WO2023140437A1 - 인공숲 조성 시스템 - Google Patents

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WO2023140437A1
WO2023140437A1 PCT/KR2022/008603 KR2022008603W WO2023140437A1 WO 2023140437 A1 WO2023140437 A1 WO 2023140437A1 KR 2022008603 W KR2022008603 W KR 2022008603W WO 2023140437 A1 WO2023140437 A1 WO 2023140437A1
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WO
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carbon dioxide
air
basic alkali
chamber
artificial forest
Prior art date
Application number
PCT/KR2022/008603
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English (en)
French (fr)
Inventor
이철
Original Assignee
(주)로우카본
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D47/00—Separating dispersed particles from gases, air or vapours by liquid as separating agent
    • B01D47/02—Separating dispersed particles from gases, air or vapours by liquid as separating agent by passing the gas or air or vapour over or through a liquid bath
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/30—Controlling by gas-analysis apparatus
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/77—Liquid phase processes
    • B01D53/78—Liquid phase processes with gas-liquid contact
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
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    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/77—Liquid phase processes
    • B01D53/79—Injecting reactants
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/151—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions, e.g. CO2

Definitions

  • the present invention relates to an artificial forest creation system, and more particularly, to an artificial forest creation system capable of capturing and converting carbon dioxide in the air into carbon resources using a basic alkali mixture, thereby removing carbon dioxide in the air and at the same time recycling it into other useful materials, and continuously supplying artificially purified clean air.
  • the World Meteorological Organization is also concerned that the ability of the terrestrial ecosystem to absorb carbon is decreasing, such as the Amazon region, which has been absorbing carbon, turning into a carbon source in the aftermath of development conducted by the Brazilian government.
  • the present invention has been devised to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an artificial forest creation system that continuously reduces carbon dioxide in the air to make the surrounding air quality clean and pleasant.
  • another object of the present invention is to provide an artificial forest creation system that can remove carbon dioxide and at the same time convert it into other useful materials by capturing carbon dioxide in the air using a basic alkali mixture and converting it into carbon resources.
  • another object of the present invention is to measure the concentration of carbon dioxide present in the air before and after capture to display the reduced concentration of carbon dioxide through a display unit, or to provide a change in the concentration of carbon dioxide in the air to local governments and managers to provide an artificial forest creation system capable of appropriately using it or appropriately coping with changes in carbon dioxide concentration.
  • another object of the present invention is to capture carbon dioxide using a basic alkali mixture solution that solves various disadvantages of an alkanolamine aqueous solution, which is a carbon dioxide absorbent widely used in the prior art, thereby securing economic feasibility compared to the existing technology.
  • the purpose is to provide an artificial forest composition system.
  • An artificial forest creation system for achieving the above object includes a suction pipe for sucking air; a circulation pipe forming a passage through which the air sucked from the suction pipe circulates; a plurality of diffusers branching from the circulation pipe to disperse and supply air in the form of fine bubbles into the chamber; a chamber for collecting carbon dioxide in the air by reacting the air in the form of fine bubbles supplied from the plurality of diffusers with a pre-stored basic alkali mixed solution; a separator for collecting reactant containing carbon dioxide collected in the chamber and separating a carbon dioxide reactant and a waste solution from the reactant; a carbon resource storage for storing the separated carbon dioxide reactant for recycling; and a discharge pipe for discharging residual air from which the carbon dioxide collected in the chamber is removed.
  • the suction pipe is characterized in that one side is coupled to the circulation pipe, and air is sucked through a suction pump formed in the middle.
  • the circulation pipe is characterized in that formed to surround the outer circumference of the chamber.
  • middle portions of the plurality of diffusers are penetrated through the chamber, and both ends of the plurality of diffusers communicate with the inside of the circulation pipe.
  • the air diffuser is a device for dispersing air in the basic alkali mixture, and includes an air diffuser and an air diffuser plate, and the diffuser plate is characterized in that a membrane disc made of a stretchable material having a plurality of acid pores formed on a surface thereof is mounted.
  • an inlet through which the basic alkali mixture is introduced is formed outside the chamber, and the basic alkali mixture mixed by the mixer is introduced into the chamber through a nozzle connected to the formed inlet and stored.
  • the mixer is characterized in that the basic alkali solution supplied from the basic alkali solution storage tank and the water supplied from the water supply source are mixed.
  • the average pH of the basic alkali mixture is characterized in that pH 12 to pH 13.5.
  • the basic alkali mixture may include at least one oxide selected from the group consisting of SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , TiO 2 , MgO, MnO, CaO, Na 2 O, K 2 O and P 2 O 3 ; At least one metal selected from the group consisting of Li, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Sr, Cd, and Pb; and at least one liquid composition selected from the group consisting of sodium tetraborate (Na 2 B 4 O 7 .10H 2 O), sodium hydroxide (NaOH), sodium silicate (Na 2 SiO 3 ), potassium hydroxide (KOH) and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ).
  • oxide selected from the group consisting of SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , TiO 2 , MgO, MnO, CaO, Na 2 O, K 2 O and P 2 O 3 ;
  • the mixer is controlled through a valve to introduce the basic alkali mixture, and when the water level of the basic alkali mixture reaches 100%, the introduction is stopped, and at the same time, the basic alkali solution and water are mixed until the pH of the basic alkali mixture is 12 to 13.5.
  • the carbon dioxide reactant is characterized in that it includes sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) or sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ).
  • the artificial forest composition system the carbon dioxide capture date, time, measurement interval, measurement start time to measure the carbon dioxide concentration value, measurement end time to end the measurement of the carbon dioxide concentration value, a measurement period, and an input unit for inputting atmospheric pressure; a sensor unit for measuring a carbon dioxide concentration value in the air sucked through the suction pipe at the measurement interval and a carbon dioxide concentration value after capturing carbon dioxide and transmitting the measured values to a control unit; a monitoring unit for monitoring the water level and pH of the basic alkali mixture in the chamber; a controller controlling the operation of each unit by controlling the supply amount of the basic alkali mixture by the monitoring unit and determining the sensor value measured by the sensor unit; a storage unit for storing the carbon dioxide concentration value in the air measured at the measurement interval by the sensor unit, the carbon dioxide concentration value after capturing carbon dioxide, and the amount of change in concentration before and after capturing carbon dioxide; a communication unit that remotely transmits the concentration value of carbon dioxide in the air stored in the storage unit, the concentration value of carbon dioxide after capturing carbon dioxide
  • Embodiments of the disclosed technology may have effects including the following advantages. However, this does not mean that the embodiments of the disclosed technology must include all of them, so the scope of rights of the disclosed technology should not be understood as being limited thereby.
  • the present invention it is possible to reduce carbon dioxide by capturing carbon dioxide in the air like a tree, thereby improving the ambient air quality of the area where the system of the present invention is built.
  • sodium carbonate or sodium bicarbonate which is a useful resource, can be produced using the captured carbon dioxide. It can be used in various industrial fields and can even generate profits, so it has the advantage of securing economic feasibility compared to existing technologies.
  • an aeration tank-type diffuser for dispersing air in the form of fine bubbles is provided, and the efficiency of capturing carbon dioxide in the air can be improved by reacting with a basic alkali mixture serving as a catalyst for capturing carbon dioxide.
