KR20190120483A - Apparatus for producing methane gas - Google Patents

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KR20190120483A
KR20190120483A KR1020180043714A KR20180043714A KR20190120483A KR 20190120483 A KR20190120483 A KR 20190120483A KR 1020180043714 A KR1020180043714 A KR 1020180043714A KR 20180043714 A KR20180043714 A KR 20180043714A KR 20190120483 A KR20190120483 A KR 20190120483A
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methane
production apparatus
methane production
oxygen
anode
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KR1020180043714A
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주지선
김영국
김태균
정대열
김학찬
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한국전력공사
엘지히타치워터솔루션 주식회사
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Abstract

The present invention provides an apparatus for producing methane, comprising an oxygen generating unit for generating hydrogen ions and oxygen from water; a methane generating unit in which hydrogen ions from the oxygen generating unit react with carbon dioxide in the presence of microorganisms to generate methane; and a separation membrane for selectively transmitting hydrogen ions from the oxygen generating unit to the methane generating unit.

Description

메탄제조장치{APPARATUS FOR PRODUCING METHANE GAS}Methane Production Equipment {APPARATUS FOR PRODUCING METHANE GAS}

메탄제조장치에 관한 것이다.It relates to a methane production apparatus.

현재 화력발전소, 제철소, 시멘트 제조 공장 등과 같은 대량의 이산화탄소 발생원으로부터 발생되는 이산화탄소를 메탄으로 전환하여 자원화하려는 연구가 활발히 이루어지고 있다.At present, studies are being actively conducted to convert carbon dioxide generated from a large amount of carbon dioxide sources such as thermal power plants, steel mills, and cement manufacturing plants into methane and resourceize it.

종래에는 이산화탄소를 메탄으로 전환하기 위하여 물을 전기 분해하여 수소를 생산하고 이러한 수소를 촉매의 존재 하에 이산화탄소와 반응시켜 메탄으로 변환하는 방식을 취하였다. 그러나 이러한 방식은 전기 분해 과정 및 메탄화 과정의 2단계 과정을 거치기 때문에 메탄 전환 효율이 낮고, 또한 고가의 전기 분해 설비가 요구되기 때문에 경제성이 떨어지는 문제가 있다.Conventionally, in order to convert carbon dioxide to methane, water is electrolyzed to produce hydrogen, and the hydrogen is reacted with carbon dioxide in the presence of a catalyst to convert to methane. However, this method has a low methane conversion efficiency because the two-step process of the electrolysis process and the methanation process, and also because of the expensive electrolysis equipment is required, there is a problem of low economic efficiency.

대한민국 공개특허 제10-2015-0077604호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2015-0077604

메탄 전환 효율이 우수하고 경제성이 높은 메탄제조장치를 제공하는 것이다.It is to provide a methane production apparatus with high methane conversion efficiency and high economic efficiency.

일 측면에 따르면, 물로부터 수소 이온 및 산소를 생성하는 산소생성부;According to one aspect, the oxygen generating unit for generating hydrogen ions and oxygen from water;

상기 산소생성부로부터의 수소 이온이 미생물의 존재 하에 이산화탄소와 반응하여 메탄이 생성되는 메탄생성부; 및A methane generation unit in which hydrogen ions from the oxygen generation unit react with carbon dioxide in the presence of microorganisms to generate methane; And

상기 산소생성부로부터의 수소 이온을 선택적으로 상기 메탄생성부로 투과시키는 분리막;을 포함한 메탄제조장치가 제공된다.There is provided a methane production apparatus including a separation membrane for selectively permeating hydrogen ions from the oxygen generation unit to the methane production unit.

상기 산소생성부는 산화전극을 더 포함하고, 상기 메탄생성부는 환원전극을 더 포함할 수 있다.The oxygen generation unit may further include an anode, and the methane generation unit may further include a reduction electrode.

상기 환원전극 상에는 상기 미생물을 함유한 미생물막(biofilm)이 부착되어 있을 수 있다.A biofilm containing the microorganism may be attached on the cathode.

상기 환원전극은 탄소전극일 수 있다. 상기 탄소전극은 흑연그래뉼, 흑연펠트, 흑연막대, 흑연천, 흑연입상체, 탄소튜브 및 탄소섬유로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The reduction electrode may be a carbon electrode. The carbon electrode may include at least one selected from graphite granules, graphite felt, graphite rods, graphite cloth, graphite granules, carbon tubes and carbon fibers.

