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KR101871948B1 - Carbon dioxide conversion reactor, series reactors for carbon dioxide conversion and capture, and carbon dioxide conversion process using series reactors - Google Patents

Carbon dioxide conversion reactor, series reactors for carbon dioxide conversion and capture, and carbon dioxide conversion process using series reactors Download PDF

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KR101871948B1
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Abstract

본 발명은 이산화탄소 전환반응기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 배가스에 포함된 이산화탄소를 유용한 응용에 활용이 가능한 중탄산수용액으로 전환시키는 동시에 빠른 전환공정을 가능하게 함으로써 공급되는 배가스로 인한 배압(back pressure)이 증가하는 것을 방지하고, 높은 효율 및 전환속도로 배가스내 이산화탄소를 현저히 저감시킬 수 있는 이산화탄소 전환반응기, 이를 포함하는 이산화탄소 전환 및 포집용 직렬반응기 및 이를 이용한 이산화탄소 전환공정에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a carbon dioxide conversion reactor, and more particularly, to a carbon dioxide conversion reactor which converts carbon dioxide contained in an exhaust gas into an aqueous bicarbonate solution that can be used for useful applications, And a carbon dioxide conversion reactor capable of remarkably reducing carbon dioxide in the flue gas with high efficiency and conversion speed, a series reactor for carbon dioxide conversion and collection including the same, and a carbon dioxide conversion process using the same.

Description

이산화탄소 전환반응기, 이를 포함하는 이산화탄소 전환 및 포집용 직렬반응기 및 이를 이용한 이산화탄소 전환공정{Carbon dioxide conversion reactor, series reactors for carbon dioxide conversion and capture, and carbon dioxide conversion process using series reactors}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a carbon dioxide conversion reactor, a carbon dioxide conversion reactor, a carbon dioxide conversion reactor, a carbon dioxide conversion reactor, a carbon dioxide conversion reactor,

본 발명은 이산화탄소 전환반응기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 배가스에 포함된 이산화탄소를 유용한 응용에 활용이 가능한 중탄산수용액으로 전환시키는 동시에 빠른 전환공정을 가능하게 함으로써 공급되는 배가스로 인한 배압(back pressure)이 증가하는 것을 방지하고, 높은 효율 및 전환속도로 배가스 내 이산화탄소를 현저히 저감시킬 수 있는 이산화탄소 전환반응기, 이를 포함하는 이산화탄소 전환 및 포집용 직렬반응기 및 이를 이용한 이산화탄소 전환공정에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a carbon dioxide conversion reactor, and more particularly, to a carbon dioxide conversion reactor which converts carbon dioxide contained in an exhaust gas into an aqueous bicarbonate solution that can be used for useful applications, And a carbon dioxide conversion reactor capable of remarkably reducing carbon dioxide in the flue gas with high efficiency and conversion speed, a series reactor for carbon dioxide conversion and collection including the same, and a carbon dioxide conversion process using the same.

지구온난화의 원인인 이산화탄소를 저감하기 위한 방법으로, 이산화탄소 포집 및 저장 기술이 제안되고 있다. 이산화탄소 포집 및 저장 기술은 발전소 등의 배출원에서 발생하는 이산화탄소가 대기로 나가기 전에 포집한 뒤, 수송을 하여 안정한 형태로 저장하는 기술을 의미한다. 이산화탄소 포집 단계는 흡착 및 탈착 과정으로 구성되는데, 첫 번째로 흡착 과정에서는 이산화탄소와 물리적 또는 화학적으로 강한 결합을 할 수 있는 흡수제를 이용하여 배가스로부터 이산화탄소를 포집하게 된다. 상기 탈착 과정에서는 이산화탄소와 결합하고 있는 흡수제에 외부적인 에너지를 가하여 흡수제를 재생하고 순수한 이산화탄소만을 추출하는 단계이다. 대량의 이산화탄소를 안정적으로 저감하기 위해서는 이산화탄소와 강하게 결합하는 흡수제를 쓰는 것이 바람직하나, 흡착된 이산화탄소를 재생하는 과정에서 소모되는 에너지가 증가하는 문제가 있다. 또한 재생 에너지를 낮추기 위해 이산화탄소와의 결합력이 약한 흡수제를 사용하게 되면, 이산화탄소의 저감 효율이 제한되는 실정이다. Carbon dioxide capture and storage technologies have been proposed as a method for reducing carbon dioxide, which is the cause of global warming. Carbon dioxide capture and storage technology refers to the technology of capturing carbon dioxide from sources such as power plants before leaving to the atmosphere, and then transporting them and storing them in a stable form. The carbon dioxide capture step consists of adsorption and desorption processes. First, in the adsorption process, carbon dioxide is collected from the exhaust gas using an absorbent capable of physically or chemically strong bonding with carbon dioxide. In the desorption process, external energy is applied to the absorbent bonding with carbon dioxide to regenerate the absorbent and extract only pure carbon dioxide. In order to stably reduce a large amount of carbon dioxide, it is preferable to use an absorbent that strongly binds to carbon dioxide, but there is a problem that energy consumed in the process of regenerating the absorbed carbon dioxide increases. In addition, the use of a sorbent having a weak binding force with carbon dioxide to lower the regenerated energy limits the efficiency of carbon dioxide reduction.

한편, 포집된 이산화탄소는 영구 또는 반영구적으로 격리하도록 저장될 수 있고, 일예로, 지중저장, 해양저장 및 지표저장 등이 있는데, 상기 지중저장은 단순 격리 및 저장하는 방법과 저장과 동시에 이산화탄소를 재이용하는 방법으로 구분될 수 있다. 단순 격리 및 저장하는 방법은 폐유전 및 가스전, 대염수증(지하 800m 이상의 지하수층)등에 저장하는 방법이 제안되고 있고, 이산화탄소를 재이용하는 방법에는 EOR(Enhanced Oil Recovery: 석유회수증진법) 방법과 ECBMR(Enhanced Coal Bed Methane Recovery: 석탄층 메탄회수증진법) 방법이 제안되고 있는데 이와 같은 지중저장에 따른 이산화탄소의 재이용에는 오랜기간이 소요되며, 지중저장을 위한 굴착에 막대한 비용이 소요되는 문제가 있다. 또한, 상기 해양저장은 해양에 방출하는 방법으로써, 해저 3000m 이하에 분사함을 통하여 이산화탄소를 하이드레이트(水化) 형태로 저장시키는 방법이다. 그러나 해양저장은 생태계 훼손문제와 해양의 산성화 등의 안정성 문제로 현재 국제법상 금지되어 있다. 나아가 지표저장법은 마그네슘이나 칼륨과 같은 이산화탄소를 첨가가능 광물에 반응시켜 화학적으로 저장하는 방법이다. 그러나 당해 방법은 느린 속도에 의한 과다한 처리비용과 완료 후 생성된 물질을 처리하는 비용 등 2차 문제가 발생하여 대부분 연구가 미비한 실정이다. On the other hand, the captured carbon dioxide can be stored for permanent or semi-permanent isolation, for example, underground storage, ocean storage and surface storage. The underground storage can be easily isolated and stored, . The method of simple isolation and storage has been proposed to store in the waste oil field, gas field, and saline water (underground water layer over 800m underground), and EOR (Enhanced Oil Recovery) and ECBMR Enhanced Coal Bed Methane Recovery (COHM) recovery method) has been suggested. Such reutilization of carbon dioxide due to underground storage takes a long time, and there is a problem that drilling for underground storage is very expensive. In addition, the marine storage method is a method of releasing carbon dioxide into the ocean, and the carbon dioxide is stored in the form of hydrate by spraying at below 3000 m. However, marine storage is currently prohibited under international law due to the problems of degradation of ecosystem and stability of oceanic acidification. Furthermore, the surface storage method is a method in which carbon dioxide such as magnesium or potassium is chemically stored by reacting with additive minerals. However, this method has a secondary problem such as an excessive processing cost due to a slow speed and a cost for processing a material generated after the completion, and thus most of the researches have been made.

이에 최근에는 화학적 및/또는 생물학적으로 이산화탄소를 전환하는 방법들이 제안되고 있으나, 제안된 방법들은 전환효율, 전환량, 전환속도가 매우 낮은 문제가 있고, 이에 전환공정에서 배가스의 체류시간을 증가시켜야 되는 불가피한 문제가 있으며, 이 경우 반대로 반응기에 배압이 현저히 증가하여 전환공정 자체를 불안정하게 만들며, 반응기의 손상/파손의 문제가 있다.Recently, there have been proposed methods of converting carbon dioxide chemically and / or biologically, but the proposed methods have a problem of very low conversion efficiency, conversion amount, and conversion rate, and therefore, it is necessary to increase the residence time of the flue gas in the conversion process There is an unavoidable problem. In this case, the back pressure in the reactor is remarkably increased to make the conversion process itself unstable, and there is a problem of damage / breakage of the reactor.

이에 이산화탄소의 전환속도를 현저히 향상시켜 반응기로 공급되는 배가스로 인한 배압의 증가를 방지하고 전환효율이 우수함에 따라서 이산화탄소의 전환에 따른 저감효과까지 발현될 수 있는 이산화탄소 전환방법에 대한 개발이 시급한 실정이다.Therefore, there is an urgent need to develop a carbon dioxide conversion method that can significantly improve the conversion speed of carbon dioxide, prevent an increase in back pressure due to exhaust gas supplied to the reactor, and exhibit a reduction effect due to the conversion of carbon dioxide .

