WO2012141516A2 - 선박의 평형수 탱크 유니트 및 이를 이용한 선박의 온실가스 처리방법 - Google Patents

선박의 평형수 탱크 유니트 및 이를 이용한 선박의 온실가스 처리방법 Download PDF

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박재연
유영두
강남선
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서울대학교산학협력단
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    • Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy

Definitions

  • the present invention relates to a ballast water tank unit of a vessel and a method for treating greenhouse gas of a vessel using the same, and more particularly, to reduce greenhouse gas emitted from a vessel, to reduce marine pollution caused by ballast water, and to bioenergy. It is possible to produce a ballast water tank unit of the ship and a method for treating the greenhouse gas of the ship using the same.
  • the present application is filed while claiming priority based on Korean Patent Application No. 10-2011-0034248, it should be understood that the contents contained in the specification of the patent application is included in the specification of the present application.
  • the center of gravity of the vessel is located on the upper portion of the vessel, which may risk overturning the vessel and reduce propulsion efficiency because the propeller cannot be submerged in water.
  • the tank inside the ship is filled with sea water to balance the ship, and the sea water filled in the tank is called 'ballast water'.
  • the ballast water is filled in the tank when the ship is operating in an empty ship, and is discarded into the sea when cargo is loaded on the ship. For example, if crude oil is not loaded on a tanker, the tanker's tank is filled with ballast water, and the ballast water is discharged to the sea just before entering the port to load crude oil.
  • the toxic component includes sulfur, carbon monoxide, and the like, which are highly toxic.
  • ballast water is discarded in the sea at the place where the cargo is loaded. Since the ballast water contains a lot of sea creatures obtained the ballast water, it causes disturbance and pollution of the marine ecosystem.
  • a method of disinfecting and discharging ballast water and a method of discharging the ballast water by electrolysis are proposed. However, these methods all have a problem of requiring a lot of additional costs and facilities.
  • an object of the present invention is to provide a ballast water tank unit of the vessel, and a greenhouse gas treatment method of the vessel using the same, which can reduce the greenhouse gas discharged from the vessel.
  • Still another object of the present invention is to provide a ballast water tank unit of a ship and a greenhouse gas treatment method using the same, which can reduce marine pollution caused by ballast water.
  • Another object of the present invention is to cultivate aquatic plants using the greenhouse gas discharged from the vessel and to produce bio-energy by culturing predators that prey these aquatic plants, ballast tank unit of the vessel and the greenhouse of the vessel using the same It is to provide a gas treatment method.
  • Still another object of the present invention is to provide a ballast water tank unit of a ship and a greenhouse gas treatment method using the same, which can be implemented by adding simple facilities to an existing ship. That is, the present invention does not require a lot of separate equipment cost and equipment by using the ballast water tank provided in the existing vessel for reducing the greenhouse gas, ballast water tank unit of the vessel and a method for treating the greenhouse gas of the vessel using the same The purpose is to provide.
  • the ballast water tank unit of the ship according to a preferred embodiment of the present invention, the first tank body for receiving the ballast water therein; And an injection tube for discharging the gas mixture, which is discharged from the ship and includes a toxic component and a greenhouse gas, to the first tank body.
  • the ballast water of the first tank body includes aquatic plants that absorb greenhouse gases while being survived without being killed by the toxic components.
  • the ballast water tank unit may be provided with a window, which is installed in the first tank body for irradiating external sunlight into the first tank body.
  • a window which is installed in the first tank body for irradiating external sunlight into the first tank body.
  • artificial lighting may be installed inside the first tank body.
  • the ballast tank unit may include a supply pipe for supplying at least one of nitrogen and phosphorus to the aquatic plant.
  • the supply pipe is installed to connect the toilet and kitchen of the vessel and the first tank body to supply the organic waste water generated in the vessel to the first tank body.
  • the ballast water tank unit has a second tank body separated from the first tank body. Between the first and second tank bodies, moving pipes and pumps for moving the ballast and aquatic plants accommodated in the first tank body to the second tank body are installed. A predator is accommodated in the second tank body, and the predator eats and grows the aquatic plants.
  • the aquatic plants accommodated in the first tank body may be moved to the second tank body after a predetermined time passes and become food for predators.
  • the aquatic plants accommodated in the first tank body may be a predator fed to the first tank body after a predetermined time has elapsed.
  • the aquatic plants are Amphidinium carterae, coarse flagella containing Prorocentrum minimum, Heterosigma akashiwo, Chattonella spp., Rhodomonas salina, Isochrysis spp. It is preferred to be selected from diatoms including Ditylum brightwellii, Hemiaulus sinensis, Leptocylindrus danicus, Odontella aurita, Thalassiosira nordenskioeldii, Chaetoceros spp., Seaweed, seaweed, seaweed, seaweed, large seaweed including seaweed and seaweed.
  • predators are protozoans and crustaceans and rotifers, including Oxyrrhis marina, Gyrodinium spp., Gymnodinium spp., Polykrikos spp., Protoperidinium spp., Pfiesteria spp., Stoeckeria spp., Luciella spp., Tintinnids, naked ciliate, and rotifer It is preferable that the selected adult, eggs, and larvae of the welfare animal including the species and benthic animals.
  • the ballast water tank unit the control means for adjusting the amount of the exhaust gas mixture injected into the first tank body through the injection pipe; And a concentration sensor for measuring the concentration of greenhouse gases in the ballast water accommodated in the first tank body.
  • a method for treating a greenhouse gas of a ship comprising: (a) inputting ballast water and aquatic plants to a first tank body; And (b) injecting an exhaust gas mixture, which is discharged from the vessel and contains a toxic component and a greenhouse gas, into the first tank body so that the aquatic plants grow by ingesting the greenhouse gas.
  • the greenhouse gas treatment method (c) after the step (b) to feed the predator to prey aquatic plants in the first tank body so that the predator grows by ingesting aquatic plants; And (d) producing bioenergy using at least one of predators and aquatic plants after step (c).
  • step (d) step the greenhouse gas treatment method, the (c1) predator and the aquatic plant cultured in the step (b) is put into the second tank body, the predator is aquatic plants Ingestion to grow to; And (d1) producing bioenergy using at least one of predators and aquatic plants after step (c1).
  • the step (b) is to irradiate sunlight into the interior of the first tank body through the window of the first tank body or to irradiate the interior of the first tank body with artificial lighting installed inside the first tank body. )can do.
  • step (b) may supply the organic waste water generated in the vessel to the first tank body in order to supply at least one of nitrogen and phosphorus to the aquatic plant.
  • FIG. 1 is a side view showing a vessel equipped with a ballast tank unit according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a main configuration showing the ballast water tank unit of FIG.
  • tank body 11 injection tube
  • FIG. 1 is a side view showing a vessel having a ballast water tank unit according to a preferred embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a main configuration showing the ballast water tank unit.
  • the ballast tank unit 100 includes a first tank body 10 and an injection pipe 11 for injecting the exhaust gas mixture of the ship engine E into the first tank body 10. do.
  • the ballast water is accommodated in the first tank body 10, and the ballast water includes aquatic plants.
  • the aquatic plant absorbs greenhouse gases while living without being killed by the toxic components contained in the exhaust gas mixture. The aquatic plants are described in detail below.
  • the first tank body 10 is a ballast tank that stores ballast water, similarly to other tank bodies 20, 30, 40, 50.
