. 비행기와 같은 장치 또는 전달 메커니즘은 (20)으로 도시되어 있다. 수산화물의 대기중 공기로의 분포는 (22)에서 발생한다. 수산화물은 (24)에서 공기중에 존재하는 이산화탄소와 반응하며, (24)에서 반응으로 형성된 얻어진 탄산칼슘 화합물은 (26)에 도시되어 있다. 이 단순화된 공정은 본원에 개시된 방법 및 시스템이 그러한 광범위하고 다양한 응용을 갖도록 할 수 있다.
예를 들면, 수산화물을 이용함으로써 얻어진 탄산칼슘 화합물을 다른 목적을 위해 이용할 수 있으며, 다른 이익을 얻을 수 있도록 할 수 있다(즉, 대기중의 이산화탄소 레벨의 감소는 개시된 방법 또는 시스템을 채용함으로부터 얻어지는 유일한 이익이 아닐 수 있다).
또한, 수산화물 화합물의 상태가 변경될 수 있다, 예를 들면, 고체 미립자로서 분포될 수 있거나 수용액일 수 있다.
도 2는 대기중 공기 내에서 산소와 같은 유체의 적어도 부분적인 개질로 이어질 수 있는 일반적이거나 포괄적이고, 선택적인 단계들도 개요한다. 장치 또는 전달 메커니즘(20)은 (28)에 도시된 대기중 공기로 유체를 분포하도록 더 구성될 수 있다. 유체는 공기중에 존재하는 (화학 물질 또는 화합물과 같은) 물질과 반응함으로써 적어도 부분적으로 개질되거나 (30)에서 (UV 복사와 같은) 환경의 요소들에 의하여 달리 개질되며, 얻어진 개질된 유체는 (32)에 도시되어 있다.
이제 도 3을 참조하면, 이산화탄소를 대기중 공기로부터 적어도 부분적으로 제거하기 위한 제2 실시양태의 일반적인 개략적 개요가 도시되어 있다. 제2 실시양태에 있어서, 비행기(40)는 에어로졸화된 수산화물 입자들(10)로서 도시된 수산화물 및 산소 분자들(42)로 도시된 유체를 분포하도록 구성된다. 도 3은 비행기(40)의 비행 경로를 일반적으로 묘사하는데, 위치 A 및 E는 지상 상의 비행기(40)이며, 위치 B, C 및 D는 비행중의 비행기(40)이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 수산화물 입자들(10) 및 산소 분자들(42)은 비행기(40)의 비행 도중에 상이한 장소/위치에 분포된다. 예를 들면, 비행기(40)가 위치 B 및 D의 부근에 있는 경우, 수산화물 입자들(10)은 공기 중으로 분포되는 반면에, 산소 입자들(42)은 비행기(40)가 위치 C의 부근에 있는 경우 공기중으로 분포된다. 이전과 같이, 위치 B 및 D에서, 수산화물 입자들(10)이 공기중에 분포되는 경우, 공기중에 존재하는 이산화탄소(14)의 적어도 일부는 수산화물 입자들(10)과 반응하여 ‘16’으로 집합적으로 도시된 탄산칼슘 화합물 및 물을 형성한다. 위치 C에서, 산소 분자들(42)은 공기중에 분포된다. 이 실시형태에 있어서, 이들은 정확한 장소에서 오존 형성의 가능성을 개선하는 노력에 있어서 상향 방향(즉, 성층권을 향하여) 분포된 것으로 도시되어 있다. 산소 분자들(42)은 자외선(hvuv)에 의하여 광분해되며 2 개의 산소 원자들(44)로 쪼개질 수 있다. 산소 원자(44)는 이후 산소 분자(42)와 결합하여 오존(O3)(46)을 형성할 수 있다.
이 실시형태에 있어서, 대기중 공기 내에 존재하는 이산화탄소 레벨을 감소시키고 (또는 비행기에 의하여 발생된 임의의 이산화탄소 배출을 적어도 부분적으로 상쇄시키고) 지구 오존층의 보충을 보조하는 것이 가능하다.