  • the disadvantages of the alkanolamine aqueous solution which is a carbon dioxide absorbent widely used in the prior art, are overcome, and at the same time, the ambient air is clean and pleasant, so the operating cost is low.
  • FIG. 1 is a front cross-sectional view schematically showing an artificial forest creation system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view illustrating an artificial forest creation system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a side view illustrating an artificial forest creation system according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a side view for explaining in detail the artificial forest creation system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an internal cross-sectional view showing a state in which a plurality of diffusers are disposed according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of a portion where an air diffuser is installed according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a diffuser plate of an diffuser according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 8 is a view for explaining an inlet into which a basic alkali mixed solution is introduced according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a view for explaining a separator for collecting carbon dioxide reactant according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a configuration for managing an artificial forest creation system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining data items that can be provided through the artificial forest creation system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating results before and after carbon dioxide capture of a basic alkali mixed solution according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a front cross-sectional view schematically illustrating an artificial forest creation system according to the present invention
  • FIG. 2 is a plan view showing an artificial forest creation system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a side view showing an artificial forest creation system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a side view for specifically explaining an artificial forest creation system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is a view for explaining a separator for collecting a carbon dioxide reactant according to an embodiment of the present invention.
  • the artificial forest creation system may include a suction pipe 1, a circulation pipe 2, a diffuser 3, a chamber 4, a separator 5, a discharge pipe 6, and a carbon resource storage (not shown).
  • a plurality of suction pipes 1 are provided, and serve to suck ambient air outside the chamber 4 and supply the sucked air to the circulation pipe 2 .
  • a suction pump 11 is formed at the middle or end of the suction pipe 1 to forcibly suck in external air.
  • the circulation pipe 2 is formed to surround the outer circumference of the chamber 4, and forms a passage through which the air sucked from the suction pipe 1 passes.
  • the inside of the circulation pipe 2 is connected to both ends of the diffuser 3.
  • the diffuser 3 is a device for dispersing air and is composed of a diffuser tube and a diffuser plate.
  • a plurality of diffuser 3 branches from the circulation pipe 2 to disperse and supply air in the form of fine bubbles into the chamber 4.
  • the middle part of the diffuser 3 is through-connected to the inside of the chamber 4 as shown in FIG. 5, and both ends of the diffuser 3 may communicate with the inside of the circulation pipe 2.
  • the diffuser 3 will be described in detail in FIGS. 5 to 7 to be described later.
  • the chamber 4 stores a basic alkali mixture therein.
  • the basic alkali mixture is a catalyst for capturing carbon dioxide contained in the air.
  • an inlet 14 into which the basic alkali mixed solution flows is formed outside the chamber 4, and the basic alkali mixed solution mixed by a mixer (not shown) through a nozzle connected to the formed inlet 14.
  • the mixed solution can be introduced into the chamber 4 and stored therein.
  • the chamber 4 may include a level indicator therein to detect the level of the solution in the absorption tower 110.
  • the mixer mixes the basic alkali solution supplied from the reservoir in which the basic alkali solution is stored and the water supplied from the water supply source, and supplies the mixture to the nozzle 15 connected to the inlet 14 of the chamber 4 as shown in FIG. 8 .
  • the basic alkali solution and water may be mixed in a ratio of 1:1 to 1:5.
  • the basic alkali solution and water may be mixed in a ratio of 1:1 to 1:4, 1:1 to 1:3, 1:1 to 1:2, 1:2 to 1:5, 1:2 to 1:3, or 1:3 to 1:5.
  • the capture rate of carbon dioxide in the air may increase, but the mixing ratio of water may be adjusted in consideration of cost.
  • the basic alkali mixture may include at least one oxide selected from the group consisting of SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , TiO 2 , MgO, MnO, CaO, Na 2 O, K 2 O and P 2 O 3 ; At least one metal selected from the group consisting of Li, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Sr, Cd, and Pb; and at least one liquid composition selected from the group consisting of sodium tetraborate (Na 2 B 4 O 7 .10H 2 O), sodium hydroxide (NaOH), sodium silicate (Na 2 SiO 3 ), potassium hydroxide (KOH) and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ).
  • oxide selected from the group consisting of SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , TiO 2 , MgO, MnO, CaO, Na 2 O, K 2 O and P 2 O 3 ;
  • the water supply source may include all water that can be easily obtained at the system installation site.
  • the average pH of the basic alkali mixture may be pH 12 or higher.
  • the pH may be pH12 to pH13.5, pH13, pH12, pH12,1, pH12,2 or pH12.3.
  • the pH of the basic alkali mixture can be measured with a pH meter in the chamber 4, and when the pH of the basic alkali mixture in the chamber 4 is less than 10.5, carbon dioxide can no longer be captured.
  • the amount of the basic alkali solution and water is adjusted by a valve to 0 to 100%, supplied to the mixer, and supplied through a nozzle connected to the inlet 14 of the chamber 4.
  • the mixer When the water level of the basic alkali mixture in the chamber 4 is lowered to less than 90%, the mixer is controlled through a valve to introduce the basic alkali mixture, and when the water level of the basic alkali mixture reaches 100%, the introduction is stopped, and at the same time, the basic alkali solution and water may be mixed until the pH of the basic alkali mixture is 12 to 13.5.
  • the net flow may be made to zero by adjusting a valve (including a by-pass valve if necessary) so that the same amount of the basic alkali mixture as the value of the flow meter installed on the line from the chamber 4 to the separation pipe 5 is supplied to the chamber 4.
  • the chamber 4 reacts the air in the form of fine bubbles branched from the circulation pipe 2 and supplied from the plurality of air diffusers 3 with the basic alkali mixed solution introduced through the inlet 14 of the chamber 4 and stored therein to collect a reactant containing carbon dioxide, and the reactant carbon dioxide and the waste solution in the reactant move to the separator 5 as shown in FIG. 9 through a valve.
  • the separator 5 separates the carbon dioxide reactant and the waste solution from the reactant.
  • the separator 5 may separate using a centrifugal separation method.
  • a carbon resource storage may store the carbon dioxide reactant separated by the separator 5 and recycle it by recycling it for other purposes.
  • the carbon dioxide reactant may include sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) or sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ).
  • the artificial forest creation system is a system used on land, and since it is easy to secure a place to store the carbon dioxide reactant, the carbon dioxide reactant may be separated and stored in a carbon resource storage to turn the reactant into other useful materials.
  • the carbon dioxide reactant may be produced by reacting a basic alkali mixture with carbon dioxide.
  • the waste solution excluding the carbon dioxide reactant from the reactants is moved to a wastewater treatment tank (not shown) and discarded.
  • the waste solution may include illite minerals and water contained in the basic alkali mixed solution that has completed the catalytic role.
  • air in the form of fine bubbles supplied from a plurality of diffusers 3 reacts with the basic alkali mixed solution stored in the chamber 4 to capture carbon dioxide, and the remaining air from which carbon dioxide is removed is discharged through the discharge pipe 6.
  • the remaining air discharged through the discharge pipe 6 may include air from which carbon dioxide is removed from the exhaust gas and a small amount of uncaptured CO 2 .