대한민국 공개특허공보 제2015-0006253호Korean Patent Laid-Open Publication No. 2015-0006253

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 배가스에 포함된 이산화탄소를 유용한 응용에 활용이 가능한 중탄산수용액으로 전환시키는 동시에 빠른 전환공정을 가능하게 함으로써 공급되는 배가스로 인한 배압(back pressure)이 증가하는 것을 방지하고, 높은 효율 및 전환속도로 배가스내 이산화탄소를 현저히 저감시킬 수 있는 이산화탄소 전환반응기 및 이를 이용한 이산화탄소 전환공정을 제공하는데 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to convert carbon dioxide contained in an exhaust gas into a bicarbonate aqueous solution which can be utilized for useful applications, The present invention provides a carbon dioxide conversion reactor capable of reducing carbon dioxide in exhaust gas at a high efficiency and a conversion speed, and a carbon dioxide conversion process using the carbon dioxide conversion reactor.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 이산화탄소 전환반응기를 통해 이산화탄소의 전환 및 저감을 달성하는 동시에 배압의 발생이 방지되어 안정적으로 이산화탄소를 포집 및 저감시킬 수 있는 이산화탄소 포집 및 전환용 직렬반응기를 제공하는 데 다른 목적이 있다. In addition, the present invention provides a series reactor for carbon dioxide capture and conversion, which achieves the conversion and reduction of carbon dioxide through the carbon dioxide conversion reactor according to the present invention, while preventing the generation of back pressure and stably capturing and reducing carbon dioxide There is another purpose.

상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 이산화탄소를 포함하는 배가스가 공급되는 가스공급부; 공급된 상기 이산화탄소를 중탄산이온으로 전환시키는 반응을 위하여 전환반응기의 일부분에 채워진 액체, 및 탄산무수화효소를 구비한 구조체를 포함하는 효소반응부; 및 상기 효소반응부에서 미반응된 이산화탄소를 포함하는 배가스를 외부로 방출시키는 가스배출부;를 포함하는 이산화탄소 전환반응기를 제공한다.In order to solve the above-described problems, the present invention provides a gas purifier comprising: a gas supply unit to which an exhaust gas containing carbon dioxide is supplied; An enzyme reaction unit comprising a structure comprising a liquid filled in a part of the conversion reactor and a carbonic anhydrase for a reaction for converting the supplied carbon dioxide into bicarbonate ions; And a gas discharge unit for discharging the exhaust gas containing unreacted carbon dioxide to the outside in the enzyme reaction unit.

본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 상기 효소반응부에서 전환 및 용해된 중탄산수용액을 배출시키기 위한 중탄산수용액 배출부를 더 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the apparatus may further include a bicarbonic acid aqueous solution discharge unit for discharging the bicarbonic acid aqueous solution converted and dissolved in the enzyme reaction unit.

본 발명의 바람직한 다른 일구현예에 따르면, 상기 탄산무수화효소는 야생형(wild type) 탄산무수화효소 및 탄산무수화효소 변이체 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 이때, 상기 야생형 탄산무수화효소는 α형, β형, γ형, δ형, ε형 및 재조합 탄산무수화효소로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. According to another preferred embodiment of the present invention, the carbonic anhydrase may include at least one of wild type carbonic anhydrase and carbonic anhydrase variant. At this time, the wild-type carbonic anhydrase may include one or more selected from the group consisting of?,?,?,?,?, And recombinant carbonic anhydrase.

본 발명의 바람직한 또 다른 일구현예에 따르면, 상기 전환반응기에 공급되는 배가스로 인한 반응기 배압증가를 방지하기 위하여, 전환반응기 내부의 액체와 기체간 계면 상부에 가스공급부 및 가스배출부가 배치되며, 상기 구조체는 상기 계면에 위치하여 이산화탄소의 전환을 촉진할 수 있다. 이때, 상기 탄산무수화효소를 포함하는 몸체부 및 상기 몸체부에 결합되어 상기 몸체부가 계면에 위치하도록 하는 적어도 하나의 부유체를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 탄산무수화효소는 상기 몸체부 상에 결합되거나 수용될 수 있다. 또한, 상기 몸체부는 액체 및 이산화탄소가 탄산무수화효소와 접할 수 있도록 하는 유로를 포함할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, in order to prevent an increase in the back pressure of the reactor due to the exhaust gas supplied to the conversion reactor, a gas supply unit and a gas discharge unit are disposed above the interface between the liquid and the gas in the conversion reactor, The structure may be located at the interface to facilitate the conversion of carbon dioxide. At this time, a body part including the carbonic anhydrase and at least one float coupled to the body part and allowing the body part to be positioned at the interface may be further included. In addition, the carbonic anhydrase may be bound or received on the body part. In addition, the body part may include a channel for allowing the liquid and the carbon dioxide to contact with the carbonic anhydrase.

본 발명의 바람직한 다른 일구현예에 따르면, 상기 탄산무수화효소는 다수개가 비결합되어 응집된 효소집합체 및 다수개가 상호 결합된 효소가교결합복합체 중 어느 하나 이상의 형태로 구비될 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the carbonic anhydrase may be provided in any one or more of a plurality of uncoupled and aggregated enzyme aggregates and an enzyme cross-linking complex in which a plurality of enzymes are cross-linked.

본 발명의 바람직한 또 다른 일구현예에 따르면, 상기 구조체는 몸체부를 더 포함하고, 상기 탄산무수화효소는 지지체를 더 구비하여 상기 지지체 상에 결합되거나 지지체 내부에 담지되며, 상기 지지체는 상기 몸체부 상에 결합되거나 수용될 수 있다. 이때 상기 지지체는 고분자 섬유, 전기전도성 고분자, 다공성 입자, 구형입자, 나노입자, 비드, 탄소나노튜브, 와이어, 필라, 그래핀, 퓰러렌 및 폴리도파민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함될 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the structure further comprises a body part, and the carbonic anhydrase further comprises a support and is bonded on the support or supported within the support, Lt; / RTI > The support may include at least one selected from the group consisting of polymer fibers, electrically conductive polymers, porous particles, spherical particles, nanoparticles, beads, carbon nanotubes, wires, pillars, graphene, have.

본 발명의 바람직한 또 다른 일구현예에 따르면, 상기 효소가교결합복합체는 표면에 제1작용기를 포함하는 제1지지체를 더 구비하며, 상기 제1작용기에 직접 결합하는 제1탄산무수화효소 및 상기 제1탄산무수화효소와 결합하고, 인접한 탄산무수화효소끼리 가교결합된 제2 탄산무수화효소 가교결합복합체를 포함할 수 있다. 또한, 상기 효소가교결합복합체는 표면에 제2작용기를 포함하고, 상기 제1탄산무수화효소 및 제2 탄산무수화효소 가교결합복합체 중 어느 하나 이상의 효소와 상기 제2작용기를 통해 결합하는 제2지지체를 더 포함할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the enzyme cross-linking complex further comprises a first support comprising a first functional group on its surface, and the first carbonic anhydrase, which binds directly to the first functional group, And a second carbonic anhydrase crosslinking complex that binds to the first carbonic anhydrase and cross-links the adjacent carbonic anhydrase. The enzyme cross-linking complex may further comprise a second functional group on its surface, and the second functional group may be bonded to at least one of the first carbonic anhydrase and the second carbonic anhydrase cross-linking complex through the second functional group, And may further comprise a support.

본 발명의 바람직한 다른 일구현예에 따르면, 상기 중탄산수용액 배출부와 연통되도록 중탄산수용액 저장소 및 중탄산수용액 활용소 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, it is possible to further include at least one of a bicarbonate aqueous solution reservoir and a bicarbonate aqueous solution reservoir to communicate with the bicarbonate aqueous solution discharge portion.

또한, 본 발명은 이산화탄소를 포함하는 배가스가 공급되는 가스공급부; 공급된 상기 이산화탄소를 용해 및 전환시키기 위하여 전환반응기의 일부분에 채워진 액체를 포함하는 이산화탄소전환부; 및 상기 이산화탄소전환부에서 미반응된 이산화탄소를 포함하는 배가스를 외부로 방출시키는 가스배출부;를 포함하는 이산화탄소 전환반응기를 제공한다.The present invention also relates to a gas supply unit for supplying an exhaust gas containing carbon dioxide; A carbon dioxide conversion unit including a liquid filled in a part of the conversion reactor to dissolve and convert the supplied carbon dioxide; And a gas discharge unit for discharging the exhaust gas containing unreacted carbon dioxide to the outside through the carbon dioxide conversion unit.

또한, 상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, (1) 본 발명에 따른 이산화탄소 전환반응기의 가스공급부로 배가스를 공급하는 단계; 및 (2) 공급된 배가스에 포함된 이산화탄소 중 일부는 중탄산이온으로 전환되고, 미반응된 나머지 이산화탄소를 포함하는 배가스는 가스배출부를 통해 배출되는 이산화탄소 전환공정을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a carbon dioxide conversion reactor comprising: (1) supplying an exhaust gas to a gas supply unit of a carbon dioxide conversion reactor according to the present invention; And (2) some of the carbon dioxide contained in the supplied exhaust gas is converted to bicarbonate ions, and the exhaust gas containing unreacted remaining carbon dioxide provides a carbon dioxide conversion process that is discharged through the gas exhaust portion.