  • the tank bodies 10, 20, 30, 40 and 50, including the first tank body 10 have an injection / discharge tube for injecting / discharging the ballast water. Since the configuration is widely known, the illustration is omitted in the drawings.
  • tank body 10, 20, 30, 40, 50 is installed on the bottom and the ship side of the vessel, like a conventional ballast tank, but is not necessarily limited thereto.
  • tank bodies 10, 20, 30, 40 and 50 are shown in the drawings, the tank bodies 10, 20, 30, 40 and 50 in the present invention are The number is not limited and various numbers may be provided.
  • the tank bodies 10, 20, 30, 40 and 50 are preferably separated from the neighboring tank bodies 10, 20, 30, 40 and 50 by the partition wall. Mixing the ballast water contained in the tank bodies 10, 20, 30, 40 and 50 with the ballast water of the other tank bodies 10, 20, 30, 40 and 50 is aquatic plants and predators May not be desirable to effectively culture.
  • the first tank body 10 may be provided with a window (w) for irradiating external sunlight therein.
  • the window (w) is made of a material through which sunlight passes, for example, glass, transparent plastic, and the like, and can irradiate sufficient sunlight into the inside of the first tank body 10 so as not to interfere with the growth of aquatic plants. It is desirable to have an area enough.
  • the window w is not limited to its shape in the present invention, and the shape of the window w may be variously deformed if it is possible to light the inside of the first tank body 10. Can be.
  • the window w may include a first window through which sunlight passes and a second window installed at the front or the rear of the first window and blocking the sunlight.
  • the second window may be opened and closed automatically and / or manually. Accordingly, the second window can be closed in order to block the sunlight from being irradiated into the inside of the first tank body 10 more than necessary.
  • the opening and closing of the second window can be easily understood by a person skilled in the art or a commercial window can be purchased. Therefore, the detailed description will be omitted here.
  • This window (w) may be installed in other tank bodies 20, 30, 40 and 50.
  • an artificial light L may be installed inside the first tank body 10.
  • Artificial lighting (L) is installed on a predetermined position of the first tank body 10, preferably on the ceiling of the first tank body 10, and generates light of a wavelength required for the growth of aquatic plants.
  • This artificial light (L) may be installed in other tank bodies 20, 30, 40, 50.
  • the artificial light (L) can be controlled automatically flashing.
  • the signal may be turned on by receiving the signal from an optical sensor (not shown).
  • the mining time through the window (w) is not sufficient, it can be operated at night time to generate artificial light. Since this point can be easily implemented by those skilled in the art with reference to the present specification, a detailed description thereof will be omitted.
  • the ballast water tank unit according to the present invention may include a supply pipe 14 for supplying phosphorus (P), nitrogen (N), or the like to the first tank body 10.
  • Supply pipe 14 is installed so as to connect the toilet (T) and the kitchen of the vessel and the first tank body 10 to supply organic wastewater generated by the crew and travelers to the first tank body (10).
  • Phosphorus (P), nitrogen (N), etc. supplied to the first tank body 10 may be usefully used for the growth of aquatic plants.
  • the first tank body 10 may be provided with a concentration sensor (not shown in the figure) for measuring the concentration of phosphorus (P), nitrogen (N) and the like.
  • concentration sensor measures the concentration of phosphorus (P), nitrogen (N) in the ballast water and transmits the signal to a control unit (not shown), the control unit is installed in the supply pipe 14 in accordance with the signal
  • the supply amount of phosphorus (P), nitrogen (N), etc. can be adjusted by adjusting the opening / closing degree of the valve 15.
  • the supply pipe 14 and the valve 15 may be installed in other tank bodies 20, 30, 40, 50.
  • the ballast tank unit according to the present invention can not only effectively utilize organic wastewater generated in a vessel for growth of aquatic plants, but can also prevent marine pollution by the wastewater.
  • the injection pipe 11 injects the exhaust gas mixture of the engine E into the first tank body 10.
  • the exhaust gas mixture injected into the first tank body 10 through the injection pipe 11 is absorbed by the aquatic plants.
  • the injection pipe 11 is installed to connect the exhaust port of the engine E and the first tank body 10.
  • the exhaust gas mixture includes a greenhouse gas, sulfur, carbon monoxide and the like strong toxic.
  • the greenhouse gas may include carbon dioxide, methane, nitrous oxide (N 2 O), carbon fluoride (PFC), hydrofluorocarbon (HFC), sulfur fluoride (SF 6 ), and the like.
  • the injection pipe 11 is provided with a control means 12 for adjusting the injection amount of the exhaust gas mixture
  • the first tank body 10 is a concentration sensor for measuring the concentration of greenhouse gases in the ballast water (not shown in the figure) May be installed.
  • the concentration of the greenhouse gas measured by the concentration sensor is transmitted to the control unit (not shown in the figure), and the control unit operates the control means 12 in accordance with the signal to the first tank through the injection pipe 11.
  • the amount of exhaust gas mixture injected into the body 10 is adjusted.
  • the regulating means 12 may be a conventional valve, preferably a solenoid valve.
  • the injection tube 11 and the adjusting means 12 are also installed in the other tank body 20, 30, 40, 50.
  • the aquatic plants are grown for a predetermined time in the first tank body 10, and then provided as prey food.
  • the predator can be put into the first tank body 10, by feeding the aquatic plants increases the total fat content, thereby increasing the production of biodiesel.
  • the ballast tank unit includes a moving tube 60 installed to connect the first and second tank bodies 10 and 20, and a pump P installed in the moving tube 60.
  • the moving tube 60 is installed so that both ends thereof are close to the bottom of the tank body 10, 20, 30, 40, 50.
  • the moving tube 60 and the pump P may move the ballast water stored in the tank body and the aquatic plants and / or predators included in the ballast water to the adjacent tank body.
  • some tank bodies of the tank bodies 10, 20, 30, 40, and 50 provided in the present invention include only aquatic plants and no predators, and only some predators in the other tank bodies.
  • This includes aquatic plants are not included in the state that the aquatic plants propagated in the tank body of some may be moved to the tank body of the remaining part to be a predator food.
  • the exhaust gas mixture may be supplied to the remaining part of the tank body through the inlet pipe 11 and the phosphorus (P) and / or through the supply pipe 14.
  • Nitrogen (N) may be supplied, and the light may be emitted through the window (w) or irradiation using the artificial light (L).
  • the tank bodies 10, 20, 30, 40 and 50 contain only aquatic plants and no predators, the growth of the aquatic plants to some extent is completed.
  • the predators may be introduced into the tank bodies 10, 20, 30, 40 and 50 so that the predators may eat aquatic plants.
  • Injecting pipes 11 into tank bodies 10, 20, 30, 40 and 50 while predators feed on aquatic plants in tank bodies 10, 20, 30, 40 and 50 Through the exhaust gas mixture can be supplied, and through the supply pipe 14 may be supplied with phosphorus (P) and / or nitrogen (N), such as irradiation through the window (w) mining or artificial lighting (L) ( ⁇ ) can be made.
  • P phosphorus
  • N nitrogen
  • the aquatic plants can be proliferated vigorously while the aquatic plants are being fed.
  • the aquatic plants that can be used in the present invention should be able to absorb greenhouse gases (carbon dioxide, methane gas, etc.) while surviving without killing the toxic components contained in the exhaust gas mixture.