상기 미생물은 Methanothermobacter　thermoautotrophicus를 포함할 수 있다.The microorganism may include Methanothermobacter thermoautotrophicus.

상기 산화전극은 봉 형상의 중심 전극이고, 상기 분리막 및 상기 환원전극이 상기 중심 전극의 외주면에 순차적으로 이격되어 배치될 수 있다. 이때, 상기 분리막을 향하여 상기 환원전극 상에 상기 미생물을 함유한 미생물막이 부착되어 있을 수 있다.The anode may be a rod-shaped center electrode, and the separator and the reduction electrode may be sequentially spaced apart from the outer circumferential surface of the center electrode. At this time, the microbial membrane containing the microorganism may be attached to the reduction electrode toward the separation membrane.

상기 산화전극 및 상기 환원전극에는 신재생에너지원으로부터 생성된 전력이 공급될 수 있다.Power generated from the renewable energy source may be supplied to the anode and the cathode.

상기 산화전극 및 상기 환원전극 사이에 1.06 내지 1.23V의 직류 전압이 인가될 수 있다.DC voltage of 1.06 to 1.23V may be applied between the anode and the cathode.

별도의 전기 분해 설비가 필요하지 않아 간단하고, 전기 분해 과정 및 메탄화 과정의 2단계 과정이 아닌 1단계 과정만을 거쳐 메탄 전환 효율이 우수한 메탄제조장치를 제공할 수 있다.Since there is no need for a separate electrolysis facility, it is possible to provide a methane production apparatus having a simple methane conversion efficiency through a one step process rather than a two step process of an electrolysis process and a methanation process.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 메탄제조장치를 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 다른 구현예에 따른 메탄제조장치를 개략적으로 도시한다.
도 3은 도 2의 A-A' 방향 단면도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 메탄제조장치를 개략적으로 도시한다.Figure 1 schematically shows a methane production apparatus according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 schematically shows a methane production apparatus according to another embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view taken along the AA ′ direction of FIG. 2.
Figure 4 schematically shows a methane production apparatus according to another embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 구현예를 가질 수 있는 바, 특정 구현예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 구현예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 구현예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. Effects and features of the present invention, and methods of achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms.

본 명세서 중 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise.

본 명세서 중 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.The terms "include" or "having" in the present specification mean that there is a feature or component described in the specification, and does not exclude in advance the possibility of adding one or more other features or components.

이하, 본 발명에 따른 구현예들을 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명함에 있어 실질적으로 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings, and in the following description with reference to the drawings, the substantially same or corresponding components are given the same reference numbers, and redundant description thereof will be omitted. do.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 메탄제조장치를 개략적으로 도시한 것이다. 도 1을 참조하면, 상기 메탄제조장치(100)는 물로부터 수소 이온 및 산소를 생성하는 산소생성부(110), 상기 산소생성부(110)로부터의 수소 이온을 미생물(152)의 존재 하에 이산화탄소와 반응시켜 메탄을 생성하는 메탄생성부(150), 및 상기 산소생성부(110)로부터의 수소 이온을 선택적으로 상기 메탄생성부(150)로 투과시키는 분리막(130)을 포함한다.Figure 1 schematically shows a methane production apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the methane production apparatus 100 includes an oxygen generator 110 that generates hydrogen ions and oxygen from water, and hydrogen ions from the oxygen generator 110 in the presence of microorganisms 152. And a methane generator 150 for generating methane, and a separator 130 for selectively transmitting hydrogen ions from the oxygen generator 110 to the methane generator 150.

상기 산소생성부(110)에서는 하기 반응식 1에 따라 물이 산화되어 산소, 수소 이온 및 전자가 생성될 수 있다.In the oxygen generator 110, water may be oxidized according to Scheme 1 to generate oxygen, hydrogen ions, and electrons.

[반응식 1]Scheme 1

2H2O → O2 + 4H+ + 4e- 2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e -

일 구현예에 따르면, 상기 산소생성부(110)는 산화전극(111)을 더 포함할 수 있고, 상기 반응식 1을 통해 생성된 전자는 상기 산화전극(111)을 통해 이동할 수 있다.According to an embodiment, the oxygen generating unit 110 may further include an anode 111, and electrons generated by the reaction scheme 1 may move through the anode 111.