본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 상기 (1) 단계는 전환반응기에 공급되는 배가스로 인한 반응기 배압증가를 방지하기 위하여, 배가스가 전환반응기의 액체 상부에서 공급되며, 공급된 배가스 내 이산화탄소는 전환반응기 내부의 액체와 기체간 계면에 위치하는 구조체에 구비된 탄산무수화효소를 통해 중탄산이온으로 전환반응이 촉진될 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, in the step (1), the flue gas is supplied from the upper portion of the liquid of the conversion reactor to prevent the increase of the back pressure of the reactor due to the flue gas supplied to the conversion reactor, The conversion reaction to bicarbonate ions can be promoted through the carbonic anhydrase provided in the structure located at the interface between the liquid and the gas inside the reactor.

또한, 본 발명은, 본 발명에 따른 전환반응기; 및 상기 전환반응기에 연통되고, 유입된 이산화탄소를 포집하는 포집반응기;를 포함하며, 이산화탄소를 포함하는 배가스는 전환반응기 또는 포집반응기로 공급되어 이산화탄소가 전환 또는 포집된 후, 미반응된 이산화탄소를 포함하는 배가스가 포집반응기 또는 전환반응기로 유입되어 상기 미반응된 이산화탄소를 포집 또는 전환시키는 이산화탄소 전환 및 포집용 직렬반응기를 제공한다.The present invention also relates to a conversion reactor according to the invention; And a collection reactor communicating with the conversion reactor and collecting the introduced carbon dioxide, wherein the exhaust gas containing carbon dioxide is supplied to a conversion reactor or a collection reactor to convert or capture carbon dioxide, There is provided a series reactor for converting and collecting carbon dioxide which is introduced into a collection reactor or a conversion reactor to collect or convert the unreacted carbon dioxide.

본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 상기 포집반응기는 이산화탄소 흡수제 또는 이산화탄소 분리막을 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the collection reactor may include a carbon dioxide absorbent or a carbon dioxide separation membrane.

본 발명의 바람직한 다른 일구현예에 따르면, 상기 포집반응기는 이산화탄소 흡수제와 이산화탄소 간 결합물 및 반응결합물 중 어느 하나 이상을 포함하는 포집물을 배출하는 이산화탄소 포집물 배출부, 및 상기 이산화탄소 포집물 배출부와 연통되어 배출된 포집물에서 이산화탄소를 분리 및 수집하는 이산화탄소 탈착기를 더 포함할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the collection reactor includes a carbon dioxide collection discharge unit for discharging a collection including at least one of a carbon dioxide absorbent, a carbon dioxide intercalation compound and a reactive compound, And a carbon dioxide desorbing unit for separating and collecting carbon dioxide from the collected exhausted water.

이하, 본 발명에서 사용한 용어에 대해 설명한다. Hereinafter, terms used in the present invention will be described.

본 발명에서 사용한 "A 상에"의 의미는 A의 표면에 직접 또는 B를 개재하여 간접적을 모두 포함하는 의미로 사용한다.The meaning of "on A phase" used in the present invention is meant to include both the surface of A directly or indirectly through B.

본 발명에 따른 이산화탄소 전환반응기는 배가스에 포함된 이산화탄소를 유용한 부산물로 전환시키는 동시에 빠른 전환공정을 가능하게 함으로써 공급되는 배가스로 인한 배압(back pressure)이 증가하는 것을 방지하고, 높은 효율 및 전환속도로 배가스내 이산화탄소를 현저히 저감시킬 수 있다. 또한, 이산화탄소 전환반응기를 통해 이산화탄소의 전환 및 저감을 달성하는 동시에 배압의 발생이 방지되어 안정적으로 이산화탄소를 포집 및 저감시킬 수 있는 직렬반응기로 응용될 수 있으며, 이를 이산화탄소 배출이 많은 발전소 등의 설비에 직접 연결시켜 적용이 가능하고 이를 통해 생성되는 부산물은 높은 부가가치를 창출할 수 있는 각종 산업전반에 응용될 수 있다. The carbon dioxide conversion reactor according to the present invention can convert the carbon dioxide contained in the flue gas into a useful by-product, and at the same time enables a rapid conversion process to prevent an increase in the back pressure due to the supplied flue gas, It is possible to remarkably reduce the carbon dioxide in the flue gas. In addition, the present invention can be applied to a series reactor capable of achieving conversion and reduction of carbon dioxide through the carbon dioxide conversion reactor and preventing the generation of back pressure, thereby stably capturing and reducing carbon dioxide. And can be applied to various industries that can generate high added value.

도 1은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 이산화탄소 전환반응기의 모식도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함되는 탄산무수화효소집합체의 단면 모식도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함되는 탄산무수화효소복합체를 구비한 구조체의 평면모식도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함되는 구조체의 분해사시도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 직렬반응기에 대해 이산화탄소를 포함하는 배가스의 공급방향을 달리했을 때 이산화탄소의 전환 및 포집공정을 나타낸 직렬반응기의 모식도이다.
1 is a schematic view of a carbon dioxide conversion reactor according to a preferred embodiment of the present invention.
2 and 3 are cross-sectional schematic views of a carbonic anhydrase aggregate included in a preferred embodiment of the present invention.
4 is a schematic plan view of a structure having a carbonic anhydrase complex included in a preferred embodiment of the present invention.
5 is an exploded perspective view of a structure included in a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 6 and FIG. 7 are schematic views of a series reactor showing a process for converting and collecting carbon dioxide when the supply direction of the exhaust gas containing carbon dioxide is changed for a serial reactor according to a preferred embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same reference numerals are assigned to the same or similar components throughout the specification.

본 발명의 일구현예에 따른 이산화탄소 전환반응기(101)는 도 1에 도시된 것과 같이 공급된 이산화탄소가 체류하며, 효소반응부(121)를 내부에 구비할 수 있도록 내부가 빈 반응챔버(151), 상기 반응챔버(151)의 일측에 배치되어 이산화탄소를 포함하는 배가스를 내부로 공급하는 가스공급부(111), 공급된 배가스 중 이산화탄소를 중탄산이온으로 전환, 이를 촉진 시키는 효소반응부(121), 및 상기 효소반응부(121)에서 미반응된 이산산화탄소를 포함하는 배가스를 외부로 방출시키는 가스배출부(141)를 포함하고, 전환된 중탄산이온을 외부로 방출시키는 중탄산수용액 배출부(131) 및 상기 중탄산수용액 배출부(131)에 직접 연결되는 중탄산수용액 저장소(301)를 더 포함할 수 있다. 상기 전환반응기(101)는 배 가스에 포함된 고농도의 이산화탄소를 중탄산이온으로 전환시키는 역할을 수행하며, 이와 같은 이산화탄소 전환공정은 다른 방식의 이산화탄소 저감 및/또는 전환공정에 비해서 친환경적이고, 이산화탄소를 산업상 이용가능한 중탄산이온으로 전환시켜 부가가치를 창출할 수 있어서 경제성 및 생산성에서 매우 유리하다. 또한, 탄산무수화효소는 이론상으로 1초당 백만개의 이산화탄소 분자를 중탄산이온으로 전환할 수 있음에 따라서 빠른 속도로 유입되는 이산화탄소의 전환에 매우 적합하고 이를 통해 반응기에 걸리는 배압의 상승을 더욱 방지할 수 있으며, 배 가스에서 분리되어 포집된 이산화탄소의 탈착과 같은 부가적 공정을 더 요구하지 않는 이점이 있다. The carbon dioxide conversion reactor 101 according to an embodiment of the present invention is configured such that carbon dioxide supplied as shown in FIG. 1 stays and the interior of the carbon dioxide conversion reactor 101 is filled with an empty reaction chamber 151, A gas supply unit 111 disposed at one side of the reaction chamber 151 to supply an exhaust gas containing carbon dioxide to the inside of the reaction chamber 151, an enzyme reaction unit 121 for converting carbon dioxide into bicarbonate ions, A bicarbonate aqueous solution discharge unit 131 for discharging the converted bicarbonate ions to the outside, and a gas discharge unit 141 for discharging an exhaust gas containing unreacted carbon dioxide from the enzyme reaction unit 121 to the outside, And a bicarbonate aqueous solution reservoir (301) directly connected to the bicarbonate aqueous solution discharge unit (131). The conversion reactor 101 serves to convert the high concentration of carbon dioxide contained in the exhaust gas into bicarbonate ions. Such a carbon dioxide conversion process is more environmentally friendly than other methods of reducing and / or converting carbon dioxide, Can be converted into usable bicarbonate ions to create added value, which is very advantageous in terms of economy and productivity. In addition, since carbonic anhydrase can theoretically convert one million carbon dioxide molecules per second into bicarbonate ion, it is very suitable for the conversion of carbon dioxide which flows at a high rate, thereby preventing further increase of the back pressure in the reactor And there is an advantage in that it does not require additional processes such as desorption of captured carbon dioxide separated from the exhaust gas.