개시된 실시형태들은 다양한 방법 및 시스템이 채용되도록 할 수 있다. 추가적으로, 새로운 장비는 거의 필요로 하지 않을 수 있다. 예를 들면, 미세 미스트를 생성하기 위한 노즐이 있는 단순 탱크는 상용 비행기에 탑재될 수 있다. 비행기가 적절한 고도에 있거나 적절한 농경지 상에 위치되기만 하면, 수산화물은 미세 미스트로서 방출될 수 있다.
수산화물 및 선택적으로는 용기/탱크로 적재된 유체의 양은 항공기의 특정 요구사항에 따라 변할 수도 있다. 예를 들면, 항공기 상에 추가적인 중량을 포함하여 균일한 중량 분포를 갖도록 하는 것이 필요할 수 있다. 그러한 경우에 있어서, 추가적인 수산화물 및 선택적으로는, 유체가 비행기에 적재될 수 있다. 대안적으로, 항공기 상의 모든 좌석들이 판매되지 않은 경우와 같이 항공기가 완전히 적재되지 않은 곳에서는, 수산화물 및 선택적으로는, 유체를 대기중 중간-비행으로 분포하기 위하여 항공기로 적재하는 것이 가능할 수 있다. 다른 실시예에서, 조종사들이 훈련하는 경우에, 추가적인 '재화(dead)' 중량을 비행기로 적재하는 것이 필요할 수 있다. 이 '재화 중량'은 수산화칼륨 및 선택적으로는, 착륙 이전에, 이후 분포될 수 있는 유체를 항공기에 적재함으로써 제공될 수 있다. 이전에, 중량을 항공기로 추가적으로 적재하는 것은 항공기의 이산화탄소 배출을 증가시키는 것뿐이었다. 그러나, 본 개시된 방법 및 시스템으로, 이 요구되는 추가적인 중량을 활용하여 대기로부터 이산화탄소(다른 것에 의하여 배출되는 이산화탄소뿐만 아니라 그 자신의 배출된 이산화탄소 양쪽 모두)의 제거를 보조하는 것이 가능하다.
우주선은 수산화물 및 선택적으로는 유체를 비행기보다 더 높은 고도의 대기로 분산시키는 실행 가능한 선택지일 수도 있다. 다시, 수산화물 및 선택적으로는 유체의 적당한 비율은 대기중의 이산화탄소를 추가적으로 감소시키게 할 수 있으며, 선택적으로는, 지구 오존층의 보충을 보조할 수 있다. 자동차, 트럭, 트랙터 등과 같은 다른 운송체도 채용하여 수산화물을 분포할 수 있다. 이산화탄소 배출에 기여하는 그러한 운송체의 활용은 대기로부터 이산화탄소의 추가적인 제거를 제공할 뿐만 아니라 그 자신의 배출을 상쇄시킬 간단한 방법을 제공할 수 있다.
수산화물은 보트 또는 다른 수상-주행 운송체로부터 공기로 분포될 수도 있다. 풍력 터빈 또는 풍차의 블레이드 또는 날개 등과 같은 이동하는 대상의 다른 형태가 이용되어 수산화물을 분포할 수 있다.
빌딩 또는 구조물과 같은 정지된 위치로부터 수산화물의 분산도 실행 가능한 실시형태이다. 이와 관련하여, 수산화물은 빌딩 또는 구조물 상 또는 그 내의 적절한 장소에 저장되고, 이로부터 방출될 수 있다. 그러한 실시형태에 있어서, 추진 에어로졸을 활용하여 수산화물의 적절한 분산을 달성하는 것이 바람직할 수 있다. 대안적으로, 수산화물은 수산화물이 분산될 빌딩 또는 구조물 부근에 저장될 필요가 없다. 예를 들면, 수산화물은 일정 거리로 떨어져서 저장되고, 현장으로 파이프 또는 중력 송급(gravity feeding)에 의한 것과 같이 분산 장소로 수송될 수 있다.
탄산칼슘 화합물은 인간과 동물에게 상당한 위험을 가하지 않으며, 다른 목적을 위하여 용이하게 활용될 수 있다. 얻어진 탄산칼슘은 예를 들면, 농작물 품질을 개선시키거나 해양 유기체의 껍질을 강화시키는 비료로서 이용될 수 있다.