  • FIG. 5 is an internal cross-sectional view showing a state in which a plurality of air diffusers are arranged according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of a part where the air diffuser according to an embodiment of the present invention is installed
  • FIG. 5 is an internal cross-sectional view showing a state in which a plurality of air diffusers are arranged according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of a part where the air diffuser according to an embodiment of the present invention is installed
  • FIG. 5 is an internal cross-sectional view showing a state in which a plurality of air diffusers are arranged according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of a part where the air diffuser according to an embodiment of the present invention is installed
  • the diffuser 3 is a device for finely dispersing air inside the chamber 4 in which the basic alkali mixture is stored, and may include an diffuser 31 branched from the circulation pipe 2 and a diffuser 32 for dispersing the air ejected from the diffuser 31 into the basic alkali mixed liquid stored in the chamber 4 in the form of fine bubbles.
  • the diffuser plate 32 is fastened to the nipple of the diffuser tube 31 through a socket, as shown in FIGS.
  • the diffuser plates 32 are arranged and mounted in a row at predetermined intervals in the diffuser tube 31, and as the number of diffuser plates 32 is arranged and mounted in the diffuser tube 31, more air in the form of fine bubbles formed through the membrane disk 33 of the diffuser plate 32 is generated, so that the more diffuser plates 32 are arranged, the carbon dioxide capture efficiency increases.
  • the membrane disk 33 preferably includes a coating layer coated with 20 to 50 nm of polytetrafluoroethylene (PTFE) made of Teflon on the surface including the inner surface of the fine acid pores 20A to minimize surface adhesion of contaminants.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the polytetrafluoroethylene has excellent heat resistance and chemical resistance, as well as low adhesion of contaminants due to its low friction coefficient and low adhesive properties.
  • the coating layer minimizes the adhesion of contaminants to the inner surface and surface of the fine acid pores of the membrane, thereby minimizing the degradation of the membrane in contact with the basic alkali mixed pressure solution stored in the chamber 4, and securing the longest possible service life.
  • middle portions of the plurality of diffusers 3 are penetrated through the inside of the chamber 5, and both ends of the plurality of diffusers 3 are inserted to communicate with the inside of the circulation pipe 2 surrounding the outer circumference of the chamber 5.
  • the diffuser 3 can finely and uniformly disperse the air containing carbon dioxide sucked from the outside through the suction pipe 1 to react with the basic alkali mixture in the chamber 4. Accordingly, an effect of increasing carbon dioxide capture efficiency may be realized.
  • Figure 10 is a diagram for explaining the configuration for managing the artificial forest creation system according to an embodiment of the present invention
  • Figure 11 is a data item that can be provided through the artificial forest creation system according to an embodiment of the present invention.
  • the artificial forest composition system includes a carbon dioxide capture date, time, measurement interval, measurement start time for measuring the carbon dioxide concentration value, measurement end time for ending the measurement of the carbon dioxide concentration value, an input unit 100 for inputting a measurement period, and atmospheric pressure; a sensor unit 110 that measures the carbon dioxide concentration value in the air sucked through the suction pipe 1 and the carbon dioxide concentration value after carbon dioxide capture at the measurement interval and transmits the measured values to the control unit 130; A monitoring unit 120 for monitoring the water level and pH of the basic alkali mixture in the chamber 4; a control unit 130 controlling the supply amount of the basic alkali mixture by the monitoring unit 120 and controlling the operation of each unit by determining the sensor value measured by the sensor unit 110; a storage unit 160 for storing the carbon dioxide concentration value in the air measured by the sensor unit 110 at the measurement interval, the carbon dioxide concentration value after capturing carbon dioxide, and the change in concentration before and after capturing carbon dioxide; A communication unit 150 that remotely transmits the concentration of carbon dioxide in the air stored in the storage unit 160, the concentration value of carbon
  • the values of the gas meter, pH meter, and flow meter measured in all processes of the artificial forest creation system are managed by the monitoring unit 120, and the carbon dioxide concentration value in the air sucked through the suction pipe 1 and the carbon dioxide concentration value after carbon dioxide capture in which the air containing carbon dioxide reacts with the basic alkali mixture in the chamber 4 are measured by the sensor unit 110, and based on the values measured by the monitoring unit 120 and the sensor unit 110, the control unit 130 ) to adjust.
  • control unit 130 may control the operation of each unit by controlling the supply amount of the basic alkali mixed solution by the monitoring unit 120 and determining the sensor value measured by the sensor unit 110 .
  • control unit 130 can control the operation of each part of the artificial forest creation system based on the value input through the input unit 100.
  • the storage unit 160 may store items measured by the sensor unit 110 and the monitoring unit 120 as shown in FIG. 11 in a database. Specifically, the items may include at least CO 2 emissions before carbon dioxide capture, CO 2 emissions after carbon dioxide capture, a CO 2 capture amount for a predetermined period, a carbon dioxide capture amount per hour, and a predicted amount of CO 2 capture for a certain period in the future.
  • the communication unit 150 can remotely transmit the values according to the items stored in the storage unit 160 to a server or terminal desired by the user in real time or at regular intervals, so that the local government or manager in the area where the artificial forest creation system is built can remotely check the amount of carbon dioxide capture according to the operation of the artificial forest creation system and the predicted future carbon dioxide capture through a communication device including a server, a smartphone, and a computer terminal.
  • the display unit 140 is a display device installed adjacent to the artificial forest creation system, and can display values according to items measured by the sensor unit 110 and the monitoring unit 120 and stored in the storage unit 160.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating results before and after carbon dioxide capture of a basic alkali mixed solution according to an embodiment of the present invention.
  • the embodiment (a) of FIG. 12 is a graph showing the CO 2 capture amount for 360 hours (15 days), and the embodiment (b) of FIG. 12 is a graph showing the CO 2 capture amount for 623 hours (25.95 days).
  • points indicated at the top indicate CO 2 emissions before the carbon dioxide capture at a predetermined measurement interval, and points indicated at the bottom mean CO 2 emissions at the end after the carbon dioxide capture at the predetermined measurement intervals.
  • the amount of CO 2 emitted before the carbon dioxide capture is the amount of carbon dioxide contained in the air passing through the suction pipe 1
  • the amount of CO 2 emitted after the capture of the carbon dioxide is the amount of carbon dioxide contained in the remaining air discharged through the discharge pipe 6 after passing through the suction pipe 1, the circulation pipe 2, and the diffuser 3 to react with the basic alkali mixture stored in the chamber 4 to remove the amount of carbon dioxide captured by air in the form of fine bubbles reacting with the basic alkali mixture.
  • the present applicant plans to commercialize and market the artificial forest creation system of the present invention.
  • the present invention can provide an artificial forest creation system capable of efficiently reducing carbon dioxide emitted into the air and at the same time recycling it into other useful materials, and continuously supplying artificially purified clean air.
  • local governments and managers can easily check the amount of change in carbon dioxide concentration before and after carbon dioxide capture, so that local governments and managers can appropriately use it or appropriately cope with changes in carbon dioxide concentration.

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Abstract

본 발명은 인공숲 조성 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따르는 인공숲 조성 시스템은, 공기를 흡입하는 흡입관; 상기 흡입관으로부터 흡입된 공기가 순환하는 통로를 형성하는 순환배관; 상기 순환배관으로부터 분기되어 챔버 내에 미세 기포 형태의 공기를 분산시켜 공급하는 다수개의 산기장치; 상기 다수개의 산기장치로부터 공급된 미세 기포 형태의 공기와 기저장된 염기성 알칼리 혼합액을 반응시켜 상기 공기 중의 이산화탄소를 포집하는 챔버; 상기 챔버에서 포집된 이산화탄소를 포함하는 반응물을 수집하고, 상기 반응물에서 이산화탄소 반응물과 폐용액을 분리하는 분리기; 상기 분리된 이산화탄소 반응물을 자원화하기 위해 저장하는 탄소자원 저장소; 및, 상기 챔버에서 포집된 이산화탄소가 제거된 잔여 공기를 배출하는 배출관;을 포함할 수 있다.