상기 전환반응기(101)의 각 구성을 배 가스가 최초 공급된 후 배출되기까지 순서에 따라 설명하면, 화력발전소와 같은 이산화탄소 발생원에서 방출된 배가스는 전환반응기(101)의 가스공급부(111)로 공급된다. 이때, 상기 가스공급부(111)는 상기 전환반응기(101) 내부의 액체(121b)와 기체간 계면 상부에 배치될 수 있다. 이를 통해 공급되는 이산화탄소를 포함하는 배가스는 후술하는 효소반응부(121)의 액체(121b)를 통과하여 가스배출부(141)로 배출되는 유체흐름을 가지지 않고, 상기 액체(121b)의 상부에서 공급되어 액체(121b)의 상부 통과 및 액체 상부의 위치하는 가스배출부(141)로 다시 배출되는 유체흐름을 가질 수 있다. 이와 같은 유체흐름을 갖도록 반응챔버(151)내 액체(121b)의 높이을 고려하여 가스공급부(111) 및 가스배출부(141)가 배치될 경우 공급되는 배가스가 보다 원활히 반응기 내부를 체류 및 통과할 수 있음에 따라서 액체를 통과하면서 발생하는 배가스 흐름의 저항 등으로 발생하는 배압의 증가를 현저히 감소시킬 수 있는 이점이 있다. The exhaust gas discharged from the carbon dioxide generating source, such as a thermal power plant, is supplied to the gas supply unit 111 of the conversion reactor 101, do. At this time, the gas supply unit 111 may be disposed above the interface between the liquid 121b and the gas inside the switching reactor 101. [ The flue gas containing carbon dioxide supplied through the flue gas is supplied from the upper part of the liquid 121b without passing through the liquid 121b of the enzyme reaction unit 121, And may have a fluid flow that is discharged to the upper portion of the liquid 121b and the gas discharge portion 141 located above the liquid. When the gas supply unit 111 and the gas discharge unit 141 are disposed in consideration of the height of the liquid 121b in the reaction chamber 151 so as to have such a fluid flow, the exhaust gas to be supplied can flow and pass through the inside of the reactor more smoothly. There is an advantage that the increase of the back pressure caused by the resistance of the flue gas flow generated while passing through the liquid can be remarkably reduced.

다음으로, 상기 가스공급부(111)로 공급된 배가스에 포함된 이산화탄소는 효소반응부(121)에 포함된 탄산무수화효소집합체를 포함하는 구조체(121a) 및 액체(121b)를 통해 중탄산이온으로 전환될 수 있고, 이를 통해 이산화탄소 저감효과를 가질 수 있다. Next, the carbon dioxide contained in the exhaust gas supplied to the gas supply unit 111 is converted into bicarbonate ions through the structure 121a including the carbonic anhydrase aggregate contained in the enzyme reaction unit 121 and the liquid 121b. And it can have a carbon dioxide reducing effect.

상기 액체(121b)는 이산화탄소를 중탄산이온으로 전환시키는 반응을 매개 및/또는 반응물질로 기능하며, 전환되는 중탄산이온의 용해에 문제가 없는 용매(또는 용액)인 경우 제한 없이 사용될 수 있으며, 이에 대한 비제한적인 예로써, 상기 용매(또는 용액)는 물 및/또는 통상의 완충용액일 수 있고, 상기 완충용액에 대한 비제한적인 예로써, 2-아미노-2-하이드록시메틸-l,3-프로파네디올을을 사용할 수 있다. The liquid 121b may be used without limitation in the case of a solvent (or a solution) which functions as a reaction medium and / or a reaction material for converting carbon dioxide into bicarbonate ions and has no problem in dissolving bicarbonate ions to be converted. By way of non-limiting example, the solvent (or solution) may be water and / or a conventional buffer solution, and as a non-limiting example of the buffer solution, 2-amino-2-hydroxymethyl- Propanediol can be used.

상기 구조체(121a)는 이산화탄소를 중탄산로 전환을 촉진시키는 탄산무수화효소를 포함한다. 상기 구조체(121a)는 탄산무수화효소를 포함하여 상기 액체(121b)의 내부의 일부 영역에 배치되거나 내부에 균일하게 분산되도록 배치될 수 있다. 다만, 바람직하게는 배압의 감소를 위해 가스공급부의 위치를 액체(121b) 상부에 배치하고 배가스를 액체 상방에서 공급시킬 경우 탄산무수화효소를 통한 이산화탄소 전환속도 증가를 위하여 상기 구조체(121a)는 액체와 기체의 계면에 위치하는 것이 좋다.The structure 121a includes a carbonic anhydrase which promotes the conversion of carbon dioxide to bicarbonate. The structure 121a may include a carbonic anhydrase and may be disposed in a part of the interior of the liquid 121b or may be uniformly dispersed therein. However, in order to reduce the back pressure, when the position of the gas supply unit is disposed above the liquid 121b and the exhaust gas is supplied from above the liquid, the structure body 121a may be formed of a liquid And at the interface of the gas.

상기 탄산무수화효소는 이산화탄소를 중탄산이온으로 전환시키는 반응을 촉진시키는 기능을 갖는 공지된 효소일 경우 제한 없이 사용될 수 있으며, 일예로, 야생형(wild type) 탄산무수화효소 및 탄산무수화효소 변이체 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 이때, 상기 야생형 탄산무수화효소는 통상적으로 동물, 식물 등 자연적으로 생체내 존재하는 효소일 수 있음에 따라 α형, β형, γ형, δ형 및 ε형으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이거나 및/또는 생체내 존재하는 효소를 모방하거나 상기 효소를 인공적으로 재조합한 것, 또는 이들과 생체내 존재하는 탄산무수화효소가 병용된 것일 수 있다. 상기 인공적으로 재조합된 탄산무수화효소는 공지된 것일 수 있어 본 발명에서는 이에 대한 아미노산 서열을 특별히 한정하지 않는다. 또한, 상기 탄산무수화효소 변이체는 자연적으로 존재하는 탄산무수화효소의 아미노산 서열의 일부 또는 전부가 변형된 것으로써, 탄산무수화효소의 기본적 기능을 가지는 동시에 자연적으로 존재하는 탄산무수화효소가 갖추지 못하는 내열성 등의 물성을 유리하게 개선, 개량한 것일 수 있으며, 본 발명에서는 이에 대한 아미노산 서열을 특별히 한정하지 않는다.The above-mentioned carbonic anhydrase can be used without limitation as long as it is a known enzyme having a function of promoting the conversion of carbon dioxide to bicarbonate ion. For example, among the wild type carbonic anhydrase and carbonic anhydrase mutant And may include any one or more of them. At this time, the wild-type carbonic anhydrase may be an enzyme naturally existing in vivo in an animal, a plant, or the like, and therefore it may be one or more selected from the group consisting of?,?,?,? And / or in vivo, or by artificially recombining the enzyme, or in combination with the in vivo carbonic anhydrase. The artificially recombined carbonic anhydrase may be a known one, and the amino acid sequence thereof is not particularly limited in the present invention. The carbonic anhydrase mutant is a modification of a part or all of the amino acid sequence of a carbonic anhydrase which exists naturally, and has a basic function of carbonic anhydrase and naturally occurring carbonic anhydrase The amino acid sequence is not particularly limited in the present invention.

상기 탄산무수화효소는 다수개가 구조체 상에 분산된 유리효소, 다수개가 비결합되어 응집된 효소집합체 및 다수개가 상호 결합된 효소가교결합복합체 중 어느 하나 이상의 형태로 포함될 수 있다. The above-mentioned carbonic anhydrase may be contained in any one or more of a free enzyme dispersed on a structure, an enzyme aggregate in which a plurality of non-aggregated aggregates are aggregated, and an enzyme cross-linked complex in which a plurality of aggregates are mutually combined.

또한, 상기 탄산무수화효소는 지지체를 구비하여 구조체에 포함될 수 있고, 또는 지지체 없이 구조체에 포함될 수 있다.In addition, the carbonic anhydrase may be included in the structure with the support or may be included in the structure without the support.

먼저, 지지체를 구비하는 경우에 대해 설명하면, 상기 탄산무수화효소는 상기 지지체 상에 결합되거나 지지체 내부에 담지된 상태일 수 있다.First, a case where a support is provided will be described. The carbonic anhydrase may be bound on the support or supported on the support.

상기 지지체는 탄산무수화효소를 결합시키거나 담지시키는 기능을 담당하고, 탄산무수화 효소를 집적시킬 수 있는 토대가 되며, 외력으로부터 탄산무수화효소를 보호하는 기능을 담당할 수 있다. 또한, 탄산무수화효소가 집합체를 이루거나 가교복합체의 형태일 경우 해당 형태를 안정적으로 유지하면서 구조체에 전체적으로 분산되어 분포될 수 있도록 하는 기능을 담당할 수 있다. 상기 지지체의 재질은 통상의 지지기능을 하고 효소활성을 억제, 저해하지 않는 경우라면 제한이 없고, 그 형상에도 비드상, 섬유상, 판상 등 특별한 제한이 없다. 일예로써, 상기 지지체는 고분자 섬유, 전기전도성 고분자, 다공성 입자, 구형입자, 나노입자, 비드, 탄소나노튜브, 와이어, 필라, 그래핀, 퓰러렌 및 폴리도파민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다. 나아가, 그 크기에 있어서도 전환반응기의 구체적 구조, 형상에 따라 달리 설계될 수 있어 본 발명에서 이를 특별히 제한하지 않는다.The support serves to bind or support a carbonic anhydrase, to serve as a base for integrating carbonic anhydrase, and to protect the carbonic anhydrase from external force. In addition, when the carbonic anhydrase is in the form of an aggregate or a cross-linked complex, it can function to distribute and distribute the whole structure to the structure while stably maintaining the form. There is no particular limitation on the shape of the support, as long as it does not inhibit or inhibit the activity of the enzyme, and is not limited to beads, fibers, or plates. For example, the support may be any one or more selected from the group consisting of polymer fibers, electrically conductive polymers, porous particles, spherical particles, nanoparticles, beads, carbon nanotubes, wires, pillars, graphene, have. Furthermore, the size of the reactor can be designed differently according to the specific structure and shape of the conversion reactor, so that the present invention does not particularly limit it.