실시예
이산화탄소 변환 방법 및 시스템의 비한정적 실시예는 도 2를 참조하여 이제 기술될 것이다.
최대 1.73 g/L까지 물에 용해성인 수산화물 17.3 그램을 물과 혼합하여 수산화물 수용액 10 리터를 형성하였다. 이후, 용액 일부를 스프레이 병에 넣었다.
대기중 공기 내에 존재하는 이산화탄소가 수산화물과 반응하고 있는지를 확인하기 위하여, 용액을 대형 플라스틱 시트 상에 노즐을 통해 미세 미스트로서 공기중에 분사하였다. 시트를 태양에 건조하도록 하여 물을 증발시켰고, 결정성 물질이 플라스틱 시트상에 잔류하였다.
결정성 물질이 탄산칼슘인지의 여부를 결정하기 위하여, 결정성 물질을 소량 채집하였다. 염산을 결정성 물질에 첨가하였고, 가스 버블들이 급속히 거품이 일어나는 것이 관찰되었다.
탄산칼슘 및 염산이 반응하여 하기 방정식에 따라 염화칼슘 및 이산화탄소를 생성하였다는 것으로 이해되었다:
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2+ H2O
이 간단한 방법 및 시스템에 대한 잠재적인 응용은 의미 있고, 대기중 이산화탄소 레벨을 감소시키는데 이용될 수 있으며, 이론적으로는 이산화탄소의 온실 가스로서의 불리한 영향들 중 일부를 반전시키기 시작한다.
본원에 개시된 바와 같은 방법, 시스템 및 장치의 사상 및 범위를 이탈하지 않으면서 다른 많은 변형을 가할 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다.
이하 청구의 범위 및 선행 설명에서, 명백한 언어 또는 필요한 함축으로 인하여 문맥이 달리 요구하는 곳을 제외하고는, "포함하다"라는 용어 또는 "포함하는" 또는 "포함하며"와 같은 이의 변형은 포함적인 의미로, 즉, 이산화탄소의 변환을 위한 방법, 시스템 및 장치의 다양한 실시형태들에서 다른 특징들의 존재 또는 첨가를 배제하는 것이 아니라 진술된 특징들의 존재를 구체화하기 위해 사용된다.

Claims (10)

  1. 대기중 공기 내에 존재하는 이산화탄소를 적어도 부분적으로 제거하는 방법으로서, 상기 방법은
    a) 화합물을 공기 중으로 분포시키기 위해 대기 중에서의 분포 장소를 결정하는 단계; 및
    b) 상기 분포 장소에 상기 화합물을 분포시킴으로써 상기 대기중 공기 내에 존재하는 이산화탄소의 일부가 상기 대기중 공기에서의 상기 화합물의 분포로부터 유래하는 수산화물과 반응하여 탄산염 화합물을 형성하고, 이에 의하여 상기 대기중 공기로부터 이산화탄소를 적어도 부분적으로 흡수하는 단계를 포함하며,
    여기에서 상기 화합물의 분포에 의해 상기 대기중 공기 내에 수산화물이 존재하게 되는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수산화물은 수용액으로 존재하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 화합물은 상기 공기중의 수증기와 접촉하여 수산화물을 형성하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 화합물은 상기 공기 중에 부유하는 물 입자와 접촉하여 수산화물을 형성하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분포 장소는 지상 위의 특정 높이인 방법.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 형성된 상기 탄산염 화합물이 형성된 후에 활용될 수 있도록 상기 분포 장소가 선택되는 방법.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분포 장소를 결정하는 단계는 상기 분포 장소 아래의 지면에 무엇이 놓여 있는지 분석하는 단계를 포함하는 방법.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분포 장소를 결정하는 단계는 적어도 수증기의 존재를 분석하는 것을 포함하여 상기 분포 장소의 공기 조성을 분석하는 단계를 포함하는 방법.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    c) 상기 분포 장소로 전달되는 수산화물의 양을 제어하는 단계를 더 포함하는 방법.
  10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 방법을 수행하도록 구성된 항공기용 장치로서, 비행 중에 수산화물의 수용액이 형성되는 항공기용 장치.
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