Description

인공숲 조성 시스템
본 발명은 인공숲 조성 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 염기성 알칼리 혼합액을 이용하여 공기 중의 이산화탄소를 포집 및 탄소자원으로 변환함으로써 공기 중의 이산화탄소를 제거하는 동시에 다른 유용한 물질로 자원화할 수 있으며, 아울러 인공적으로 정화된 깨끗한 공기를 계속적으로 공급할 수 있도록 하는 인공숲 조성 시스템에 관한 것이다.
최근, 전세계적으로 폭염과 대홍수, 대형 산불까지 기후변화로 인한 각종 자연재해가 급증하고 있다. 이렇게 자연재해가 급증한 데는 대기 중 이산화탄소 급증이 가장 큰 원인으로 꼽힌다.
2020년 전세계 대기 중 이산화탄소 농도가 또다시 사상 최고치를 기록한 가운데 각국의 탄소 배출 감축 계획이 기대에 못 미쳐, 2030년에는 탄소 배출량이 2010년보다 16%가량 늘어날 것이라는 예측이 나왔다. 이런 추세라면 지구 기온 상승을 산업화 이전보다 1.5도(℃) 높은 수준에서 억제한다는 국제 목표치 달성이 어려워져 지구 기온이 2100년에는 2.7도(℃) 상승할 것으로 분석됐다.
또한, 세계기상기구(WMO)에 따르면, 2020년 전세계 대기 중 이산화탄소 평균 농도가 2019년보다 2.5ppm 높아진 413.2ppm으로 사상 최고치를 갱신했다고 밝혔다. 지난해 이산화탄소 농도 증가치는 지난 10년 평균(2.4ppm)을 넘어서는 빠른 증가세를 보였다. 이런 이산화탄소 농도는 산업화 이전(1750년)의 149% 수준이다.
이렇게 대기 중의 이산화탄소가 지속적으로 증가하는 이유를 전문가들은 이산화탄소가 한번 배출되면 최대 200년까지 대기 중에 머무는 이산화탄소의 특성 때문이라고 지적한다. 이러한 특성 때문에 전세계가 이산화탄소로 인한 자연재해와 맞서려면 더 빠르게 탄소배출량을 줄여야 한다는 필요성이 대두되고 있다.
뿐만 아니라, 세계기상기구는 또 그동안 탄소를 흡수하던 아마존 지역이 브라질 정부가 진행해 온 개발 여파로 탄소 배출원으로 바뀌는 등 육지 생태계의 탄소 흡수 능력이 줄고 있다고 우려했다.
상술한 바와 같이, 전세계적으로 이산화탄소가 급증하고 있고, 이산화탄소 저감의 필요성이 인식되고 있는 가운데, 육지 생태계의 탄소 흡수 능력만으로는 탄소 저감 기능을 제대로 수행하는 데 한계가 있다.
한편, 최근까지 공기 중 먼지 및 분진 등의 이물질을 정화하도록 하는 기술의 개발은 활발히 이뤄지고 있으나, 공기 중 이산화탄소를 지속적으로 포집하고, 이산화탄소 포집에 따라 발생된 이산화탄소 포집물을 활용할 수 있는 기술개발은 잘 이뤄지고 있지 않아 이에 대한 기술 개발이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명은 공기 중의 이산화탄소를 지속적으로 저감시켜 주변의 공기질을 깨끗하게 쾌적하게 변환 조성하는 인공숲 조성 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 염기성 알칼리 혼합액을 이용한 공기 중 이산화탄소를 포집 및 탄소자원으로 변환함으로써, 이산화탄소를 제거하는 동시에 다른 유용한 물질로 자원화할 수 있는 인공숲 조성 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 공기 중에 존재하는 이산화탄소 포집 전후에 대한 농도를 측정하여 저감된 이산화탄소의 농도를 표시부를 통해 표시하거나, 또는 공기 중의 이산화탄소 농도 변화를 지자체 및 관리자에게 제공하여 지역 관할 지자체 및 관리자가 이를 적절히 이용하거나, 또는 이산화탄소 농도 변화에 따라 적절하게 대처하도록 할 수 있는 인공숲 조성 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적인 종래 기술에서 널리 사용되는 이산화탄소 흡수제인 알칸올아민 수용액의 여러 가지 단점을 해소하는 염기성 알칼리 혼합액을 사용하여 이산화탄소를 포집함으로써, 기존 기술 대비 경제성을 확보할 수 있는 인공숲 조성 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 인공숲 조성 시스템은, 공기를 흡입하는 흡입관; 상기 흡입관으로부터 흡입된 공기가 순환하는 통로를 형성하는 순환배관; 상기 순환배관으로부터 분기되어 챔버 내에 미세 기포 형태의 공기를 분산시켜 공급하는 다수개의 산기장치; 상기 다수개의 산기장치로부터 공급된 미세 기포 형태의 공기와 기저장된 염기성 알칼리 혼합액을 반응시켜 상기 공기 중의 이산화탄소를 포집하는 챔버; 상기 챔버에서 포집된 이산화탄소를 포함하는 반응물을 수집하고, 상기 반응물에서 이산화탄소 반응물과 폐용액을 분리하는 분리기; 상기 분리된 이산화탄소 반응물을 자원화하기 위해 저장하는 탄소자원 저장소; 및, 상기 챔버에서 포집된 이산화탄소가 제거된 잔여 공기를 배출하는 배출관;를 포함한다.