상기 탄산무수화효소가 지지체상에 결합될 때, 상기 결합은 탄산무수화 효소들의 물리적 결합(ex. 흡착) 및/또는 지지체상에 구비된 특정의 작용기를 통한 탄산무수화효소의 화학적 결합(ex. 이온결합, 공유결합 등)됨을 통해 고정될 수 있다. 또한, 폴리도파민(polydopamine), 폴리노레피네프린(polynorepinephrine)과 같이 카테콜(catechol)기를 기반으로 하는 접착성 물질접착성 물질에 의해 지지체상에 부착될 수도 있다. 상기 담지는 지지체가 다공성의 구조일 경우 내부에 포함된 기공이나 공동(cavity) 내부에 탄산무수화효소가 구비될 수 있고, 바람직하게는 집합체 또는 가교복합체를 형성하여 구비될 수 있다. 담지된 탄산무수화효소는 기공이나 공동의 지지체 내부 표면에 결합되거나 비결합 상태로 수용될 있으며, 본 발명에서는 이에 대한 제한하지 않는다.When the above-mentioned carbonic anhydrase is bound on a support, the bond is formed by physical bonding (e.g., adsorption) of carbonic anhydrase and / or chemical bonding of carbonic anhydrase through a specific functional group provided on the support Ionic bonding, covalent bonding, etc.). It may also be applied on a support by an adhesive material adhesive material based on catechol groups, such as polydopamine, polynorepinephrine. In the case where the support has a porous structure, the support may be provided with a carbonic anhydrase in the pores or cavities contained therein, and may be formed by forming an aggregate or a cross-linked complex. The supported carbonic anhydrase may be bound to the inner surface of the pores or the cavity of the cavity or may be accommodated in a non-bonded state, but the present invention is not limited thereto.

한편, 이산화탄소를 중탄산이온으로 전환시키는 반응이 잘 일어나는 최적의 조건과, 탄산무수화효소의 효소활성이 유지되기 위한 최적 조건이 상이할 수 있고, 경우에 따라서 전환반응기 내의 환경이 탄산무수화효소의 효소활성이 유지되기 어려울 수 있다. 이에 효소반응부에 구비되는 탄산무수화효소는 효소가교결합복합체 형태일 수 있고, 구체적으로 도 2와 같이 효소가교결합복합체(1000)는 표면에 제1작용기(1001)를 포함하는 제1지지체(1010)를 더 구비하여 상기 제1작용기(1001)에 고정된 제1탄산무수화효소(1100) 및 상기 제1탄산무수화효소(1100)와 결합하고, 인접한 탄산무수화효소끼리 가교결합된 복수개의 제2탄산무수화효소 가교결합복합체(1210,1211,1212,1213)를 포함하여 구현된 것일 수 있다.On the other hand, there may be a difference between an optimum condition in which the reaction for converting carbon dioxide into bicarbonate ion occurs optimally and an optimum condition for maintaining the enzyme activity of carbonic anhydrase, and in some cases, the environment in the conversion reactor is a carbonic anhydrase Enzyme activity may be difficult to maintain. As shown in FIG. 2, the enzyme cross-linking complex 1000 may include a first support (1001) having a first functional group (1001) on the surface thereof, 1010) to bind to the first carbonic anhydrase 1100 and the first carbonic anhydrase 1100 fixed to the first functional group 1001 and to bind a plurality of carbonic anhydrase cross-linked 1212, 1212, and 1213 of the second carbonic anhydrase cross-linking complexes 1210, 1211, 1212, and 1213.

상기 지지체(1010) 표면에 구비된 작용기(1001)는 제1 탄산무수화 효소(1100)를 고정시킬 수 있는 작용기의 경우 제한 없이 사용될 수 있으며, 일예로, 카르복실기, 아민기, 이민기, 에폭시기, 하이드록시기, 알데히드기, 카르보닐기, 에스터기, 메톡시기, 에톡시기, 페록시기, 에테르기, 아세탈기, 설파이드기, 포스페이트기 및 아이오드기로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있고, 바람직하게는 카르복실기 및 아민기 중 어느 하나 이상일 수 있다.The functional group (1001) provided on the surface of the support (1010) may be used without limitation in the case of a functional group capable of fixing the first carbonic anhydride enzyme (1100). For example, a functional group such as carboxyl group, amine group, imine group, An ether group, an acetal group, a sulfide group, a phosphate group, and an iodo group, preferably a carboxyl group and / or an alkyl group, Or an amine group.

탄산무수화효소가 도 2와 같은 구조의 탄산무수화효소 가교결합복합체(1000)를 형성할 경우 탄산무수화효소 활성의 유지/발현에 부적할 수 있는 온도, pH 조건에서도 우수하게 효소활성을 오랜기간 안정적으로 발현할 수 있는 이점이 있다. When the carbonic anhydrase forms a carbonic anhydrase crosslinking complex (1000) having a structure as shown in FIG. 2, the enzyme activity is excellent even at the temperature and pH conditions which may be unsuitable for maintenance / expression of carbonic anhydrase activity There is an advantage that the period can be stably expressed.

상기 도 2와 같은 탄산무수화효소 가교결합복합체(1000)는 후술하는 실시예 1과 같은 방법에 의해 제조될 수 있고, 이때 석출화제를 투입하지 않고 가교결합제만을 투입하여 도 2와 같은 탄산무수화효소 가교결합복합체를 제조할 수 있으나, 석출화제를 투입할 경우 더욱 더 밀도 높게 탄산무수화효소가 집적된 탄산무수화효소 가교결합복합체를 제조할 수 있다. 다만, 상기 도2와 같은 탄산무수화효소 가교결합복합체의 제조방법이 실시예 1에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 발명자에 의한 대한민국 특허공개공보 제10-2011-0128182호, 10-2011-0128134호, 10-2013-0127916호 등에 개시된 제조방법이 참조로 삽입될 수 있다. The carbonic anhydrase crosslinking complex (1000) as shown in FIG. 2 can be prepared by the same method as that of Example 1 described below. In this case, only the crosslinking agent is added without introducing the precipitating agent, An enzyme crosslinking complex can be prepared. However, when a precipitating agent is added, a carbonic anhydrase crosslinking complex in which a carbonic anhydrase is accumulated more densely can be prepared. However, the production method of the carbonic anhydrase crosslinking complex as shown in FIG. 2 is not limited to the example 1, and Korean patent application publication Nos. 10-2011-0128182, 10-2011-0128134 No. 10-2013-0127916, and the like can be incorporated by reference.

한편, 더욱 우수한 효소활성을 발현하는 동시에 장기간 안정적으로 활성을 발현하기 위해서는 복합체에 결합된 효소의 양이 많은 동시에 외력 등에 의해서 효소가 복합체에서 떨어지지 않을 수 있는 우수한 결합력이 요구된다. On the other hand, in order to express more excellent enzyme activity and to express the activity stably for a long period of time, a large amount of enzyme bound to the complex is required, and at the same time, an excellent binding force capable of preventing the enzyme from falling off by the external force is required.

이에 따라 더욱 바람직하게는 도3에 도시된 것과 같이 상기 탄산무수화효소 가교결합복합체(2000)는 표면에 제1 작용기(2001)를 구비한 제1 지지체(2010) 이외에 표면에 제2 작용기(2301,2302)를 구비한 제2 지지체(2300)를 더 포함하고, 3, the carbonic anhydrase crosslinking complex 2000 may include a first support 2010 having a first functional group 2001 on its surface, a second functional group 2301 on the surface thereof, , 2302), wherein the second support (2300)

제1탄산무수화효소(2100) 및 제2 탄산무수화효소 가교결합복합체(2211,2212,2213)가 상기 제2작용기를 통해 제2지지체(2300)에 결합할 수 있다. The first carbonic anhydrase 2100 and the second carbonic anhydrase crosslinking complexes 2211, 2212 and 2213 can be bonded to the second support body 2300 through the second functional group.

제2 탄산무수화효소 가교복합체는 효소들끼리만 가교결합되는 것이 아니라 제2 지지체를 매개로 다시 공유결합됨에 따라 더욱 강한 결합력으로 효소간에 결착될 수 있고, 복수개로 포함되는 제2 지지체(2300) 각각이 효소가 군집을 이루어 공유결합될 수 있는 바인딩 포인트가 될 수 있음에 따라 더욱 많은 양의 효소가 군집을 이루어 복합체에 포함될 수 있어 현저히 향상된 효소활성 및 안정되게 오랜기간 효소활성을 발현시키는데 보다 유리할 수 있다. 상기 제2 지지체(2300)는 상술한 지지체(제1 지지체)에 대한 설명과 동일하고, 제1 지지체는 제2 지지체와 동일하거나 다른 재질일 수 있고, 형상, 크기도 동일 또는 상이할 수 있는 등 이에 대해서 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다. 또한 상기 제2 작용기 역시 상술한 지지체에 대한 설명의 작용기와 동일하며, 제1 작용기는 제2 작용기와 동일하거나 상이할 수 있다. 한편, 도 3의 제2지지체(2300)는 자성을 띠는 지지체일 수 있으며 이 경우 전환반응기(100)에서 전환된 중탄산이온이 용해된 액체(120b)를 중탄산이온 배출ㅂ부(131)를 통해 배출시킬 때 자성을 이용하여 탄산무수화효소복합체의 배출을 방지하거나 배출된 액체내 포함된 탄산무수화효소복합체의 분리 및 재활용을 가능하게 하는 이점이 있다.The second carbonic anhydrase cross-linking complex is not crosslinked only between the enzymes but can be bound between the enzymes with a stronger binding force as they are covalently bound through the second support, and the second support bodies 2300 Since this enzyme can be a binding point to be covalently bonded in a cluster, a larger amount of the enzyme can be included in the complex and can be advantageously used for expressing the enzyme activity remarkably improved and the enzyme activity stably for a long time have. The second support body 2300 is the same as the above description of the support body (first support body). The first support body may be the same as or different from the second support body, and may have the same shape or size as the second support body This is not particularly limited in the present invention. The second functional group is also the same as the functional group described above, and the first functional group may be the same as or different from the second functional group. 3, the second support body 2300 may be a magnetic support. In this case, the liquid 120b, in which the bicarbonate ions converted in the conversion reactor 100 are dissolved, is discharged through the bicarbonate ion discharge unit 131 It is possible to prevent the release of the carbonic anhydrase complex by using magnetism at the time of discharging or to enable the separation and recycling of the carbonic anhydrase complex contained in the discharged liquid.