상기 산화전극(111)으로는 당해 분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 산화전극(111)은 탄소전극일 수 있고, 상기 탄소전극은, 예를 들어 흑연그래뉼, 흑연펠트, 흑연막대, 흑연천, 흑연입상체, 탄소튜브 및 탄소섬유로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 일 구현예에 따르면, 상기 산화전극은 흑연펠트 및/또는 탄소섬유를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The anode 111 is not particularly limited as long as it is commonly used in the art. For example, the anode 111 may be a carbon electrode, and the carbon electrode may be, for example, one selected from graphite granules, graphite felt, graphite rods, graphite cloth, graphite granules, carbon tubes, and carbon fibers. It may contain the above. According to an embodiment, the anode may include graphite felt and / or carbon fiber, but is not limited thereto.

일 구현예에 따르면, 상기 산소생성부(110)는 외부로부터 물이 유입되는 물 유입구, 상기 물을 배출하는 물 배출구, 및/또는 생성된 산소를 배출하는 산소 배출구를 더 포함할 수 있다. 상기 물 배출구로부터 배출된 물에는 미생물이 일부 포함되어 있을 수 있고, 상기 물 배출구로부터 배출된 물 및 미생물(152)은 이후 분리되어 상기 물은 산소생성부(110)로, 상기 미생물(152)은 상기 메탄생성부(150)로 재유입될 수 있다.According to an embodiment, the oxygen generating unit 110 may further include a water inlet through which water is introduced from the outside, a water outlet for discharging the water, and / or an oxygen outlet for discharging the generated oxygen. The water discharged from the water outlet may include some microorganisms, the water discharged from the water outlet and the microorganism 152 is separated after the water to the oxygen generating unit 110, the microorganism 152 It may be re-introduced into the methane generating unit 150.

상기 산소생성부(110)로부터 생성된 수소 이온은 상기 분리막(130)을 투과하여 상기 메탄생성부(150)로 이동된다. 상기 분리막(130)으로는 수소 이온은 투과시키나, 상기 수소 이온을 제외한 산소생성부(110) 및 메탄생성부(150)에서 일어나는 반응의 반응물 또는 생성물은 서로 혼합되지 않게 분리할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 이온교환성을 갖는 모든 막이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 분리막(130)은 이온투과 분리막일 수 있고, 일 구현예에 따르면 상기 분리막(130)은 나피온막일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Hydrogen ions generated from the oxygen generator 110 are transferred to the methane generator 150 through the separator 130. Hydrogen ions are permeated into the separator 130, but the reactants or products of the reaction occurring in the oxygen generating unit 110 and the methane generating unit 150 except for the hydrogen ions are not particularly limited so long as they can be separated from each other without mixing. However, all membranes having ion exchangeability can be used. For example, the separator 130 may be an ion permeable separator, and according to one embodiment, the separator 130 may be a Nafion membrane, but is not limited thereto.

상기 메탄생성부(150)에서는 상기 산소생성부(110)로부터의 수소 이온 및 상기 미생물(152)의 존재 하에 하기 반응식 2에 따라 이산화탄소가 환원되어 메탄 및 물이 생성된다.In the methane generating unit 150, in the presence of hydrogen ions from the oxygen generating unit 110 and the microorganism 152, carbon dioxide is reduced according to Scheme 2 to generate methane and water.