또한, 상기 흡입관은 일측이 상기 순환배관에 결합되며, 중간에 형성된 흡입펌프를 통해서 공기를 흡입하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 순환배관은 상기 챔버의 외측 둘레를 감싸게 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 다수개의 산기장치의 중간부는 상기 챔버에 관통 연결되며, 상기 다수개의 산기장치의 양끝단은 상기 순환배관의 내부와 연통되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 산기장치는 상기 염기성 알칼리 혼합액에 공기를 분산시키는 장치로서 산기관과 산기판을 구비하고, 상기 산기판은 표면에 다수의 산기공이 형성된 신축 재질의 멤브레인 디스크를 장착하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 챔버의 외측에는 상기 염기성 알칼리 혼합액이 유입되는 유입부가 형성되며, 상기 형성된 유입부와 연결된 노즐을 통해 믹서에 의해 혼합된 상기 염기성 알칼리 혼합액을 상기 챔버로 유입시켜 저장시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 믹서는 염기성 알칼리 용액 저장조에서 공급된 염기성 알칼리 용액과 급수원에서 공급된 물이 혼합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 염기성 알칼리 용액과 물은 1:1 내지 1:5의 비율로 혼합하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 염기성 알칼리 혼합액의 평균 pH는 pH12 내지 pH13.5인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 염기성 알칼리 혼합액은, SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, MgO, MnO, CaO, Na2O, K2O 및 P2O3로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 산화물; Li, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Sr, Cd 및 Pb로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속; 및, 사붕산나트륨(Na2B4O7·10H2O), 수산화나트륨(NaOH), 규산나트륨(Na2SiO3), 수산화칼륨(KOH) 및 과산화수소(H2O2)로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상의 액상 조성물;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 챔버 내의 염기성 알칼리 혼합액의 수위가 90% 미만으로 낮아지면 상기 믹서에서 밸브를 통해 조절되어 염기성 알칼리 혼합액이 투입되고 상기 염기성 알칼리 혼합액의 수위가 100%가 될 경우 투입이 중단되고, 그와 동시에 염기성 알칼리 혼합액의 pH가 12 내지 13.5가 될 때까지 염기성 알칼리 용액과 물을 혼합하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이산화탄소 반응물은 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 인공숲 조성 시스템은, 이산화탄소 포집 날짜, 시간, 측정 간격, 이산화탄소 농도값을 측정하는 측정 시작 시간, 상기 이산화탄소 농도값의 측정을 종료하는 측정 종료 시간, 측정 기간, 및 대기 압력을 입력하는 입력부; 상기 측정 간격으로 상기 흡입관을 통해 흡입된 공기 중의 이산화탄소 농도값, 및 이산화탄소 포집 후의 이산화탄소 농도값을 측정하여 제어부로 전송하는 센서부; 상기 챔버 내의 염기성 알칼리 혼합액의 수위 및 pH를 모니터링하는 모니터링부; 상기 모니터링부에 의해 염기성 알칼리 혼합액의 공급량을 조절하고, 상기 센서부로부터 측정된 센서값을 판단하여 각부의 동작을 제어하는 제어부; 상기 센서부에 의해 상기 측정 간격으로 측정된 공기 중의 이산화탄소 농도값, 이산화탄소 포집 후의 이산화탄소 농도값, 및 이산화탄소 포집 전후의 농도 변화량을 저장하는 저장부; 상기 저장부에 저장된 공기 중의 이산화탄소 농도값, 이산화탄소 포집 후의 이산화탄소 농도값, 및 이산화탄소 포집 전후의 농도 변화량을 실시간 또는 일정 주기로 사용자가 원하는 서버 또는 단말로 원격 전송하는 통신부; 및 상기 센서부에 의해 상기 측정 간격으로 측정된 공기 중의 이산화탄소 농도값, 이산화탄소 포집 후의 이산화탄소 농도값, 및 이산화탄소 포집 전후의 농도 변화량을 디스플레이하는 표시부;를 추가 포함한다.
개시된 기술의 실시 예들은 다음의 장점들을 포함하는 효과를 가질 수 있다. 다만, 개시된 기술의 실시 예들이 이를 전부 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 공기 중의 이산화탄소를 나무와 같이 포집함으로써 이산화탄소를 저감시킬 수 있어 본 발명의 시스템이 구축된 지역의 주변 공기질을 개선 시키는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 포집된 이산화탄소를 이용하여 유용한 자원인 탄산나트륨 또는 탄산수소나트륨을 제조할 수 있다. 이는 다양한 산업 분야에서 활용할 수 있어 수익 창출까지 가능하므로 기존 기술 대비 경제성을 확보할 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 미세 기포 형태의 공기를 분산시키는 폭기조 형태의 산기장치를 구비하고, 이산화탄소 포집 촉매 역할을 하는 염기성 알칼리 혼합액과 반응시킴으로써 공기 중의 이산화탄소 포집 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 종래 기술에서 널리 사용되는 이산화탄소 흡수제인 알칸올아민 수용액의 단점을 해소하면서, 동시에 주변 공기를 깨끗하고 쾌적하게 조성하므로 운용비용이 저렴한 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 지자체 및 관리자는 공기 중의 이산화탄소 포집에 따른 공기 중 이산화탄소 농도 변화에 따라 적절하게 대처하도록 조치를 취할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공숲 조성 시스템을 개략적으로 도시한 정면단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공숲 조성 시스템을 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공숲 조성 시스템을 도시한 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공숲 조성 시스템을 구체적으로 설명하기 위한 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 다수의 산기장치가 배치된 상태를 나타내는 내부 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 산기장치가 설치된 부분의 확대 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 산기장치의 산기판을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 염기성 알칼리 혼합액이 유입되는 유입부를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 반응물을 수집하는 분리기를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공숲 조성 시스템을 관리하기 위한 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공숲 조성 시스템을 통해 제공 가능한 데이터 항목을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 염기성 알칼리 혼합액의 이산화탄소 포집 전후 결과를 예시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 인공숲 조성 시스템을 개략적으로 도시한 정면단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공숲 조성 시스템을 도시한 평면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공숲 조성 시스템을 도시한 측면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공숲 조성 시스템을 구체적으로 설명하기 위한 측면도이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 염기성 알칼리 혼합액이 유입되는 유입부를 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 반응물을 수집하는 분리기를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공숲 조성 시스템은 흡입관(1), 순환배관(2), 산기장치(3), 챔버(4), 분리기(5), 배출관(6), 및 탄소자원 저장소(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 흡입관(1)은 복수 개 이상이 구비되어, 상기 챔버(4) 외부의 주변 공기를 흡입하고, 흡입된 공기를 순환배관(2)으로 공급하는 역할을 한다. 이를 위해, 도 4에 도시된 바와 같이 흡입관(1)의 중간 또는 말단에는 흡입펌프(11)가 형성되어 외부 공기를 강제적으로 흡입할 수 있다.
상기 순환배관(2)은 도 2에 도시된 바와 같이 상기 챔버(4)의 외측 둘레를 감싸게 형성되며, 상기 흡입관(1)으로부터 흡입된 공기가 통과되어 상기 공기가 순환하는 통로를 형성한다. 또한, 순환배관(2)의 내부는 산기장치(3)의 양끝단과 연결되어 있다.
상기 산기장치(3)는 공기를 분산시키는 장치로서 산기관과 산기판으로 구성되며, 다수개의 산기장치(3)는 상기 순환배관(2)으로부터 분기되어 상기 챔버(4) 내에 미세 기포 형태의 공기를 분산시켜 공급하는 역할을 한다. 구체적으로, 이를 위해 상기 산기장치(3)의 중간부는 도 5에 도시된 바처럼 상기 챔버(4) 내부에 관통 연결되며, 상기 산기장치(3)의 양끝단은 상기 순환배관(2)의 내부와 연통될 수 있다. 이러한 산기장치(3)에 대해서는 후술하는 도 5 내지 도 7에서 상세히 설명하고자 한다.
상기 챔버(4)는 내부에 염기성 알칼리 혼합액이 저장된다. 구체적으로, 염기성 알칼리 혼합액은 공기 중에 포함된 이산화탄소를 포집하는 촉매이다. 구체적으로, 챔버(4)의 외측에는 상기 염기성 알칼리 혼합액이 유입되는 유입부(14)가 형성되며, 상기 형성된 유입부(14)와 연결된 노즐을 통해 믹서(미도시)에 의해 혼합된 상기 염기성 알칼리 혼합액을 상기 챔버(4)로 유입시켜 저장시킬 수 있다.
또한, 상기 챔버(4)는 내부에 레벨 인디케이터(level indicator)를 포함하여 흡수탑(110) 내의 용액의 수위를 감지할 수 있다.