상기 도 3에 따른 탄산무수화효소 가교결합복합체(2000)는 후술하는 실시예2에 따른 제조방법으로 제조될 수 있으나 도3에 따른 탄산무수화 효소복합체와 마찬가지로 석출화제 없이 가교결합제의 투입만으로 도 3과 같은 복합체의 구현도 가능하며, 다만, 석출화제의 투입으로 더욱 더 효소가 밀도 높게 집적된 복합체를 구현가능하고, 이를 통해 보다 향상된 물성을 발현할 수 있는 이점이 있다. 상기 도 3과 같은 탄산무수화효소 가교결합복합체의 제조방법은 실시예 2에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 발명자에 의한 대한민국 특허공개공보 제10-2011-0128182호, 10-2011-0128134호, 10-2013-0127916호 등에 개시된 제조방법이 참조로 삽입될 수 있다.The carbonic anhydrase crosslinking complex 2000 according to FIG. 3 can be prepared by the manufacturing method according to Example 2 described later. However, as in the case of the carbonic anhydrase complex according to FIG. 3, only the introduction of the crosslinking agent 3 can also be realized. However, it is possible to realize a complex in which a higher concentration of the enzyme is integrated by introducing the precipitating agent, and thereby, the improved physical properties can be exhibited. The method for producing the carbonic anhydrase crosslinking complex as shown in FIG. 3 is not limited to the example 2, and Korean Patent Laid-Open Nos. 10-2011-0128182, 10-2011-0128134, 10-2013-0127916 and the like can be inserted by reference.

상술한 지지체상 또는 지지체에 담지되는 탄산무수화효소는 상기 지지체가 구조체 상에 결합되거나 수용됨을 통해 효소반응부에 구비될 수 있다. 이때, 상기 결합은 물리적 및/또는 화학적 결합이나 접착물질을 개재한 결합일 수 있으며 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.The above-mentioned carbonic anhydrase on the support or on the support may be provided in the enzyme reaction part through binding or acceptance of the support on the construct. At this time, the bonding may be a physical and / or chemical bonding or a bonding via an adhesive material, and the present invention is not particularly limited thereto.

또한, 상기 탄산무수화효소는 지지체 없이 구조체에 구비될 수 있는데, 이는 후술하는 구조체가 몸체부를 포함하는 경우 상기 탄산무수화효소는 상기 몸체부 상에 결합되거나 수용됨을 통해 포함될 수 있다. 상기 결합은 탄산무수화 효소들의 물리적 결합(ex. 흡착) 및/또는 몸체부에 구비된 특정의 작용기를 통한 탄산무수화효소의 화학적 결합(ex. 이온결합, 공유결합 등)됨을 통해 고정될 수 있다. 또한, 폴리도파민(polydopamine), 폴리노레피네프린(polynorepinephrine)과 같이 카테콜(catechol)기를 기반으로 하는 접착성 물질접착성 물질에 의해 몸체부 상에 부착될 수도 있다. 상기 담지는 몸체부가 다공성의 구조일 경우 내부에 포함된 기공이나 공동(cavity) 내부에 탄산무수화효소가 구비될 수 있고, 바람직하게는 집합체 또는 가교복합체를 형성하여 구비될 수 있다. 담지된 탄산무수화효소는 기공이나 공동의 몸체부 내부 표면에 결합되거나 비결합 상태로 수용될 있으며, 본 발명에서는 이에 대한 제한하지 않는다.In addition, the carbonic anhydrase may be provided in a structure without a support, and the carbonic anhydrase may be included on the body when the construct described below includes a body part. The binding can be fixed through chemical bonding (e.g., ionic bonding, covalent bonding, etc.) of carbonic anhydrase via physical binding (e.g., adsorption) of carbonic anhydrase and / or specific functional groups provided on the body part have. It may also be adhered to the body portion by an adhesive substance adhesive material based on catechol groups, such as polydopamine, polynorepinephrine. In the case where the body part is porous, the support may be provided with a carbonic anhydrase in the pores or cavities contained therein, and may be formed by forming an aggregate or a cross-linked complex. The supported carbonic anhydrase may be bound to the inner surface of the pore or the cavity of the cavity or may be accommodated in a non-bonded state, but the present invention is not limited thereto.

한편, 공급되는 배가스의 양 및 빠른 공급속도를 고려했을 때, 반응챔버(151) 내의 액체(121b) 계면 상부에서 공급되어 통과 및 배출되는 유체흐름은 반응챔버(151)내 배가스 체류시간을 더욱 단축시킴에 따라서 배가스에 포함된 이산화탄소를 목적하는 수준으로 전환시키는데 소요되는 체류시간을 확보하지 못하게 하는 문제가 있을 수 있다. 즉, 배가스가 상기 액체(121b)를 통과하는 유체흐름이 전환반응기(101) 내부에 형성될 경우 액체 내부를 흐르는 유체저항으로 인해 배압이 발생 및 증가할 수 있기 때문에 상술한 것과 같이 가스공급부(111)를 상기 액체(121b)의 계면 상부에 배치시키는 것이 배압증가 방지측면에서 유리할 수 있으나, 이 경우 공급된 이산화탄소가 효소반응부와 접해서 전환반응이 일어나는 부분이 한정된 액체계면에 국한될 수밖에 없고, 반응기 내부에서의 체류시간도 매우 짧을 수밖에 없다. 이에 따라서 만일 이산화탄소의 전환을 촉진시키는 탄산무수화효소집합체가 액체의 계면에서 멀리 떨어져 반응챔버(151)의 하부에 위치하거나 액체 전체에 균일하게 분산된 경우 빠르게 통과하는 배가스내 이산화탄소를 목적하는 수준까지 전환시키기 어려울 수 있다. 또한, 이를 해결하고자 배가스의 체류시간을 증가시킬 경우 전환반응기에서의 배압이 증가하는 문제가 있을 수 있다. On the other hand, considering the amount of the supplied flue gas and the fast feeding speed, the fluid flow supplied from the upper part of the interface of the liquid 121b in the reaction chamber 151 and discharged and discharged further shortens the flue gas retention time in the reaction chamber 151 There may be a problem in that the residence time required to convert the carbon dioxide contained in the flue gas to the desired level may not be ensured. That is, when the flow of the flue gas passing through the liquid 121b is formed inside the switching reactor 101, the back pressure may be generated and increased due to the fluid resistance flowing in the liquid, To the upper part of the interface of the liquid 121b may be advantageous from the viewpoint of preventing the back pressure increase. However, in this case, the supplied carbon dioxide is inevitably confined to the liquid interface in which the part where the conversion reaction occurs is in contact with the enzyme reaction part, The residence time in the reactor is very short. Accordingly, if the carbonic anhydrase aggregate that promotes the conversion of carbon dioxide is located at a lower portion of the reaction chamber 151 away from the interface of the liquid or uniformly dispersed in the entire liquid, carbon dioxide in the exhaust gas passing through the reactor rapidly reaches a desired level It may be difficult to convert. Also, if the residence time of the flue gas is increased to solve this problem, the back pressure in the conversion reactor may increase.

이에 본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 탄산무수화효소를 구비하는 구조체(121a)는 도 1과 같이 액체-기체 계면상에 배치될 수 있고, 이를 통해 이산화탄소 전환반응이 일어나는 계면에서 더욱 활발히 전환반응이 촉진될 수 있으며, 종국적으로 이산화탄소 전환율의 증가, 이산화탄소 저감효율의 증가 및 배압발생이나 증가가 최소화 또는 방지될 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the structure 121a including the carbonic anhydrase can be disposed on the liquid-gas interface as shown in FIG. 1, and through this, the carbonic anhydrase can be more actively converted The reaction can be promoted, and ultimately, the increase of the carbon dioxide conversion rate, the increase of the carbon dioxide reduction efficiency, and the occurrence or increase of the back pressure can be minimized or prevented.

상기 구조체(121a)가 액체(121b)-기체 계면에 위치하기 위해서 구조체(121a)가 상기 계면 높이의 반응챔버(151) 측면에 고정될 수 있으나, 이 경우 상기 액체(121b)의 반응챔버(151) 높이를 항상 일정하게 유지시켜야 하는 어려움이 있음에 따라서 바람직하게는 상기 구조체(121a)는 액체 상에 부유하도록 설계될 수 있다. The structure 121a may be fixed to the side of the reaction chamber 151 at the interface height so that the structure 121a is positioned at the interface between the liquid 121b and the gas. It is preferable that the structure 121a is designed to float on the liquid because there is a difficulty in keeping the height constant at all times.