[반응식 2]Scheme 2

CO2 + 8H+ + 8e- → CH4 + 2H2O CO 2 + 8H + + 8e - → CH 4 + 2H 2 O

상기 미생물(152)은 이산화탄소로부터 메탄을 생성할 수 있는 미생물이라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 미생물(152)은 Methanobacterium bryantii, Methanobacterium formicum, Methanobrevibacter arboriphilicus, Methanobrevibacter gottschalkii, Methanobrevibacter ruminantium, Methanobrevibacter smithii, Methanocalculus chunghsingensis, Methanococcoides burtonii, Methanococcus aeolicus, Methanococcus deltae, Methanococcus jannaschii, Methanococcus maripaludis, Methanococcus vannielii, Methanocorpusculum labreanum, Methanoculleus bourgensis (Methanogenium olentangyi & Methanogenium bourgense), Methanoculleus marisnigri, Methanofollis liminatans, Methanogenium cariaci, Methanogenium frigidum, Methanogenium organophilum, Methanogenium wolfei, Methanomicrobium mobile, Methanopyrus kandleri, Methanoregula boonei, Methanosaeta concilii, Methanosaeta thermophila, Methanosarcina acetivorans, Methanosarcina barkeri, Methanosarcina mazei, Methanosphaera stadtmanae, Methanospirillium hungatei, Methanothermobacter defluvii (Methanobacterium defluvii), Methanothermobacter thermoautotrophicus (Methanobacterium thermoautotrophicum), Methanothermobacter thermoflexus (Methanobacterium thermoflexum), Methanothermobacter wolfei (Methanobacterium wolfei), Methanothrix sochngenii 등을 포함할 수 있다. 일 구현예에 따르면, 상기 미생물은 Methanothermobacter　thermoautotrophicus일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The microorganism 152 is not particularly limited as long as it is a microorganism capable of generating methane from carbon dioxide. For example, the microorganisms 152 Methanobacterium bryantii, Methanobacterium formicum, Methanobrevibacter arboriphilicus, Methanobrevibacter gottschalkii, Methanobrevibacter ruminantium, Methanobrevibacter smithii, Methanocalculus chunghsingensis, Methanococcoides burtonii, Methanococcus aeolicus, Methanococcus deltae, Methanococcus jannaschii, Methanococcus maripaludis, Methanococcus vannielii, Methanocorpusculum labreanum, Methanoculleus bourgensis (Methanogenium olentangyi & Methanogenium bourgense), Methanoculleus marisnigri, Methanofollis liminatans, Methanogenium cariaci, Methanogenium frigidum, Methanogenium organosaosa methanogenaosa ethanol, , Methanosarcina mazei, Methanosphaera stadtmanae, Methanospirillium hungatei, Methanothermobacter defluvii (Methanobacterium defluvii), Methanothermobacter thermoau totrophicus (Methanobacterium thermoautotrophicum), Methanothermobacter thermoflexus (Methanobacterium thermoflexum), Methanothermobacter wolfei (Methanobacterium wolfei), Methanothrix sochngenii and the like. According to one embodiment, the microorganism may be Methanothermobacter thermoautotrophicus, but is not limited thereto.

일 구현예에 따르면, 상기 메탄생성부(150)는 환원전극(151)을 더 포함할 수 있고, 이산화탄소의 환원에 필요한 전자가 상기 환원전극(151)을 통해 상기 미생물(152)로 직접 공급될 수 있다.According to one embodiment, the methane generator 150 may further include a reduction electrode 151, the electrons required for the reduction of carbon dioxide to be directly supplied to the microorganism 152 through the reduction electrode 151. Can be.

일 구현예에 따르면, 상기 미생물(152)은 농축되어 상기 환원전극(151)에 부착된 미생물막으로서 존재할 수 있다. 상기 미생물막에 함유된 미생물(152)은 상기 환원전극(151)으로부터의 전자를 직접 포획하고 사용하여 이산화탄소를 메탄으로 환원시킬 수 있으며, 상기 미생물막이 부착된 상기 환원전극(151)을 포함한 상기 메탄제조장치(100)는 우수한 메탄 전환 효율을 가질 수 있다. 상기 환원전극(151)은 상기 미생물(152)을 지지할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 환원전극(151)은 탄소전극일 수 있으며, 상기 탄소전극은 흑연그래뉼, 흑연펠트, 흑연막대, 흑연천, 흑연입상체, 탄소튜브 및 탄소섬유로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 일 구현예에 따르면, 상기 환원전극(151)은 흑연펠트 및/또는 탄소섬유를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.According to one embodiment, the microorganism 152 may be concentrated and present as a microbial film attached to the cathode 151. The microorganism 152 contained in the microbial membrane may directly capture and use electrons from the reduction electrode 151 to reduce carbon dioxide to methane, and the methane including the reduction electrode 151 to which the microbial membrane is attached. The manufacturing apparatus 100 may have excellent methane conversion efficiency. The cathode 151 is not particularly limited as long as it can support the microorganism 152. For example, the reduction electrode 151 may be a carbon electrode, and the carbon electrode may include at least one selected from graphite granules, graphite felt, graphite rods, graphite cloth, graphite granules, carbon tubes, and carbon fibers. Can be. According to an embodiment, the cathode 151 may include graphite felt and / or carbon fiber, but is not limited thereto.