  • Aquatic plants that meet these conditions include Amphidinium carterae, coarse flagella containing Prorocentrum minimum, Heterosigma akashiwo, Chattonella spp., Rhodomonas salina, Isochrysis spp., Flagella including cryptophytes, Skeletonema costatum, Chaetoceros curvisetus, Chaetoceros Diatoms including Chaetoceros didymus, Chaetoceros socialis, Ditylum brightwellii, Hemiaulus sinensis, Leptocylindrus danicus, Odontella aurita, Thalassiosira nordenskioeldii, Chaetoceros spp., Seaweed, seaweed, kelp, laver, blue seaweed, seaweed, including
  • Chaetoceros curvisetus Chaetoceros debilis
  • Chaetoceros didymus Chaetoceros socialis
  • Ditylum brightwellii Hemiaulus sinensis
  • Leptocylindrus ocusitacus may be used.
  • Predators are preferably species that actively prey on aquatic plants, particularly those that ingest greenhouse gases.
  • predators containing a lot of fat components are preferable so that bioenergy (biodiesel, bioethanol) can be produced using animal fats of predators.
  • the predators are Oxyrrhis marina, Gyrodinium spp., Gymnodinium spp., Polykrikos spp., Protoperidinium spp., Pfiesteria spp., Stoeckeria spp., Luciella spp., Tintinnids, naked ciliate
  • protoperidinium spp. For example, in the case of cyanobacteria, protozoa Oxyrrhis marina, Gyrodinium spp., Rotifer, etc. can be used as predators.
  • the sea water is stored in the tank body.
  • the sea water is injected through the injection and discharge pipe provided in the tank body. Since the injection and discharge of seawater through the injection and discharge pipes are well known to those skilled in the art, description thereof will be omitted.
  • the aquatic plants are put into the first tank body 10.
  • ballast water is stored in the tank body when the vessel has not loaded cargo, and the ballast water stored in the tank body is discharged to the sea in close proximity to the destination. Accordingly, the aquatic plants introduced into the first tank body 10 may be propagated inside the first tank body 10 during the time when the ship arrives from the starting point to the destination.
  • the exhaust gas mixture discharged from the engine (E) of the ship is injected into the first tank body 10 through the injection pipe (11).
  • the injection can be automatically adjusted by the control means 12 and the concentration sensor. That is, the concentration sensor measures the concentration of the greenhouse gas in the ballast water and transmits the signal to the control unit, the control unit can operate the control means 12 according to the signal to adjust the injection amount of the exhaust gas mixture. For example, if the measured GHG concentration is lower than the GHG concentration suitable for aquatic plant growth, the injection of the exhaust gas mixture increases, and if the GHG concentration measured higher than the GHG concentration suitable for aquatic plant growth is higher than the GHG concentration. Reduce the injection volume of the mixture or stop the injection.
  • phosphorus (P) and / or nitrogen (N) is supplied to the inside of the first tank body 10 through the supply pipe 14.
  • the concentration sensor installed in the first tank body 10 measures the concentration of phosphorus (P), nitrogen (N), etc. in the ballast water and transmits the signal to a control unit (not shown), and the control unit is the signal.
  • the amount of phosphorus (P), nitrogen (N) and the like can be automatically adjusted by adjusting the opening and closing degree of the valve 15 according to the above.
  • aquatic plants grow while absorbing the greenhouse gases contained in the off-gas mixture. On the other hand, if necessary during this process, it can supply nutrients to help aquatic plants grow.
  • the aquatic plants After culturing the aquatic plants in the same manner as described in (1) above, remove the aquatic plants using predators. Accordingly, the greenhouse gas absorbed by the aquatic plants is fixed in the body of the predator. At this time, the predator is preferably selected according to the type of aquatic plants, which has been described above.
  • the predator When the aquatic plants of the first tank body 10 grow to a certain level, the predator is introduced into the first tank body 10.
  • the fed predators grow while feeding on aquatic plants, and while the predators eat aquatic plants, they can supply the exhaust gas mixture, phosphorus (P) and / or nitrogen (N) to the first tank body 10, and
  • the light can be irradiated through w) or irradiated with artificial light (L).
  • feeding the predator into the first tank body 10 and moving the aquatic plants of the first tank body 10 to the second tank body 20 You can also use the method.
  • the movement of the aquatic plant can be made by the moving tube 60 and the pump (P).
  • the ballast water of the first tank body 10 is moved to the second tank body 20 by the suction force of the pump (P), at which time the aquatic plants contained in the ballast water are also moved.
  • the aquatic plants moved to the second tank body 20 are fed by predators.
  • the exhaust gas mixture can be supplied to the second tank body 20 through the injection pipe 11 and phosphorus (P) and / or nitrogen ( N) can be supplied to the second tank body 20.
  • the remaining tank body 30, 40, 50 that is, the third, fourth, fifth tank body 30, 40, 50 is the same way as the first and second tank body (10, 20) It can be used to grow aquatic plants or to grow predators.
  • the filter net (not shown) is used while discharging the ballast water to the outside (for example, the sea) through the inlet and outlet pipes.
  • the filter net may be installed in front of the inlet or the outlet of the inlet and outlet tubes, preferably having a net size capable of filtering not only predators but also aquatic plants. Predators and aquatic plants filtered by the filter net can be used to produce bioenergy.
  • ballast water has the effect of preventing disturbance and pollution of the marine ecosystems in the region.
  • the predators obtained through the above steps (1) to (3) are rich in fat, which is advantageous for extracting bioenergy.
  • a method of producing bioenergy using at least one of such predators and aquatic plants is already known, and a method of producing biodiesel, which is a kind of bioenergy using high fat predators, is as follows.
  • the harvested predators are quenched at -90 ° C to -70 ° C, preferably -80 ° C, and dried using a freeze dryer.
  • the present invention has the following effects.
  • bio-energy can be produced by culturing aquatic plants in ballast water tanks (tank bodies) using greenhouse gases emitted from ships, and cultivating predators in the ballast water tanks (tank bodies).
  • the present invention is economical and practical because it can be made by adding only simple facilities such as injection pipe, supply pipe, artificial lighting, moving pipe, pump, etc. to the existing vessel.

Abstract

본 발명에 따르면, 선박으로부터 배출되는 온실가스를 이용하여 평형수 내에서 수생식물을 배양하고, 배양된 수생식물을 포식자에게 먹이로서 공급하여 포식자를 배양한 후, 포식자를 이용하여 바이오 에너지를 생산함으로써 온실가스 배출을 줄이고 바이오 에너지를 생산할 수 있으며 평형수로 인한 해양오염을 줄일 수 있다는 장점을 가진다.

Description

선박의 평형수 탱크 유니트 및 이를 이용한 선박의 온실가스 처리방법
본 발명은 선박의 평형수 탱크 유니트 및 이를 이용한 선박의 온실가스 처리방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 선박으로부터 배출되는 온실가스를 줄일 수 있고, 평형수로 인한 해양오염을 줄일 수 있으며, 바이오 에너지를 생산할 수 있는, 선박의 평형수 탱크 유니트 및 이를 이용한 선박의 온실가스 처리방법에 대한 것이다. 본 출원은 대한민국 특허출원 제10-2011-0034248호를 기초로 우선권을 주장하면서 출원되는 것으로서, 상기 특허출원의 출원 명세서에 포함된 내용은 본 출원의 명세서에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
일반적으로, 대형 선박이 빈 배로 운항할 경우, 선박의 무게 중심이 선박 상부에 위치하게 되어 선박이 전복될 위험성이 있고 프로펠러가 물 속에 잠기지 못하여 추진효율이 떨어지게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 선박 내부의 탱크에 바닷물을 채워 선박의 평형을 잡는데, 상기 탱크에 채워지는 바닷물을 '평형수(ballast water)'라고 한다.