일예로써, 도 4에 도시된 것과 같이 구조체(1)는 탄산무수화효소 가교결합복합체(1000)를 포함하는 몸체부(10) 및 상기 몸체부(10)에 결합되어 상기 몸체부(10)가 액체(121b)상에 부유하도록 하는 적어도 하나의 부유부(31,35)를 포함하도록 구현될 수 있다. 4, the structure 1 includes a body 10 including a carbonic anhydrase crosslinking complex 1000 and a body 10 coupled to the body 10, And at least one floating portion 31,35 for floating on the liquid 121b.

도 5를 참조하여 구체적으로 설명하면, 제1 몸체(11) 및 제2 몸체(21)는 상하방향으로 서로 나란하게 배열되며 각각은 격자 형태의 면상 구조체일 수 있다.5, the first body 11 and the second body 21 are arranged in parallel with each other in the vertical direction, and each of the first body 11 and the second body 21 may be a planar structure in the form of a lattice.

이때, 상기 제2 몸체(21)는 액체의 표면에 인접하게 배치될 수 있다. 일예로, 제2 몸체(21)는 액체와 접하여 액체에 잠겨 있거나 액체 표면에 떠 있을 수 있다.At this time, the second body 21 may be disposed adjacent to the surface of the liquid. For example, the second body 21 may be immersed in the liquid or floating on the liquid surface.

도 5에서 제1 몸체(11) 및 제2 몸체(21)는 단일구조로 분리되어 서로 나란하게 배열되었지만 이에 한정되지 않고 제1 몸체 및 제2 몸체가 일체로 형성될 수 있다. In FIG. 5, the first body 11 and the second body 21 are separated into a single structure and are arranged in parallel with each other. However, the first body 11 and the second body 21 may be integrally formed.

한편, 본 발명의 일 실시예에서 상기 몸체부(10)의 양 단부에는 돌기부(15, 25)가 형성되어 부유부(31,35)에 결합될 수 있다. 다만 본 발명의 일 실시예에서 몸체부(10)의 돌기부(15, 25)는 부유부(31,35)의 결합홈(33a, 37b)에 삽입되어 끼움 결합되지만 이에 한정되지는 않는다.In an embodiment of the present invention, protrusions 15 and 25 may be formed at both ends of the body 10 to be coupled to the floating units 31 and 35. However, the protrusions 15 and 25 of the body 10 may be inserted into the coupling grooves 33a and 37b of the floating portions 31 and 35, but the present invention is not limited thereto.

이때, 몸체부(10) 즉, 제1 몸체(11) 및 제2 몸체(21)는 아크릴로나이트릴-뷰타디엔-스티렌, 폴리티오펜, 폴리락틱산, 폴리비닐알콜, 폴리카프로락탐, 폴리카프로락톤, 폴리락틱-co-글리콜산, 폴리아크릴로니트릴, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌이민, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리우레탄, 폴리글리콜산, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리디메틸실록산, 폴리스티렌-co-무수말레산, 테플론, 콜라겐, 나일론, 셀룰로우즈, 키토산, 유리, 금, 은, 알루미늄, 철, 구리 및 실리콘중 적어도 하나로 형성되어 탄산무수화효소 가교결합복합체(1000)가 직접 제1 몸체 및 제2 몸체에 결합될 수 있다.At this time, the body portion 10, that is, the first body 11 and the second body 21 may be formed of acrylonitrile-butadiene-styrene, polythiophene, polylactic acid, polyvinyl alcohol, polycaprolactam, poly Polypropylene oxide, polyurethane, polyglycolic acid, polyethylene terephthalate, polymethylmethacrylate, polystyrene, polydimethylsiloxane, polydimethylsiloxane, polyvinylpyrrolidone, polyvinylpyrrolidone, caprolactone, polylactic-co-glycolic acid, polyacrylonitrile, polyester, polyethylene, polyethyleneimine, , Carbonic anhydrase crosslinking complex (1000) formed by at least one of polystyrene-co-maleic anhydride, teflon, collagen, nylon, cellulose, chitosan, glass, gold, silver, aluminum, iron, And can be directly coupled to the first body and the second body.

또한, 상기 부유부(31,35) 중 제1부유체(31)는 몸체부(10)의 일 단부 예를 들어 도 5를 참고하면 좌측 단부에 결합될 수 있고, 제2 부유체(35)는 몸체부의 타 단부 예를 들어 도 5를 참고하면 우측 단부에 결합될 수 있다.The first auxiliary fluid 31 of the floating units 31 and 35 may be coupled to the left end of the main body 10 with reference to FIG. May be coupled to the right end of the body portion with reference to the other end portion of the body portion, for example, Fig.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에서 제1 부유체(31) 및 제2 부유체(35)는 직육면체 형태로서 내부에 공기가 채워질 수 있도록 형성될 수 있다. 이를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 구조체(1)가 액체 상에 부유 될 수 있다.Meanwhile, as shown in FIG. 5, in the embodiment of the present invention, the first and third sub-fluids 31 and 35 may be formed in a rectangular parallelepiped shape so that air can be filled therein. Whereby the structure 1 according to an embodiment of the present invention can be suspended on the liquid.

다만 본 발명의 일 실시예에서 제1 부유체(31) 및 제2 부유체(35)는 액체 상에 위치할 수 있는 재질로 이루어진다면 어떠한 형태로 이루어질 수 있다. However, in an embodiment of the present invention, the first sub-fluid 31 and the second sub-fluid 35 may be formed in any form if they are made of a material that can be placed on the liquid.

도 5를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 제1 부유체(31) 및 제2 부유체(35) 각각에는 돌출부(33, 37)가 직육면체 형태로 형성될 수 있다. Referring to FIG. 5, the protrusions 33 and 37 may be formed in a rectangular parallelepiped shape in each of the first fluid 31 and the second fluid 35 in an embodiment of the present invention.

이때 돌출부(33, 37)는 제1 부유체(31)가 몸체부(10)와 결합되는 일면 예를 들어 우측면 또는 제2 부유체(35)가 몸체부(10)와 결합되는 좌측면에 형성될 수 있다.At this time, the projections 33 and 37 are formed on the left side where the first fluid 31 is coupled to the body 10, for example, the right side or the second fluid 35 is coupled to the body 10 .

또한, 도 5를 참고하면, 돌출부(33, 37)에는 몸체부(10)의 돌기부(15, 25)가 삽입되어 끼움 결합되는 결합홈(33a, 37b)이 형성될 수 있다. 이때, 결합홈(33a, 37b)은 돌기부(15, 25)와 끼움 결합되도록 돌기부와 대응되게 형성될 수 있다.5, the protrusions 33 and 37 may be formed with coupling grooves 33a and 37b into which the protrusions 15 and 25 of the body 10 are inserted and fitted. At this time, the coupling grooves 33a and 37b may be formed so as to correspond to the protrusions so as to be fitted to the protrusions 15 and 25. [

한편, 본 발명의 일 실시예에서 제1 부유체(31) 및 제2 부유체(35)는 아크릴로나이트릴-뷰타디엔-스티렌, 폴리티오펜, 폴리락틱산, 폴리비닐알콜, 폴리카프로락탐, 폴리카프로락톤, 폴리락틱-co-글리콜산, 폴리아크릴로니트릴, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌이민, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리우레탄, 폴리글리콜산, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리디메틸실록산, 폴리스티렌-co-무수말레산, 테플론, 콜라겐, 나일론, 셀룰로우즈, 키토산, 유리, 금, 은, 알루미늄, 철, 구리 및 실리콘 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. Meanwhile, in one embodiment of the present invention, the first fluid 31 and the second fluid 35 are selected from the group consisting of acrylonitrile-butadiene-styrene, polythiophene, polylactic acid, polyvinyl alcohol, polycaprolactam , Polycaprolactone, polylactic-co-glycolic acid, polyacrylonitrile, polyester, polyethylene, polyethyleneimine, polypropylene oxide, polyurethane, polyglycolic acid, polyethylene terephthalate, polymethylmethacrylate, polystyrene, poly At least one of dimethylsiloxane, polystyrene-co-maleic anhydride, Teflon, collagen, nylon, cellulose, chitosan, glass, gold, silver, aluminum, iron, copper and silicon.

상기 탄산무수화효소 가교결합복합체(1000))는 도 4 및 도 5와 같이 몸체부(10)를 구성하는 제1몸체(11) 및 제2몸체(21) 사이에 수용되거나 몸체부(10) 상에 결합될 수 있다. 이때 결합은 몸체부(10)에 접착물질을 사용한 접착, 물리적 결합(ex. 흡착) 및/또는 몸체에 구비된 작용기를 통한 화학적 결합(ex. 이온결합, 공유결합 등)을 통해 몸체부(10)에 결합되거나 비결합 상태로 물리적 수용만 될 수 있다. 또한, 상기 탄산무수화효소 가교결합복합체(1000)에서 몸체부(10)에 결합되는 부분은 탄산무수화효소 및/또는 더 구비되는 지지체일 수 있다. The carbonic anhydrase crosslinking complex 1000 may be accommodated between the first and second bodies 11 and 21 constituting the body 10 as shown in FIGS. Lt; / RTI > At this time, the bonding is carried out by bonding the body part 10 to the body part 10 through adhesion using an adhesive material, physical bonding (e.g., adsorption) and / or chemical bonding (e.g., ionic bonding, covalent bonding, etc.) ) Or may only be physically received in a non-bonded state. In addition, the portion of the carbonic anhydrase crosslinking complex 1000 to be coupled to the body 10 may be a carbonic anhydrase and / or a support.