일 구현예에 따르면, 상기 메탄생성부(150)는 외부로부터 이산화탄소가 유입되는 이산화탄소 유입구, 물을 배출하는 물 배출구 및/또는 생성된 메탄을 배출하는 메탄 배출구를 더 포함할 수 있다. 상기 물 배출구로부터 배출된 물에는 미생물이 일부 포함되어 있을 수 있고, 상기 물 배출구로부터 배출된 물 및 미생물(152)은 이후 분리되어 상기 물은 산소생성부(110)로, 상기 미생물(152)은 상기 메탄생성부(150)로 재유입될 수 있다.According to one embodiment, the methane generating unit 150 may further include a carbon dioxide inlet through which carbon dioxide is introduced from the outside, a water outlet for discharging water, and / or a methane outlet for discharging the generated methane. The water discharged from the water outlet may include some microorganisms, the water discharged from the water outlet and the microorganism 152 is separated after the water to the oxygen generating unit 110, the microorganism 152 It may be re-introduced into the methane generating unit 150.

일 구현예에 따르면, 상기 이산화탄소는 물과 혼합된 상태로 상기 메탄생성부(150)로 유입될 수 있다. 이러한 경우, 상기 이산화탄소 유입구는 분산노즐(미도시)을 더 포함할 수 있고, 상기 분산노즐을 통해 수 중 이산화탄소가 상기 메탄생성부(150) 내로 미세 기포화되어 유입될 수 있다.According to one embodiment, the carbon dioxide may be introduced into the methane generating unit 150 in a mixed state with water. In this case, the carbon dioxide inlet may further include a dispersion nozzle (not shown), and the carbon dioxide in the water may be introduced into the methane generating unit 150 by microbubbling through the dispersion nozzle.

도 2 및 3을 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 메탄제조장치(100)는 원통형의 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 산화전극(111)은 봉 형상을 가지면서 중앙에 배치되고, 상기 분리막(130)이 상기 산화전극(111)의 외주면에 이격되어 배치되고, 상기 환원전극(151)이 상기 분리막(130)의 외주면에 이격되어 배치될 수 있다. 이때, 상기 분리막(130)을 향하여 상기 환원전극(151) 상에 상기 미생물(152)을 함유한 미생물막이 부착되어 있을 수 있다.2 and 3, the methane production apparatus 100 according to an embodiment of the present invention may have a cylindrical structure. For example, the anode 111 is disposed in the center having a rod shape, and the separator 130 is spaced apart from an outer circumferential surface of the anode 111, and the cathode 151 is separated from the separator. The outer peripheral surface of the 130 may be spaced apart. In this case, a microbial membrane containing the microorganism 152 may be attached onto the reduction electrode 151 toward the separation membrane 130.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 메탄제조장치(100)는 전원공급장치(300)를 더 포함할 수 있고, 상기 산화전극(111)은 상기 전원공급장치(300)의 양극과 연결되고, 상기 환원전극(151)은 상기 전원공급장치(300)의 음극과 연결될 수 있다.Referring to FIG. 4, the methane production apparatus 100 according to the embodiment of the present invention may further include a power supply device 300, and the anode 111 may be an anode of the power supply device 300. The cathode 151 may be connected to the cathode of the power supply device 300.