상기 평형수는 선박이 빈 배로 운항할 경우에 탱크에 채워지고, 선박에 화물 등이 적재될 경우에는 바다로 버려진다. 예를 들어, 유조선에 원유가 적재되지 않은 경우에는 유조선의 탱크에 평형수를 채운 상태로 운항하고, 원유를 적재하기 위해 항구에 들어가기 직전에 평형수를 바다로 배출한다.
한편, 선박은 많은 연료를 소모하기 때문에 선박의 엔진으로부터 많은 양의 연소가스가 배출되는데, 상기 연소가스에는 독성분과 온실가스가 포함되어 있다. 상기 독성분에는 독성이 강한 황, 일산화탄소 등이 포함된다.
선박에서 배출되는 온실가스는 지구 전체 온실가스 배출량의 3.3%를 차지하는데, 이산화탄소 배출권이 적용될 경우에 물류비용이 크게 증가할 것으로 예상된다. 따라서, 상기 온실가스의 양을 줄일 수 있는 방안이 필요한 실정이다.
또한, 전술한 평형수는 화물을 적재하는 곳에서 바다에 버려지는데, 상기 평형수에는 평형수를 입수한 바다의 생물들이 많이 포함되기 때문에 바다 생태계를 교란시키고 오염시키는 원인이 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 평형수를 소독하여 배출하는 방법, 평형수를 전기분해하여 배출하는 방법 등이 제안되었다. 그러나, 이러한 방법들은 모두 많은 추가 비용과 설비들을 필요로 한다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 선박에서 배출되는 온실가스를 줄일 수 있는, 선박의 평형수 탱크 유니트 및 이를 이용한 선박의 온실가스 처리방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 평형수로 인한 해양오염을 줄일 수 있는, 선박의 평형수 탱크 유니트 및 이를 이용한 선박의 온실가스 처리방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 선박으로부터 배출되는 온실가스를 이용하여 수생식물을 배양하고 이러한 수생식물을 포식하는 포식자를 배양함으로써 바이오 에너지를 생산할 수 있는, 선박의 평형수 탱크 유니트 및 이를 이용한 선박의 온실가스 처리방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 기존의 선박에 간단한 설비들을 추가하여 구현될 수 있는, 선박의 평형수 탱크 유니트 및 이를 이용한 선박의 온실가스 처리방법을 제공하는데 있다. 즉, 본 발명은 기존의 선박에 구비된 평형수 탱크를 온실가스 저감을 위해서 사용함으로써 별도의 많은 설비비용 및 설비들을 필요로 하지 않는, 선박의 평형수 탱크 유니트 및 이를 이용한 선박의 온실가스 처리방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박의 평형수 탱크 유니트는, 평형수를 내부에 수용하는 제1 탱크몸체; 및 선박에서 배출되고 독성분과 온실가스가 포함된 배출가스 혼합체를 제1 탱크몸체에 주입하는 주입관;을 포함한다. 제1 탱크몸체의 평형수에는 상기 독성분에 의해 사멸하지 않고 생존하면서 온실가스를 흡수하는 수생식물이 포함된다.
상기 평형수 탱크 유니트에는 창이 설치될 수 있는데, 상기 창은 외부의 태양광을 제1 탱크몸체의 내부에 조사(照射)하기 위해 제1 탱크몸체에 설치된다. 상기 창에 대한 대안으로서, 인공조명이 제1 탱크몸체의 내부에 설치될 수도 있다.
상기 평형수 탱크 유니트는 질소 및 인 중에서 적어도 어느 하나를 상기 수생식물에 공급하기 위한 공급관을 구비할 수도 있다. 상기 공급관은 선박의 화장실 및 주방과 제1 탱크몸체를 연결하도록 설치되어 선박 내에서 발생되는 유기성 오폐수를 제1 탱크몸체에 공급한다.
또한, 상기 평형수 탱크 유니트는 제1 탱크몸체와 분리된 제2 탱크몸체를 구비한다. 제1,2 탱크몸체 사이에는 제1 탱크몸체에 수용된 평형수와 수생식물을 제2 탱크몸체로 이동시키기 위한 이동관 및 펌프가 설치된다. 제2 탱크몸체에는 포식자가 수용되고, 포식자는 상기 수생식물을 포식하여 생장한다.
제1 탱크몸체에 수용된 수생식물은 소정시간이 경과된 후 제2 탱크몸체로 이동되어 포식자의 먹이가 될 수 있다.
또한, 제1 탱크몸체에 수용된 수생식물은 소정시간이 경과된 후, 제1 탱크몸체에 투입된 포식자의 먹이가 될 수 있다.
상기 수생식물은 Amphidinium carterae, Prorocentrum minimum을 포함하는 와편모류, Heterosigma akashiwo, Chattonella spp., Rhodomonas salina, Isochrysis spp., cryptophytes를 포함하는 편모류, Skeletonema costatum, Chaetoceros curvisetus, Chaetoceros debilis, Chaetoceros didymus, Chaetoceros socialis, Ditylum brightwellii, Hemiaulus sinensis, Leptocylindrus danicus, Odontella aurita, Thalassiosira nordenskioeldii, Chaetoceros spp.를 포함하는 규조류, 미역, 다시마, 김, 파래, 우뭇가사리를 포함하는 대형 해조류, 해초 중 선택된 하나인 것이 바람직하다.
아울러, 포식자는 Oxyrrhis marina, Gyrodinium spp., Gymnodinium spp., Polykrikos spp., Protoperidinium spp., Pfiesteria spp., Stoeckeria spp., Luciella spp., tintinnids, naked ciliate, rotifer를 포함하는 원생동물 및 갑각류와 윤충류와 저서동물을 포함하는 후생동물의 성체와 알, 유생 중 선택된 하나인 것이 바람직하다.
상기 평형수 탱크 유니트는, 주입관을 통해 제1 탱크몸체에 주입되는 배출가스 혼합체의 양을 조절하는 조절수단; 및 제1 탱크몸체에 수용된 평형수 내의 온실가스의 농도를 측정하는 농도센서;를 더 포함할 수 있다. 농도센서에 의해서 측정된 온실가스의 농도에 따라 조절수단을 작동함으로써 주입관을 통해 제1 탱크몸체에 주입되는 배출가스 혼합체의 양을 조절할 수 있다.
본 발명의 다른 측면인 선박의 온실가스 처리방법은, (a) 제1 탱크몸체에 평형수와 수생식물을 투입하는 단계; 및 (b) 선박에서 배출되고 독성분과 온실가스가 포함된 배출가스 혼합체를 제1 탱크몸체에 주입하여 수생식물이 온실가스를 섭취하여 생장되도록 하는 단계;를 포함한다.