상기 믹서는 염기성 알칼리 용액이 저장된 저장조에서 공급된 염기성 알칼리 용액과 급수원에서 공급된 물을 혼합하여, 도 8에 도시된 바와 같이 상기 챔버(4)의 유입구(14)와 연결된 노즐(15)로 공급할 수 있다.
상기 염기성 알칼리 용액과 물은 1:1 내지 1:5의 비율로 혼합하는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 염기성 알칼리 용액과 물은 1:1 내지 1:4, 1:1 내지 1:3, 1:1 내지 1:2, 1:2 내지 1:5, 1:2 내지 1:3 또는 1:3 내지 1:5의 비율로 혼합하는 것일 수 있다.
상기 염기성 알칼리 용액과 물은 염기성 알칼리 용액의 혼합비가 증가할수록 공기 중의 이산화탄소 포집률이 증가할 수 있으나, 비용적인 측면을 고려하여 물의 혼합비를 조절할 수 있다.
상기 염기성 알칼리 혼합액은, SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, MgO, MnO, CaO, Na2O, K2O 및 P2O3로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 산화물; Li, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Sr, Cd 및 Pb로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속; 및, 사붕산나트륨(Na2B4O7·10H2O), 수산화나트륨(NaOH), 규산나트륨(Na2SiO3), 수산화칼륨(KOH) 및 과산화수소(H2O2)로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상의 액상 조성물;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 급수원은 시스템 설치 장소에서 용이하게 구할 수 있는 모든 용수를 포함할 수 있다.
상기 염기성 알칼리 혼합액의 평균 pH는 pH12 이상인 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 pH는 pH12 내지 pH13.5, pH13, pH12, pH12,1, pH12,2 또는 pH12.3일 수 있다. 상기 염기성 알칼리 혼합액의 pH는 상기 챔버(4) 내의 pH meter로 측정될 수 있으며, 상기 챔버(4) 내의 염기성 알칼리 혼합액의 pH가 10.5 미만이 되면 더 이상 이산화탄소 포집을 하지 못하기 때문에, 상기 염기성 알칼리 혼합액의 pH를 맞추기 위해, 상기 염기성 알칼리 용액과 물의 양은 밸브에서 0 내지 100%까지 조절하여 믹서로 공급되어 상기 챔버(4)의 유입구(14)와 연결된 노즐을 통해 공급될 수 있다.
상기 챔버(4) 내의 염기성 알칼리 혼합액의 수위가 90% 미만으로 낮아지면 상기 믹서에서 밸브를 통해 조절되어 염기성 알칼리 혼합액이 투입되고 상기 염기성 알칼리 혼합액의 수위가 100%가 될 경우 투입이 중단되고, 그와 동시에 염기성 알칼리 혼합액의 pH가 12 내지 13.5가 될 때까지 염기성 알칼리 용액과 물을 혼합하는 것일 수 있다.
상기 챔버(4)로 공급되는 염기성 알칼리 혼합액의 양과 상기 분리관(5)에서 나가는 용액의 양이 동일해야 지속적으로 공기 중의 이산화탄소를 포집하는 인공숲 조성 시스템을 유지할 수 있기 때문에, 상기 챔버(4)에서 분리관(5)로 가는 라인에 설치된 flow meter 값과 동일한 양의 염기성 알칼리 혼합액이 챔버(4)에 공급되도록 밸브(필요시 by-pass 밸브 포함)를 조절하여 net flow를 0로 만드는 것일 수 있다.
상기 챔버(4)는 상기 순환배관(2)으로부터 분기되어 상기 다수개의 산기장치(3)로부터 공급된 미세 기포 형태의 공기와, 상기 챔버(4)의 유입부(14)를 통해 유입되어 기저장된 염기성 알칼리 혼합액을 반응시켜 이산화탄소를 포함하는 반응물을 수집하고, 상기 반응물에서 이산화탄소 반응물과 폐용액은 밸브를 통해 도 9에 도시된 바와 같은 분리기(5)로 이동한다.
상기 분리기(5)는 상기 반응물에서 이산화탄소 반응물과 폐용액을 분리한다. 예를 들어, 상기 분리기(5)는 원심분리법을 이용하여 분리하는 것일 수 있다.
탄소자원 저장소(미도시)는 상기 분리기(5)에 의해 분리된 이산화탄소 반응물을 저장하고 다른 용도로 자원화하여 재활용할 수 있다. 예를 들어, 상기 이산화탄소 반응물은 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 포함하는 것일 수 있다.
상기 인공숲 조성 시스템은 육상에서 사용하는 시스템으로, 이산화탄소 반응물을 저장할 장소를 확보하기에 용이하기 때문에 이산화탄소 반응물을 다른 유용한 물질로 자원화하기 위해 분리하여 탄소자원 저장소에 저장하는 것일 수 있다.
상기 이산화탄소 반응물은 하기 반응식 1에서와 같이, 염기성 알칼리 혼합물과 이산화탄소가 반응하여 생성될 수 있다.
<반응식 1>
2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O
Na2CO3 + H2O + CO2 → 2NaHCO3
상기 반응물에서 이산화탄소 반응물을 제외한 폐용액은 폐수 처리조(미도시)로 이동되어 폐기된다. 예를 들어, 상기 폐용액은 촉매 역할을 끝낸 염기성 알칼리 혼합액에 함유되어 있던 일라이트 광물 및 물 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 챔버(4)에서 다수개의 산기장치(3)로부터 공급된 미세 기포 형태의 공기와 상기 챔버(4)에 저장된 염기성 알칼리 혼합액을 반응시켜 이산화탄소를 포집 후 이산화탄소가 제거된 잔여공기는 배출관(6)를 통해 배출된다. 예를 들어, 상기 배출관(6)를 통해 배출되는 잔여공기는 배가스에서 이산화탄소가 제거된 공기와 일부 소량의 포집되지 못한 CO2가 포함될 수 있다.
한편, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 다수의 산기장치가 배치된 상태를 나타내는 내부 단면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 산기장치가 설치된 부분의 확대 단면도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 산기장치의 산기판을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 산기장치(3)는 염기성 알칼리 혼합액이 저장된 챔버(4)의 내부에 공기를 미세하게 분산시키는 장치로서, 순환배관(2)으로부터 분기된 산기관(31)과 상기 산기관(31)으로부터 분출되는 공기를 미세 기포 형태로 챔버(4)에 저장된 염기성 알칼리 혼합액에 분산시키는 산기판(32)을 구비할 수 있다.
여기서, 산기판(32)은 도 6 및 도 7에 도시된 바처럼, 상기 산기관(31)의 니플(nipple)에 소켓을 통해 체결되고, 상기 산기판(32)은 표면에 다수의 산기공이 형성된 신축 재질의 멤브레인 디스크(33)가 장착된다. 상기 산기판(32)은 상기 산기관(31)에 소정 간격을 두고 일렬로 배열 장착되며, 많은 수의 산기판(32)이 산기관(31)에 배열 장착될수록 상기 산기판(32)의 멤브레인 디스크(33)를 통해서 형성되는 미세 기포 형태의 공기가 더 많이 발생되므로 산기판(32)이 많이 배열될수록 이산화탄소 포집 효율이 증가된다.