일 구현예에 따르면, 상기 전원공급장치(300)의 전원은 신재생에너지원으로부터 취득할 수 있다. 따라서, 상기 산화전극(111) 및 상기 환원전극(151)에는 신재생에너지원으로부터 생성된 전력이 공급될 수 있다. 신재생에너지원이란 연료전지, 수소, 석탄액화, 가스와 같은 신에너지와　태양광,　태양열, 바이오,　풍력, 수력, 해양,　지열과 같은 재생에너지를 통틀어 말하는 것으로써 기존의 화석연료를 변환시켜 이용하거나 햇빛, 물,　지열, 강수, 생물유기체 등을 포함하여 재생 가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지를 의미한다. 일 구현예에 따르면, 태양광 및/또는 태양열로부터 생성된 전력이 상기 산화전극(111) 및 상기 환원전극(151)으로 공급될 수 있다. 예를 들어, 상기 메탄제조장치(100)에서의 이산화탄소 환원에 필요한 전자가 태양광 패널(310) 및 전원공급장치(300)를 통해 공급될 수 있다.According to one embodiment, the power of the power supply device 300 may be obtained from a renewable energy source. Accordingly, power generated from a renewable energy source may be supplied to the anode 111 and the cathode 151. Renewable energy source refers to renewable energy such as fuel cell, hydrogen, coal liquefaction, gas and renewable energy such as solar, solar, bio, wind, hydro, ocean and geothermal heat. Or energy converted from renewable energy, including sunlight, water, geothermal heat, precipitation, and bioorganisms. According to one embodiment, power generated from sunlight and / or solar heat may be supplied to the anode 111 and the cathode 151. For example, electrons required for carbon dioxide reduction in the methane production apparatus 100 may be supplied through the solar panel 310 and the power supply 300.

일 구현예에 따르면, 상기 산화전극(111) 및 상기 환원전극(151) 사이에는 1.06 내지 1.23V의 직류 전압이 인가될 수 있다. 상기 전압이 1.06V 미만이면, 이산화탄소의 메탄화 반응이 일어나지 않을 수 있고, 상기 전압이 1.23V를 초과하면, 수소가 발생하는 문제가 있다.According to one embodiment, a DC voltage of 1.06 to 1.23V may be applied between the anode 111 and the cathode 151. If the voltage is less than 1.06V, methanation of carbon dioxide may not occur, and if the voltage exceeds 1.23V, hydrogen may be generated.

일 구현예에 따르면, 상기 메탄제조장치(100)는 이산화탄소를 물과 혼합하여 상기 메탄제조장치(100)로 공급하는 이산화탄소공급장치(200)를 더 포함할 수 있고, 이러한 경우 이산화탄소가 수중에 용해된 형태로 상기 메탄제조장치(100)에 유입될 수 있다.According to one embodiment, the methane production apparatus 100 may further include a carbon dioxide supply device 200 for mixing carbon dioxide with water and supplying it to the methane production apparatus 100, in which case carbon dioxide is dissolved in water. It may be introduced into the methane production apparatus 100 in the form.

일 구현예에 따르면, 상기 메탄제조장치(100)는 고액분리기(400) 및 슬러지저장조(500)를 더 포함할 수 있다. 상기 메탄제조장치(100)의 산소생성부(110) 및 메탄생성부(150) 각각은 물 배출구를 더 포함할 수 있는데, 상기 물 배출구로부터 배출된 물에는 미생물이 일부 혼합되어 있을 수 있고, 이러한 혼합물은 고액분리기(400)를 통해 물과 미생물로 분리될 수 있다. 상기 분리된 물은 상기 산소생성부(110)로 재유입될 수 있고, 상기 분리된 미생물은 슬러지저장조(500)를 거쳐 상기 메탄생성부(150)로 재유입될 수 있다. According to one embodiment, the methane production apparatus 100 may further include a solid-liquid separator 400 and a sludge storage tank (500). Each of the oxygen generating unit 110 and the methane producing unit 150 of the methane manufacturing apparatus 100 may further include a water outlet, and the water discharged from the water outlet may be partially mixed with microorganisms. The mixture may be separated into water and microorganisms through the solid-liquid separator 400. The separated water may be reintroduced into the oxygen generating unit 110, and the separated microorganism may be reintroduced into the methane producing unit 150 through a sludge storage tank 500.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 구현예에 따른 메탄제조장치는 별도의 전기 분해 설비가 필요하지 않고, 전기 분해 과정 및 메탄화 과정의 2단계 과정이 아닌, 1단계 과정만을 거치기 때문에 메탄 전환 효율이 높다는 등의 우수한 장점을 갖는다.As described above, the methane production apparatus according to an embodiment of the present invention does not require a separate electrolysis facility, and the methane conversion because only the first step, not the two step process of the electrolysis and methanation process It has excellent advantages such as high efficiency.