또한, 상기 온실가스 처리방법은, (c) 상기 (b) 단계 이후에 수생식물을 포식하는 포식자를 제1 탱크몸체에 투입하여 포식자가 수생식물을 섭취하여 생장되도록 하는 단계; 및, (d) 상기 (c) 단계 이후에 포식자 및 수생식물 중에서 적어도 어느 하나를 이용하여 바이오 에너지를 생산하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 (c),(d) 단계에 대한 대안으로서, 상기 온실가스 처리방법은, (c1) 포식자와 상기 (b) 단계에서 배양된 수생식물을 제2 탱크몸체에 투입하여 포식자가 수생식물을 섭취하여 생장되도록 하는 단계; 및, (d1) 상기 (c1) 단계 이후에 포식자 및 수생식물 중에서 적어도 어느 하나를 이용하여 바이오 에너지를 생산하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 (b) 단계는 제1 탱크몸체의 창을 통하여 태양광을 제1 탱크몸체의 내부로 조사(照射)하거나 제1 탱크몸체의 내부에 설치된 인공조명으로 제1 탱크몸체의 내부를 조사(照射)할 수 있다.
또한, 상기 (b) 단계는, 상기 수생식물에 질소 및 인 중에서 적어도 어느 하나를 공급하기 위하여 선박에서 발생하는 유기성 오폐수를 제1 탱크몸체에 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 평형수 탱크 유니트가 구비된 선박을 보여주는 측면도.
도 2는 도 1의 평형수 탱크 유니트를 보여주는 주요 구성도.
--- 부호의 설명 ---
10, 20, 30, 40, 50 : 탱크몸체 11 : 주입관
14 : 공급관 60 : 이동관
w : 창 L : 인공조명
P : 펌프 E : 엔진
T : 화장실
100 : 선박의 평형수 탱크 유니트
이하, 첨부된 도면들을 참조로 본 발명에 대해서 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 실시예들에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 평형수 탱크 유니트가 구비된 선박을 보여주는 측면도이고, 도 2는 상기 평형수 탱크 유니트를 보여주는 주요 구성도이다.
도면을 참조하면, 상기 평형수 탱크 유니트(100)는 제1 탱크몸체(10)와, 제1 탱크몸체(10)에 선박 엔진(E)의 배출가스 혼합체를 주입하는 주입관(11)을 포함한다. 제1 탱크몸체(10)의 내부에는 평형수가 수용되고, 상기 평형수에는 수생식물이 포함된다. 상기 수생식물은 배출가스 혼합체에 포함된 독성분에 의해 사멸하지 않고 생존하면서 온실가스를 흡수한다. 상기 수생식물에 대해서는 아래에서 상세히 설명된다.
제1 탱크몸체(10)는, 다른 탱크몸체(20)(30)(40)(50)와 마찬가지로, 평형수를 저장하는 평형수 탱크(ballast tank)이다. 따라서, 제1 탱크몸체(10)를 포함한 탱크몸체(10)(20)(30)(40)(50)는 평형수를 주입/배출하기 위한 주입·배출관을 구비하는데, 이러한 주입·배출관은 그 구성이 널리 알려져 있으므로 도면에 그 도시를 생략하였다.
또한, 탱크몸체(10)(20)(30)(40)(50)는 통상적인 평형수 탱크와 마찬가지로 선박의 선저와 선측에 설치되지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 아울러, 도면에는 다섯 개의 탱크몸체(10)(20)(30)(40)(50)가 도시되어 있지만, 본 발명에서 탱크몸체(10)(20)(30)(40)(50)는 그 개수가 제한되지 않고 다양한 개수가 구비될 수 있다.
탱크몸체(10)(20)(30)(40)(50)는 이웃하는 탱크몸체(10)(20)(30)(40)(50)로부터 격벽에 의해서 분리되는 것이 바람직한데, 어느 하나의 탱크몸체(10)(20)(30)(40)(50)에 수용된 평형수가 다른 탱크몸체(10)(20)(30)(40)(50)의 평형수와 혼합되는 것은 수생식물과 포식자를 효과적으로 배양하는 데에 바람직하지 않을 수도 있다.
제1 탱크몸체(10)는 외부의 태양광을 그 내부에 조사(照射)하기 위한 창(w)을 구비할 수 있다. 상기 창(w)은 태양광이 통과되는 재질, 예를 들어 유리, 투명 플라스틱 등으로 이루어지고, 수생식물의 생장에 지장이 없도록 제1 탱크몸체(10)의 내부로 충분한 태양광을 조사할 수 있을 정도의 면적을 가지는 것이 바람직하다.
또한, 도면에는 사각형상의 창(w)이 도시되어 있지만, 본 발명에서 창(w)은 그 형상에 한정되지 않고 제1 탱크몸체(10)의 내부로 채광이 가능하다면 그 형상이 다양하게 변형될 수 있다.
아울러, 창(w)은 태양광이 통과되는 제1 창과, 제1 창의 전방 또는 후방에 설치되고 태양광을 차단할 수 있는 제2 창을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 제2 창은 자동 및/또는 수동으로 개폐될 수 있다. 이에 따라, 필요 이상으로 태양광이 제1 탱크몸체(10)의 내부로 조사되는 것을 차단하기 위해서 제2 창을 닫을 수 있다. 제2 창을 개폐 가능하도록 하는 것은 당업자가 용이하게 알 수 있거나 시중에서 그러한 창호를 구입할 수 있기 때문에 여기서는 자세한 설명을 생략하기로 한다. 이러한 창(w)은 다른 탱크몸체(20)(30)(40)(50)에도 설치될 수 있다.
상기 창(w)에 대한 대안으로써 또는 상기 창(w)과 함께, 제1 탱크몸체(10)의 내부에는 인공조명(L)이 설치될 수 있다. 인공조명(L)은 제1 탱크몸체(10)의 소정 위치, 바람직하게는 제1 탱크몸체(10)의 천정에 설치되고, 수생식물의 생장에 필요한 파장의 광을 발생시킨다. 이러한 인공조명(L)은 다른 탱크몸체(20)(30)(40)(50)에도 설치될 수 있다.
상기 인공조명(L)은 그 점멸이 자동으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 창(w)을 통해 유입되는 태양광의 세기가 충분하지 않은 경우에는 광센서(도면에 미도시)로부터 그 신호를 전달받아서 점등될 수 있다. 또한, 창(w)을 통한 채광 시간이 충분하지 않은 경우에는 밤 시간에도 작동되어 인공 광을 발생시킬 수 있다. 이러한 점은 본 명세서를 참조한 당업자가 용이하게 실시할 수 있는 것이므로 여기서는 자세한 설명을 생략하기로 한다.
본 발명에 따른 평형수 탱크 유니트는 제1 탱크몸체(10)에 인(P), 질소(N) 등을 공급하기 위한 공급관(14)을 구비할 수 있다. 공급관(14)은 선박의 화장실(T) 및 주방과 제1 탱크몸체(10)를 연결하도록 설치되어 승무원과 여행객 등에 의해 발생한 유기성 오폐수를 제1 탱크몸체(10)로 공급한다. 제1 탱크몸체(10)에 공급된 인(P), 질소(N) 등은 수생식물의 생장에 유용하게 이용될 수 있다.
바람직하게, 제1 탱크몸체(10)에는 인(P), 질소(N) 등의 농도를 측정하기 위한 농도센서(도면에 미도시)가 설치될 수 있다. 상기 농도센서는 평형수 내의 인(P), 질소(N) 등의 농도를 측정하여 그 신호를 제어유니트(도면에 미도시)에 전달하고, 제어유니트는 상기 신호에 따라 공급관(14)에 설치된 밸브(15)의 개폐 정도를 조절함으로써 인(P), 질소(N) 등의 공급량을 조절할 수 있다. 한편, 공급관(14) 및 밸브(15)는 다른 탱크몸체(20)(30)(40)(50)에도 설치될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 평형수 탱크 유니트는 선박에서 발생되는 유기성 오폐수를 수생식물의 생장에 유용하게 활용할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 오폐수에 의한 해양 오염도 방지할 수 있다.