상기 멤브레인 디스크(33)는 오염물질의 표면부착을 최소화할 수 있도록 미세 산기공(20A)의 내면을 포함하는 표면에 테프론 소재의 폴리테트라플루오르에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE)이 20~50㎚로 코팅되는 코팅층을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 폴리테트라플루오르에틸렌은 특성상 내열성, 내약성이 매우 우수할 뿐만 아니라 마찰계수, 점착성이 낮은 특성으로 인해 오염물질의 부착이 잘 이루어지지 않는 성질은 가진다.
그로 인해 코팅층은 오염물질이 멤브레인의 미세 산기공의 내면과 표면으로 부착되는 것을 최소화함으로써, 챔버(4)에 저장된 염기성 알칼리 혼압액과 접촉되는 멤브레인의 기능저하를 최소화하면서 최대한 오랜 사용기간을 확보할 수 있다.
상술한 바에 따라 멤브레인 자체에 대한 신뢰성 또한 최대한 높일 수 있을 뿐만 아니라 오랜 사용기간 확보로 인한 경제성도 우수한 조건도 가진다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 다수개의 산기장치(3)의 중간부는 상기 챔버(5)의 내부에 관통 연결되며, 다수개의 산기장치(3)의 양끝단은 상기 챔버(5)의 외측 둘레를 감싸고 있는 순환배관(2)의 내부와 연통되도록 삽입되어 있다. 이를 통해, 산기장치(3)는 흡입관(1)을 통해 외부로부터 흡입된 이산화탄소를 포함하는 공기를 미세하면서도 균일하게 분산시켜 챔버(4)의 염기성 알칼리 혼합액과 반응시키도록 할 수 있다. 이에 따라 이산화탄소 포집 효율이 증가되는 효과가 구현될 수 있다.
한편, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공숲 조성 시스템을 관리하기 위한 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공숲 조성 시스템을 통해 제공 가능한 데이터 항목을 설명하기 위한 도면이다.
도 10 내지 도 11을 참조하면, 상기 인공숲 조성 시스템은 이산화탄소 포집 날짜, 시간, 측정 간격, 이산화탄소 농도값을 측정하는 측정 시작 시간, 상기 이산화탄소 농도값의 측정을 종료하는 측정 종료 시간, 측정 기간, 및 대기 압력을 입력하는 입력부(100); 상기 측정 간격으로 상기 흡입관(1)을 통해 흡입된 공기 중의 이산화탄소 농도값, 및 이산화탄소 포집 후의 이산화탄소 농도값을 측정하여 제어부(130)로 전송하는 센서부(110); 상기 챔버(4) 내의 염기성 알칼리 혼합액의 수위 및 pH를 모니터링하는 모니터링부(120); 상기 모니터링부(120)에 의해 염기성 알칼리 혼합액의 공급량을 조절하고, 상기 센서부(110)로부터 측정된 센서값을 판단하여 각부의 동작을 제어하는 제어부(130); 상기 센서부(110)에 의해 상기 측정 간격으로 측정된 공기 중의 이산화탄소 농도값, 이산화탄소 포집 후의 이산화탄소 농도값, 및 이산화탄소 포집 전후의 농도 변화량을 저장하는 저장부(160); 상기 저장부(160)에 저장된 공기 중의 이산화탄소 농도값, 이산화탄소 포집 후의 이산화탄소 농도값, 및 이산화탄소 포집 전후의 농도 변화량을 실시간 또는 일정 주기로 사용자가 원하는 서버 또는 단말로 원격 전송하는 통신부(150); 및 상기 센서부(110)에 의해 상기 측정 간격으로 측정된 공기 중의 이산화탄소 농도값, 이산화탄소 포집 후의 이산화탄소 농도값, 및 이산화탄소 포집 전후의 농도 변화량을 디스플레이하는 표시부(140);를 추가 포함할 수 있다.
상기 인공숲 조성 시스템의 모든 과정에서 측정되는 gas meter, pH meter, flow meter의 값을 모니터링부(120)에서 관리하며, 상기 흡입관(1)을 통해 흡입된 공기 중의 이산화탄소 농도값, 및 쳄버(4)에서 이산화탄소를 포함하는 공기와 염기성 알칼리 혼합액이 반응하는 이산화탄소 포집 후의 이산화탄소 농도값은 센서부(110)에서 측정하고, 상기 모니터링부(120) 및 상기 센서부(110)에서 측정된 값을 기반으로 제어부(130)를 조절한다.
즉, 제어부(130)는 상기 모니터링부(120)에 의해 염기성 알칼리 혼합액의 공급량을 조절하고, 상기 센서부(110)로부터 측정된 센서값을 판단하여 각부의 동작을 제어할 수 있다.
또한, 사용자가 입력부(100)를 통해 이산화탄소 포집 날짜, 시간, 측정 간격, 이산화탄소 농도값을 측정하는 측정 시작 시간, 상기 이산화탄소 농도값의 측정을 종료하는 측정 종료 시간, 측정 기간, 및 대기 압력을 입력시키면 제어부(130)는 상기 입력부(100)를 통해 입력된 값에 기반하여 인공숲 조성 시스템의 각 부의 동작을 제어할 수 있다.
상기 저장부(160)는 상기 센서부(110) 및 상기 모니터링부(120)로부터 측정된, 도 11에 도시된 바와 같은 항목들을 데이터베이스에 저장할 수 있다. 구체적으로 상기 항목들은 이산화탄소 포집 전단의 CO2배출량, 이산화탄소 포집 후단의 CO2배출량, 기설정된 기간의 CO2포집량, 시간당 이산화탄소 포집량, 향후 일정기간의 CO2포집 예측량을 적어도 포함할 수 있다.
상기 통신부(150)는 상기 저장부(160)에 저장된 항목에 따른 값들을 실시간 또는 일정 주기로 사용자가 원하는 서버 또는 단말로 원격 전송할 수 있어, 인공숲 조성 시스템이 구축된 지역의 지자체 또는 관리자는 원격으로 서버, 스마트폰, 컴퓨터 단말을 포함하는 통신장치를 통해서 인공숲 조성 시스템의 동작에 따른 이산화탄소 포집 변화량 및 향후 예측 이산화탄소 포집량을 확인할 수 있다.
표시부(140)는 인공숲 조성 시스템에 인접하게 설치된 디스플레이 장치로서, 상기 센서부(110) 및 모니터링부(120)로부터 측정되고 상기 저장부(160)에 저장된 항목에 따른 값들을 디스플레이할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 염기성 알칼리 혼합액의 이산화탄소 포집 전후 결과를 예시한 도면이다.
도 12를 참조하면, 도 12의 (a)실시예는 360시간(15일) CO2포집량을 나타낸 그래프이고, 도 12의 (b)실시예는 623시간(25.95일) CO2포집량을 나타낸 그래프이다. 두 그래프에서 상단에 표시된 포인트는 소정 측정 간격으로 이산화탄소 포집 전단의 CO2배출량이고, 하단에 표시된 포인트는 소정 측정 간격으로 이산화탄소 포집 후단의 CO2배출량을 의미한다.
여기서, 상기 이산화탄소 포집 전단의 CO2배출량은 흡입관(1)을 통과하는 공기에 포함된 이산화탄소의 양이며, 상기 이산화탄소 포집 후단의 CO2배출량은 상기 흡입관(1), 순환배관(2), 산기장치(3)를 통과하여 미세 기포 형태의 공기가 챔버(4)에 저장된 염기성 알칼리 혼합액과 반응하여 포집된 이산화탄소의 양을 제거하고 배출관(6)을 통해 배출되는 잔여 공기에 포함된 이산화탄소의 양이다.