이와 같이 본 발명을 도면에 도시된 일 구현예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 구현예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.As described above, the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, which is merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and variations are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

100: 메탄제조장치 110: 산소생성부
111: 산화전극 130: 분리막
150: 메탄생성부 151: 환원전극
152: 미생물 200: 이산화탄소공급장치
300: 전원공급장치 310: 태양광패널
400: 고액분리기 500: 슬러지저장조100: methane production apparatus 110: oxygen generation unit
111: anode 130: separator
150: methane generation unit 151: reduction electrode
152: microorganism 200: carbon dioxide supply device
300: power supply 310: solar panel
400: solid-liquid separator 500: sludge storage tank

Claims (10)

물로부터 수소 이온 및 산소를 생성하는 산소생성부;
상기 산소생성부로부터의 수소 이온이 미생물의 존재 하에 이산화탄소와 반응하여 메탄이 생성되는 메탄생성부; 및
상기 산소생성부로부터의 수소 이온을 선택적으로 상기 메탄생성부로 투과시키는 분리막;
을 포함한 메탄제조장치.
An oxygen generator for generating hydrogen ions and oxygen from water;
A methane generation unit in which hydrogen ions from the oxygen generation unit react with carbon dioxide in the presence of microorganisms to generate methane; And
A separator for selectively transmitting hydrogen ions from the oxygen generator to the methane generator;
Methane production apparatus, including.
제1항에 있어서,
상기 산소생성부는 산화전극을 더 포함하고,
상기 메탄생성부는 환원전극을 더 포함한 메탄제조장치.
The method of claim 1,
The oxygen generation unit further includes an anode,
The methane production unit further comprises a reduction electrode methane production apparatus.
제2항에 있어서,
상기 환원전극 상에 상기 미생물을 함유한 미생물막(biofilm)이 부착되어 있는 메탄제조장치.
The method of claim 2,
Methane production apparatus is attached to the microbial film (biofilm) containing the microorganism on the cathode.
제3항에 있어서,
상기 환원전극은 탄소전극인 메탄제조장치.
The method of claim 3,
The reduction electrode is a methane production apparatus is a carbon electrode.
제4항에 있어서,
상기 탄소전극은 흑연그래뉼, 흑연펠트, 흑연막대, 흑연천, 흑연입상체, 탄소튜브 및 탄소섬유로부터 선택된 1종 이상을 포함한 메탄제조장치.
The method of claim 4, wherein
The carbon electrode is a methane manufacturing apparatus comprising at least one selected from graphite granules, graphite felt, graphite rod, graphite cloth, graphite granules, carbon tube and carbon fiber.
제1항에 있어서,
상기 미생물은 Methanothermobacter　theromautotrophicus를 포함한 메탄제조장치.
The method of claim 1,
The microorganism is a methane production apparatus including Methanothermobacter theromautotrophicus.
제2항에 있어서,
상기 산화전극은 봉 형상의 중심 전극이고,
상기 분리막 및 상기 환원전극이 상기 중심 전극의 외주면에 순차적으로 이격되어 배치된 메탄제조장치.
The method of claim 2,
The anode is a rod-shaped center electrode,
Methane production apparatus is the separator and the reduction electrode are sequentially spaced apart from the outer peripheral surface of the center electrode.
제7항에 있어서,
상기 분리막을 향하여 상기 환원전극 상에 상기 미생물을 함유한 미생물막이 부착되어 있는 메탄제조장치.
The method of claim 7, wherein
Methane production apparatus is attached to the microbial membrane containing the microorganism on the reduction electrode toward the separator.
제2항에 있어서,
신재생에너지원으로부터 생성된 전력이 상기 산화전극 및 상기 환원전극에 공급되는 메탄제조장치.
The method of claim 2,
Methane production apparatus for supplying power generated from renewable energy sources to the anode and the cathode.
제2항에 있어서,
상기 산화전극 및 상기 환원전극 사이에 1.06 내지 1.23V의 직류 전압이 인가되는 메탄제조장치.The method of claim 2,
Methane production apparatus is applied a DC voltage of 1.06 to 1.23V between the anode and the cathode.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150077604A (en) 2013-12-27 2015-07-08 재단법인 포항산업과학연구원 Catalyst for methanation, method for preparing the same, method for preparing methane using the same

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