상기 주입관(11)은 엔진(E)의 배출가스 혼합체를 제1 탱크몸체(10)의 내부로 주입한다. 주입관(11)을 통해 제1 탱크몸체(10)에 주입된 배출가스 혼합체는 수생식물에 의해 흡수된다. 주입관(11)은 엔진(E)의 배기구와 제1 탱크몸체(10)를 연결하도록 설치된다.
한편, 상기 배출가스 혼합체는 온실가스와, 독성분이 강한 황, 일산화탄소 등을 포함한다. 또한, 상기 온실가스에는 이산화탄소, 메탄, 아산화질소(N2O), 불화탄소(PFC), 수소화불화탄소(HFC) 및, 불화유황(SF6) 등이 포함될 수 있다.
바람직하게, 상기 주입관(11)에는 배출가스 혼합체의 주입량을 조절하는 조절수단(12)이 설치되고, 제1 탱크몸체(10)에는 평형수 내의 온실가스 농도를 측정하는 농도센서(도면에 미도시)가 설치될 수 있다. 농도센서에 의해서 측정된 온실가스 농도는 그 신호가 제어유니트(도면에 미도시)에 전달되고, 제어유니트는 상기 신호에 따라 조절수단(12)을 작동함으로써 주입관(11)을 통해 제1 탱크몸체(10)에 주입되는 배출가스 혼합체의 양을 조절한다. 상기 조절수단(12)으로는 통상적인 밸브, 바람직하게는 솔레노이드 밸브가 사용될 수 있다.
이러한 주입관(11) 및 조절수단(12)은 다른 탱크몸체(20)(30)(40)(50)에도 설치된다.
한편, 수생식물은 제1 탱크몸체(10)에서 소정 시간동안 생장한 후, 포식자의 먹이로 제공된다. 상기 포식자는 제1 탱크몸체(10)에 투입될 수 있는데, 수생식물을 포식함으로써 총지방 함유량이 증가하고, 이에 따라 바이오 디젤의 생산량을 늘릴 수 있다.
포식자를 제1 탱크몸체(10)에 투입하는 것에 대한 대안으로써, 포식자를 제2 탱크몸체(20)에 투입한 후 제1 탱크몸체(10)에서 증식된 수생식물을 제2 탱크몸체(20)에 투입할 수도 있다. 이를 위해서, 본 발명에 따른 평형수 탱크 유니트는 제1,2 탱크몸체(10)(20)를 연결하도록 설치된 이동관(60)과, 이동관(60)에 설치된 펌프(P)를 구비한다.
이동관(60)은 그 양쪽 끝단이 탱크몸체(10)(20)(30)(40)(50)의 바닥과 근접하도록 설치된다. 이동관(60)과 펌프(P)는 탱크몸체에 저장된 평형수와, 평형수에 포함된 수생식물 및/또는 포식자 등을 이웃하는 탱크몸체로 이동시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 구비된 탱크몸체(10)(20)(30)(40)(50) 중에서 일부의 탱크몸체에는 수생식물만이 포함되고 포식자는 포함되지 않으며 나머지 일부의 탱크몸체에는 포식자만이 포함되고 수생식물은 포함되지 않은 상태에서 상기 일부의 탱크몸체에서 증식된 수생식물이 나머지 일부의 탱크몸체로 이동되어 포식자의 먹이가 될 수 있다. 상기 나머지 일부의 탱크몸체에서 포식자가 수생식물을 포식하는 동안에도 상기 나머지 일부의 탱크몸체에 주입관(11)을 통해 배출가스 혼합체를 공급할 수 있고 공급관(14)을 통해서 인(P) 및/또는 질소(N) 등을 공급할 수도 있으며 창(w)을 통한 채광 또는 인공조명(L)을 이용한 조사(照射)가 이루어질 수 있다. 이러한 구성에 의해서 수생식물이 포식되는 동안에도 수생식물이 왕성하게 증식될 수 있다.
또한, 상기 방법에 대한 대안으로써, 모든 탱크몸체(10)(20)(30)(40)(50)에 수생식물만이 포함되고 포식자는 포함되지 않은 상태에서 수생식물의 증식이 어느 정도 완료되면 포식자를 탱크몸체(10)(20)(30)(40)(50)에 투입하여 포식자가 수생식물을 포식하도록 할 수도 있다. 탱크몸체(10)(20)(30)(40)(50)에서 포식자가 수생식물을 포식하는 동안에도 탱크몸체(10)(20)(30)(40)(50)에 주입관(11)을 통해 배출가스 혼합체를 공급할 수 있고, 공급관(14)을 통해서 인(P) 및/또는 질소(N) 등을 공급할 수도 있으며, 창(w)을 통한 채광 또는 인공조명(L)을 이용한 조사(照射)가 이루어질 수 있다. 이러한 구성에 의해서 수생식물이 포식되는 동안에도 수생식물이 왕성하게 증식될 수 있다.
한편, 본 발명에 사용될 수 있는 수생식물은 배출가스 혼합체에 포함된 독성분에 사멸하지 않고 생존하면서 온실가스(이산화탄소, 메탄가스 등)를 흡수할 수 있어야 한다. 이러한 조건을 만족하는 수생식물로는 Amphidinium carterae, Prorocentrum minimum을 포함하는 와편모류, Heterosigma akashiwo, Chattonella spp., Rhodomonas salina, Isochrysis spp., cryptophytes를 포함하는 편모류, Skeletonema costatum, Chaetoceros curvisetus, Chaetoceros debilis, Chaetoceros didymus, Chaetoceros socialis, Ditylum brightwellii, Hemiaulus sinensis, Leptocylindrus danicus, Odontella aurita, Thalassiosira nordenskioeldii, Chaetoceros spp.를 포함하는 규조류, 미역, 다시마, 김, 파래, 우뭇가사리를 포함하는 대형 해조류, 해초 등이 있다. 본 발명에서는 이러한 수생식물 중에서 적어도 어느 하나를 이용할 수 있다.
바람직하게, 상기 수생식물 중에서 와편모류 중 Amphidinium carterae, Prorocentrum minimum, 규조류 중 Skeletonema costatum, Chaetoceros curvisetus, Chaetoceros debilis, Chaetoceros didymus, Chaetoceros socialis, Ditylum brightwellii, Hemiaulus sinensis, Leptocylindrus danicus, Odontella aurita가 사용될 수 있다.
포식자는 수생식물 특히, 온실가스를 섭취한 수생식물을 왕성하게 포식하는 종이 바람직하다. 또한, 수생식물을 섭취한 포식자의 활용 측면에서 볼 때, 포식자의 동물성 지방을 이용하여 바이오 에너지(바이오 디젤, 바이오 에탄올)를 제조할 수 있도록 지방 성분이 많이 함유된 포식자가 바람직하다.
고지방성의 포식자로 원생동물(섬모충류, 편모류) 및 후생동물(갑각류, 윤충류, 저서동물 등)의 성체와 알, 유생이 선정될 수 있다.