즉, 도 12의 두 그래프를 살펴보면 이산화탄소 포집 후단의 CO2배출량(하단에 표시)은 이산화탄소 포집 전단의 CO2배출량(상단에 표시) 에 비해 현저하게 작은 이산화탄소 배출량을 가지므로, 염기성 알칼리 혼합액을 이용한 인공숲 조성 시스템의 포집효과가 좋음을 확인할 수 있다.
참고로, 본 출원인은 본 발명인 인공숲 조성 시스템을 제품화하여 시판할 예정이다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 명세서의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 명세서의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
한편, 본 명세서와 도면에는 본 명세서의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 명세서의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 명세서의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예 외에도 본 명세서의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
본 발명은 공기 중에 배출된 이산화탄소를 효율적으로 저감시킴과 동시에 다른 유용한 물질로 자원화할 수 있고, 아울러 인공적으로 정화된 깨끗한 공기를 계속적으로 공급할 수 있는 인공숲 조성 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 지역 관할 지자체 및 관리자가 이산화탄소 포집 전/후의 이산화탄소 농도 변화량을 쉽게 확인할 수 있음으로써, 지역 관할 지자체 및 관리자가 이를 적절히 이용하거나, 또는 이산화탄소 농도 변화에 따라 적절하게 대처하도록 할 수 있다.
이는 온실가스의 배출량을 줄이기 위해 다양한 노력을 시도하고 있는 각국 정부, 지자체들을 상대로 인공숲 조성 시스템의 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있다.

Claims (13)

  1. 공기를 흡입하는 흡입관;
    상기 흡입관으로부터 흡입된 공기가 순환하는 통로를 형성하는 순환배관;
    상기 순환배관으로부터 분기되어 챔버 내에 미세 기포 형태의 공기를 분산시켜 공급하는 다수개의 산기장치;
    상기 다수개의 산기장치로부터 공급된 미세 기포 형태의 공기와 기저장된 염기성 알칼리 혼합액을 반응시켜 상기 공기 중의 이산화탄소를 포집하는 챔버;
    상기 챔버에서 포집된 이산화탄소를 포함하는 반응물을 수집하고, 상기 반응물에서 이산화탄소 반응물과 폐용액을 분리하는 분리기;
    상기 분리된 이산화탄소 반응물을 자원화하기 위해 저장하는 탄소자원 저장소; 및,
    상기 챔버에서 포집된 이산화탄소가 제거된 잔여 공기를 배출하는 배출관;을 포함하는 인공숲 조성 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡입관은 일측이 상기 순환배관에 결합되며, 중간에 형성된 흡입펌프를 통해서 공기를 흡입하는 것을 특징으로 하는 인공숲 조성 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 순환배관은 상기 챔버의 외측 둘레를 감싸게 형성된 것을 특징으로 하는 인공숲 조성 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수개의 산기장치의 중간부는 상기 챔버에 관통 연결되며, 상기 다수개의 산기장치의 양끝단은 상기 순환배관의 내부와 연통되는 것을 특징으로 하는 인공숲 조성 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 산기장치는 상기 염기성 알칼리 혼합액에 공기를 분산시키는 장치로서 산기관과 산기판을 구비하고, 상기 산기판은 표면에 다수의 산기공이 형성된 신축 재질의 멤브레인 디스크를 장착하여 이루어진 것을 특징으로 하는 인공숲 조성 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버의 외측에는 상기 염기성 알칼리 혼합액이 유입되는 유입부가 형성되며, 상기 형성된 유입부와 연결된 노즐을 통해 믹서에 의해 혼합된 상기 염기성 알칼리 혼합액을 상기 챔버로 유입시켜 저장시키는 것을 특징으로 하는 인공숲 조성 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 믹서는 염기성 알칼리 용액 저장조에서 공급된 염기성 알칼리 용액과 급수원에서 공급된 물이 혼합되는 것을 특징으로 하는 인공숲 조성 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 염기성 알칼리 용액과 물은 1:1 내지 1:5의 비율로 혼합하는 것을 특징으로 하는 인공숲 조성 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 염기성 알칼리 혼합액의 평균 pH는 pH12 내지 pH13.5인 것을 특징으로 하는 인공숲 조성 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 염기성 알칼리 혼합액은,
    SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, MgO, MnO, CaO, Na2O, K2O 및 P2O3로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 산화물;
    Li, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Sr, Cd 및 Pb로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속; 및,
    사붕산나트륨(Na2B4O7·10H2O), 수산화나트륨(NaOH), 규산나트륨(Na2SiO3), 수산화칼륨(KOH) 및 과산화수소(H2O2)로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상의 액상 조성물;을 포함하는 것을 특징으로 하는 인공숲 조성 시스템.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 챔버 내의 염기성 알칼리 혼합액의 수위가 90% 미만으로 낮아지면 상기 믹서에서 밸브를 통해 조절되어 염기성 알칼리 혼합액이 투입되고 상기 염기성 알칼리 혼합액의 수위가 100%가 될 경우 투입이 중단되고, 그와 동시에 염기성 알칼리 혼합액의 pH가 12 내지 13.5가 될 때까지 염기성 알칼리 용액과 물을 혼합하는 것을 특징으로 하는 인공숲 조성 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 이산화탄소 반응물은 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 포함하는 것을 특징으로 하는 인공숲 조성 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 인공숲 조성 시스템은,
    이산화탄소 포집 날짜, 시간, 측정 간격, 이산화탄소 농도값을 측정하는 측정 시작 시간, 상기 이산화탄소 농도값의 측정을 종료하는 측정 종료 시간, 측정 기간, 및 대기 압력을 입력하는 입력부;
    상기 측정 간격으로 상기 흡입관을 통해 흡입된 공기 중의 이산화탄소 농도값, 및 이산화탄소 포집 후의 이산화탄소 농도값을 측정하여 제어부로 전송하는 센서부;
    상기 챔버 내의 염기성 알칼리 혼합액의 수위 및 pH를 모니터링하는 모니터링부;
    상기 모니터링부에 의해 염기성 알칼리 혼합액의 공급량을 조절하고, 상기 센서부로부터 측정된 센서값을 판단하여 각부의 동작을 제어하는 제어부;
    상기 센서부에 의해 상기 측정 간격으로 측정된 공기 중의 이산화탄소 농도값, 이산화탄소 포집 후의 이산화탄소 농도값, 및 이산화탄소 포집 전후의 농도 변화량을 저장하는 저장부;
    상기 저장부에 저장된 공기 중의 이산화탄소 농도값, 이산화탄소 포집 후의 이산화탄소 농도값, 및 이산화탄소 포집 전후의 농도 변화량을 실시간 또는 일정 주기로 사용자가 원하는 서버 또는 단말로 원격 전송하는 통신부; 및
    상기 센서부에 의해 상기 측정 간격으로 측정된 공기 중의 이산화탄소 농도값, 이산화탄소 포집 후의 이산화탄소 농도값, 및 이산화탄소 포집 전후의 농도 변화량을 디스플레이하는 표시부;를 추가 포함하는 인공숲 조성 시스템.
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