수생식물이 와편모류와 편모류인 경우에는 포식자로서 원생동물인 Oxyrrhis marina, Gyrodinium spp., Gymnodinium spp., Polykrikos spp., Protoperidinium spp., Pfiesteria spp., Stoeckeria spp., Luciella spp., tintinnids, naked ciliate 등을, 규조류의 경우 포식자로서 원생동물인 Protoperidinium spp., Gyrodinium spp. 등을, 남조류의 경우 포식자로서 원생동물인 Oxyrrhis marina, Gyrodinium spp., rotifer 등을, 대형 해조류(미역, 다시마, 김, 파래, 우뭇가사리)와 해초의 경우 포식자로서 Amphipoda 등을 이용할 수 있다.
그러면, 본 발명에 따른 평형수 탱크 유니트(100)를 이용하여 선박 엔진(E)에서 발생된 온실가스를 처리하는 방법을 설명하기로 한다.
(1) 수생식물 배양 및 온실가스 흡수
먼저, 탱크몸체에 바닷물을 저장한다. 상기 바닷물은 탱크몸체에 구비된 주입·배출관을 통하여 주입된다. 주입·배출관을 통한 바닷물의 주입과 배출은 당업자에게 널리 알려진 것이므로 여기서는 설명을 생략하기로 한다.
바닷물 주입이 완료되면 수생식물을 제1 탱크몸체(10)에 투입한다. 알려진 바와 같이, 선박이 화물을 적재하지 않은 경우에는 출발지에서 평형수를 탱크몸체에 저장하는데, 탱크몸체에 저장된 평형수는 목적지에 근접하여 바다로 배출된다. 따라서, 제1 탱크몸체(10)에 투입된 수생식물은 선박이 출발지에서 목적지까지 도착하는 시간 동안 제1 탱크몸체(10)의 내부에서 증식될 수 있다.
한편, 선박의 엔진(E) 등에서 배출되는 배출가스 혼합체는 주입관(11)을 통해서 제1 탱크몸체(10) 내부에 주입된다. 상기 주입은 조절수단(12) 및 농도센서에 의해 자동적으로 조절될 수 있다. 즉, 농도센서가 평형수 내의 온실가스 농도를 측정하여 그 신호를 제어유니트에 전달하고, 제어유니트는 상기 신호에 따라 조절수단(12)을 작동하여 배출가스 혼합체의 주입량을 조절할 수 있다. 예를 들어, 수생식물의 생장에 적합한 온실가스 농도보다 측정된 온실가스 농도가 낮으면 배출가스 혼합체의 주입량을 증가시키고, 수생식물의 생장에 적합한 온실가스 농도보다 측정된 온실가스 농도가 높으면 배출가스 혼합체의 주입량을 감소시키거나 주입을 중단한다.
또한, 필요한 경우에는 인(P) 및/또는 질소(N) 등을 공급관(14)을 통해 제1 탱크몸체(10)의 내부로 공급한다. 제1 탱크몸체(10)에 설치된 농도센서는 평형수 내의 인(P), 질소(N) 등의 농도를 측정하여 그 신호를 제어유니트(도면에 미도시)에 전달하고, 제어유니트는 상기 신호에 따라 밸브(15)의 개폐 정도를 조절함으로써 인(P), 질소(N) 등의 공급량을 자동으로 조절할 수 있다.
아울러, 창(w)을 통해 태양광을 제1 탱크몸체(10)의 내부로 조사함으로써 수생식물이 효과적으로 생장하도록 할 수 있다. 상기 창(w)에 대한 대안으로써, 또는 상기 창(w)과 함께 인공조명(L)을 이용할 수도 있다. 인공조명(L)은 광이 조사되는 시간과 파장 및 세기를 선택적으로 조절할 수 있다.
이와 같은 조건에서 수생식물은 배출가스 혼합체에 포함된 온실가스를 흡수하면서 성장한다. 한편, 이 과정에서 필요한 경우에는 수생식물의 생장을 돕는 영양소를 공급할 수도 있다.
(2) 포식자에 의한 수생식물 포식
위 (1)에서 설명한 바와 같은 방법으로 수생식물을 배양한 후, 포식자를 이용하여 수생식물을 제거한다. 이에 따라, 수생식물에 의해서 흡수된 상기 온실가스는 포식자의 몸 안에 고정된다. 이 때, 포식자는 수생식물의 종류에 따라 적절히 선택되는 것이 바람직한데, 이 점에 대해서는 전술한 바 있다.
제1 탱크몸체(10)의 수생식물이 일정 수준까지 생장하면 포식자를 제1 탱크몸체(10)에 투입한다. 투입된 포식자는 수생식물을 포식하면서 생장하는데, 포식자가 수생식물을 포식하는 동안에도 배출가스 혼합체와 인(P) 및/또는 질소(N)를 제1 탱크몸체(10)에 공급할 수 있고, 창(w)을 통해 채광을 하거나 인공조명(L)을 이용하여 광을 조사할 수 있다.
포식자를 제1 탱크몸체(10)에 투입하는 것에 대한 대안으로써, 제2 탱크몸체(20)에 포식자를 투입하고 제1 탱크몸체(10)의 수생식물을 제2 탱크몸체(20)로 이동시키는 방법을 사용할 수도 있다. 수생식물의 상기 이동은 이동관(60)과 펌프(P)에 의해서 이루어질 수 있다. 제1 탱크몸체(10)의 평형수는 펌프(P)의 흡입력에 의해 제2 탱크몸체(20)로 이동되는데, 이 때 평형수에 포함된 수생식물도 함께 이동된다. 제2 탱크몸체(20)로 이동된 수생식물은 포식자에 의해 포식된다. 이 때, 수생식물이 포식자에 의해 포식되는 동안에도 주입관(11)을 통해 배출가스 혼합체를 제2 탱크몸체(20)에 공급할 수 있고 공급관(14)을 통해 인(P) 및/또는 질소(N)를 제2 탱크몸체(20)에 공급할 수 있다. 또한, 창(w)을 통해 채광을 하거나 인공조명(L)을 이용하여 광을 조사할 수도 있다.
한편, 나머지 탱크몸체(30)(40)(50) 즉, 제3,4,5 탱크몸체(30)(40)(50)는 제1,2 탱크몸체(10)(20)와 동일한 방법으로 수생식물을 증식시키거나 포식자를 증식시키는 데에 이용될 수 있다.
(3) 포식자 및 수생식물의 수확
위 (1)(2)에서 설명한 바와 같은 방법으로 탱크몸체에서 포식자가 원하는 정도로 증식되면 주입·배출관을 통해서 평형수를 외부(예를 들어, 바다)로 배출하면서 여과망(도면에 미도시)을 이용하여 포식자와 수생식물을 수확한다. 상기 여과망은 주입·배출관의 입구 전방 또는 출구 후방에 설치될 수 있는데, 포식자 뿐만 아니라 수생식물도 여과할 수 있는 망 크기를 가진 것이 바람직하다. 상기 여과망에 의해서 걸러진 포식자 및 수생식물은 바이오 에너지를 생산하기 위해서 사용될 수 있다.
한편, 상기 여과망에 의해서 수생식물 및 포식자가 걸러질 뿐만 아니라, 평형수에 포함된 다른 생물도 걸러질 수 있다. 이에 따라 평형수를 배출함에 따라 그 지역의 바다 생태계가 교란되고 오염되는 것을 방지하는 효과도 생긴다.
(4) 수확된 포식자 및/또는 수생식물을 이용한 바이오 에너지 생산
위 (1)∼(3)의 공정을 통해서 얻어진 포식자는 지방이 풍부하기 때문에 바이오 에너지를 추출하기에 유리하다. 이러한 포식자 및 수생식물 중에서 적어도 어느 하나를 이용하여 바이오 에너지를 생산하는 방법은 이미 공지되어 있는데, 고지방성 포식자를 이용하여 바이오 에너지의 일종인 바이오 디젤을 생산하는 방법은 아래와 같다.
(i) 예를 들어, 여과망 또는 원심분리를 통하여 포식자를 수확한다.
(ii) 수확한 포식자를 -90℃ 내지 -70℃, 바람직하게는 -80℃에서 급냉 후 동결 건조기를 이용하여 건조한다.
(iii) 건조된 포식자 생물에 용매인 메틸 아세테이트(Methyl Acetate)를 이용하여 세포내 성분을 추출한다.
(iv) 추출된 성분을 헥산(Hexane)과 85% 메탄올(Methanol)을 1:1로 섞은 혼합액과 섞어서 당류(starch)와 지방류(Fatty acid)를 분리한다.
(v) 위의 용액에서 헥산(Hexane)에 녹아 있는 지방류 중 트리글리세라이드(Triglyceride)를 예를들어, 고성능 액체 크로마토그래프(HPLC)에 의해 분리한다.
(vi) 분리된 트리글리세라이드(Triglyceride)를 에스터 교환(Transesterification) 과정을 통하여 바이오 디젤로 변환한다.
본 발명은 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 선박에서 배출되는 온실가스를 줄일 수 있다.
둘째, 선박으로부터 배출되는 온실가스를 이용하여 평형수 탱크(탱크몸체)에서 수생식물을 배양하고, 이러한 수생식물을 포식하는 포식자를 평형수 탱크(탱크몸체)에서 배양함으로써 바이오 에너지를 생산할 수 있다.
셋째, 평형수로 인한 해양오염을 줄일 수 있다.
넷째, 기존의 선박에 구비된 평형수 탱크를 온실가스 저감을 위해서 사용함으로써 별도의 많은 설비비용 및 설비들을 필요로 하지 않는다. 즉, 본 발명은 기존의 선박에 주입관, 공급관, 인공조명, 이동관, 펌프 등과 같은 간단한 설비만을 추가하여 이루어질 수 있기 때문에 경제적이고 실용성이 크다.

Claims (11)

  1. 평형수를 내부에 수용하는 제1 탱크몸체; 및
    선박에서 배출되고 독성분과 온실가스가 포함된 배출가스 혼합체를 제1 탱크몸체에 주입하는 주입관;을 포함하고,
    제1 탱크몸체의 평형수에는 상기 독성분에 의해 사멸하지 않고 생존하면서 온실가스를 흡수하는 수생식물이 포함된 것을 특징으로 하는, 선박의 평형수 탱크 유니트.
  2. 제1항에 있어서,
    외부의 태양광을 제1 탱크몸체의 내부에 조사(照射)하기 위한 창이 제1 탱크몸체에 설치되거나, 인공조명이 제1 탱크몸체의 내부에 설치된 것을 특징으로 하는, 선박의 평형수 탱크 유니트.
  3. 제1항에 있어서,
    질소 및 인 중에서 적어도 어느 하나를 상기 수생식물에 공급하기 위하여 선박에서 발생하는 유기성 오폐수를 제1 탱크몸체에 공급하는 공급관을 구비하는 것을 특징으로 하는, 선박의 평형수 탱크 유니트.
  4. 제1항에 있어서,
    제1 탱크몸체와 분리된 제2 탱크몸체를 구비하고, 제1 탱크몸체에 수용된 평형수와 수생식물을 제2 탱크몸체로 이동시키기 위한 이동관을 구비하며,
    제2 탱크몸체에는 포식자가 수용되고, 포식자는 상기 수생식물을 포식하여 생장하며,
    제1 탱크몸체에 수용된 수생식물은 소정시간이 경과된 후 제2 탱크몸체로 이동되어 포식자의 먹이가 되는 것을 특징으로 하는, 선박의 평형수 탱크 유니트.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    수생식물은 Amphidinium carterae, Prorocentrum minimum을 포함하는 와편모류, Heterosigma akashiwo, Chattonella spp., Rhodomonas salina, Isochrysis spp., cryptophytes를 포함하는 편모류, Skeletonema costatum, Chaetoceros curvisetus, Chaetoceros debilis, Chaetoceros didymus, Chaetoceros socialis, Ditylum brightwellii, Hemiaulus sinensis, Leptocylindrus danicus, Odontella aurita, Thalassiosira nordenskioeldii, Chaetoceros spp.를 포함하는 규조류, 미역, 다시마, 김, 파래, 우뭇가사리를 포함하는 대형 해조류, 해초 중 선택된 하나이며,
    포식자는 Oxyrrhis marina, Gyrodinium spp., Gymnodinium spp., Polykrikos spp., Protoperidinium spp., Pfiesteria spp., Stoeckeria spp., Luciella spp., tintinnids, naked ciliate, rotifer를 포함하는 원생동물 및 갑각류와 윤충류와 저서동물을 포함하는 후생동물의 성체와 알, 유생 중 선택된 하나인 것을 특징으로 하는, 선박의 평형수 탱크 유니트.
  6. 제5항에 있어서,
    주입관을 통해 제1 탱크몸체에 주입되는 배출가스 혼합체의 양을 조절하는 조절수단; 및
    제1 탱크몸체에 수용된 평형수 내의 온실가스의 농도를 측정하는 농도센서;를 포함하고,
    농도센서에 의해서 측정된 온실가스의 농도에 따라 조절수단을 작동함으로써 주입관을 통해 제1 탱크몸체에 주입되는 배출가스 혼합체의 양을 조절하는 것을 특징으로 하는, 선박의 평형수 탱크 유니트.
  7. (a) 제1 탱크몸체에 평형수와 수생식물을 투입하는 단계; 및
    (b) 선박에서 배출되고 독성분과 온실가스가 포함된 배출가스 혼합체를 제1 탱크몸체에 주입하여 수생식물이 온실가스를 섭취하여 생장되도록 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 선박의 온실가스 처리방법.
  8. 제7항에 있어서,
    (c) 상기 (b) 단계 이후에 수생식물을 포식하는 포식자를 제1 탱크몸체에 투입하여 포식자가 수생식물을 섭취하여 생장되도록 하는 단계; 및
    (d) 상기 (c) 단계 이후에 포식자 및 수생식물 중에서 적어도 어느 하나를 이용하여 바이오 에너지를 생산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 선박의 온실가스 처리방법.
  9. 제7항에 있어서,
    (c1) 포식자와 상기 (b) 단계에서 배양된 수생식물을 제2 탱크몸체에 투입하여 포식자가 수생식물을 섭취하여 생장되도록 하는 단계; 및
    (d1) 상기 (c1) 단계 이후에 포식자 및 수생식물 중에서 적어도 어느 하나를 이용하여 바이오 에너지를 생산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 선박의 온실가스 처리방법.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    제1 탱크몸체의 창을 통하여 태양광을 제1 탱크몸체의 내부로 조사(照射)하거나 제1 탱크몸체의 내부에 설치된 인공조명으로 제1 탱크몸체의 내부를 조사(照射)하는 것을 특징으로 하는, 선박의 온실가스 처리방법.
  11. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    상기 수생식물에 질소 및 인 중에서 적어도 어느 하나를 공급하기 위하여 선박에서 발생하는 유기성 오폐수를 제1 탱크몸체에 공급하는 것을 특징으로 하는 선박의 온실가스 처리방법.
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