또한, 몸체부(10)는 이산화탄소 및 액체가 상기 탄산무수화효소복합체(1000)에 접할 수 있도록 유입되게 하는 유로를 포함할 수 있고, 일예로, 도 4 및 도 5와 같이 몸체부는 메쉬 형상으로 다수개의 격자 내 유로가 형성될 수 있다.In addition, the body 10 may include a channel for allowing carbon dioxide and liquid to flow into the carbonic anhydrase complex 1000 so as to be in contact therewith. For example, as shown in FIGS. 4 and 5, A plurality of channels in the lattice can be formed.

한편, 도 1과 같이 전환반응기(101)는 전환된 중탄산이온이 용해된 중탄산수용액을 중탄산수용액 배출부(131)를 통해 배출시킬 수 있으며, 배출된 중탄산이온은 전환반응기의 중탄산수용액 배출부(131)와 연통되는 별도의 중탄산수용액 저장소(301)에 수집되거나 및/또는 중탄산수용액 배출부(131)와 연통된 중탄산수용액 활용소에서 이용될 수 있다. 상기 중탄산수용액 활용소는 전환 및/또는 수집된 중탄산이온을 탄산염으로 합성, 이를 원료로 미생물 배양, 금속 양이온의 제거, 방사성 물질의 정화 등일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.1, the conversion reactor 101 can discharge the aqueous bicarbonic acid solution having the converted bicarbonate ions dissolved therein through the aqueous bicarbonate aqueous solution discharge unit 131. The discharged bicarbonate ions are discharged to the bicarbonate aqueous solution discharge unit 131 In a bicarbonate aqueous solution reservoir 301 which is in communication with the bicarbonate aqueous solution discharging portion 131 and / or in a separate bicarbonate aqueous solution reservoir 301 communicated with the bicarbonate aqueous solution discharging portion 131. The bicarbonate aqueous solution buffer may be formed by synthesizing bicarbonate ions converted and / or collected as carbonates, culturing them as a raw material, removing metal cations, purifying radioactive materials, and the like.

또한, 본 발명은 상술한 전환반응기가 도 1과 다르게 공급된 이산화탄소를 중탄산이온으로 전환시키는 반응을 위하여 전환반응기의 일부분에 채워진 액체를 포함하여 형성될 수 있다.In addition, the present invention can also be formed with a liquid filled in a part of the conversion reactor for the reaction to convert the carbon dioxide supplied to the bicarbonate ion, unlike in Fig.

상술한 본 발명의 바람직한 일구현예에 의한 전환반응기를 통해 이산화탄소를 전환시키는 방법에 대해 설명하면, 이산화탄소 전환반응기(101)의 가스공급부(111)로 배가스를 공급하는 단계; 및 (2) 공급된 배가스에 포함된 이산화탄소 중 일부는 전환반응기 일부에 채워진 액체 또는 효소반응기(121)를 통해 중탄산이온으로 전환시키고, 미반응된 나머지 이산화탄소를 포함하는 배가스는 가스배출부(141)를 통해 배출될 수 있다.A method for converting carbon dioxide through the conversion reactor according to one preferred embodiment of the present invention will now be described. The method comprises: supplying an exhaust gas to a gas supply unit 111 of a carbon dioxide conversion reactor 101; And (2) a portion of the carbon dioxide contained in the supplied exhaust gas is converted into bicarbonate ion through a liquid or enzyme reactor 121 filled in a part of the conversion reactor, and the exhaust gas containing unreacted carbon dioxide is converted into a gas discharge portion 141, Lt; / RTI >

상기 (1) 단계 및 (2) 단계의 구체적인 설명은 상술한 전환반응기에서의 설명과 동일하여 생략한다. 상기 전환반응기에서의 (2) 단계는 바람직하게는 pH 7.5 ~ 8.5, 온도 25 ~ 45℃에서 수행함이 보다 유리할 수 있다.The detailed description of the steps (1) and (2) is the same as that of the above-described conversion reactor, and thus will not be described. The step (2) in the conversion reactor may preferably be carried out at a pH of 7.5 to 8.5 and a temperature of 25 to 45 ° C.

또한, 상기 (1) 단계는 전환반응기에 공급되는 배가스로 인한 반응기 배압증가를 방지하기 위하여, 배가스가 전환반응기의 액체 상부에서 공급되며, 공급된 배가스 내 이산화탄소는 전환반응기 내부의 액체와 기체간 계면에 위치하는 구조체에 구비된 탄산무수화효소를 통해 중탄산이온으로 전환반응이 촉진될 수 있다.In the step (1), the flue gas is supplied from the upper portion of the liquid in the conversion reactor to prevent the back pressure of the reactor from increasing due to the flue gas supplied to the conversion reactor. The carbon dioxide in the supplied flue gas, The conversion reaction to bicarbonate ion can be promoted through the carbonic anhydrase enzyme provided in the structure located at the center of the cell.

한편, 본 발명은 상술한 전환반응기를 포함하여 구현된 이산화탄소 전환 및 포집용 직렬반응기를 포함하며, 상기 직렬반응기가 포집반응기를 구비함에 따라서 더욱 상승된 이산화탄소 저감 효율 및 배압 증가 억제 효과를 달성할 수 있다.In the meantime, the present invention includes a series reactor for converting and collecting carbon dioxide, which is implemented by including the above-described conversion reactor, and the above-mentioned series reactor has a collecting reactor, thereby achieving a further enhanced carbon dioxide reduction efficiency and an effect of suppressing an increase in back pressure have.

본 발명의 일구현예에 따른 이산화탄소 전환 및 포집용 직렬반응기는 도 6 및 도 7에 도시된 것과 같이 이산화탄소가 어느 일방에서 타방으로 흐를 수 있도록 서로 연통된 전환반응기(101) 및 포집반응기(201)를 포함하고, 상기 전환반응기(201)를 통해 전환된 중탄산이온을 수집하는 중탄산수용액 저장소(301) 및 포집반응기(201)에서 포집된 이산화탄소를 분리, 수집하기 위한 이산화탄소 탈착기(401)를 더 포함할 수 있다.6 and 7, a series reactor for converting and collecting carbon dioxide according to an embodiment of the present invention includes a conversion reactor 101 and a collection reactor 201 communicated with each other so that carbon dioxide can flow from one side to the other, , And a carbon dioxide desorber (401) for separating and collecting the carbon dioxide collected in the collection reactor (201) and a bicarbonate aqueous solution reservoir (301) for collecting the bicarbonate ions converted through the conversion reactor can do.

상기 직렬반응기에서의 이산화탄소 흐름 및 이에 따른 반응을 살펴보면, 도 6과 같은 이산화탄소의 유체흐름을 갖는 직렬반응기는 이산화탄소를 포함하는 배 가스가 가스공급부(111)를 통해 전환반응기(101)로 공급된 후 액체 또는 효소반응부(121)를 거쳐 이산화탄소가 전환된 후, 미반응된 이산화탄소를 포함하는 배가스가 전환반응기(101)의 가스배출부(141)을 통해 포집반응기(201)로 공급되어 미반응된 이산화탄소가 포집되고, 포집과정에서 미포집된 이산화탄소를 포함하는 배가스는 포집반응기(201)의 가스배출부(221)를 통해 배출될 수 있다. In the series reactor having a carbon dioxide gas flow as shown in FIG. 6, the exhaust gas containing carbon dioxide is supplied to the conversion reactor 101 through the gas supply unit 111 After the carbon dioxide is converted through the liquid or enzyme reaction unit 121, the exhaust gas containing unreacted carbon dioxide is supplied to the collection reactor 201 through the gas discharge unit 141 of the conversion reactor 101, The carbon dioxide is collected and the exhaust gas containing carbon dioxide not collected in the collecting process can be discharged through the gas discharging unit 221 of the collecting reactor 201.

또한, 도 7과 같은 이산화탄소의 유체흐름을 갖는 직렬반응기는 이산화탄소를 포함하는 배 가스가 포집반응기(201)의 가스공급부(221)를 통해 공급된 후 이산화탄소가 포집되고, 미포집된 이산화탄소는 가스공급부(141)를 통해 전환반응기(101)로 공급된 후 효소반응부(121)를 거쳐 이산화탄소가 전환되고, 미반응된 이산화탄소를 포함하는 배가스는 전환반응기(101)의 가스배출부(111)을 통해 배출될 수 있다. 7, carbon dioxide is collected after the exhaust gas containing carbon dioxide is supplied through the gas supply unit 221 of the collection reactor 201, and the uncoated carbon dioxide is supplied to the gas supply unit The carbon dioxide is converted through the enzyme reaction unit 121 and the unreacted carbon dioxide is supplied to the conversion reactor 101 via the gas discharge unit 111 of the conversion reactor 101 Can be discharged.

도 6 및 도 7과 같은 공급된 배가스의 흐름을 갖는 직렬반응기를 통상의 이산화탄소 저감장치 또는 전환장치와 대비하면 공급되는 배가스의 빠른 유속 및 이에 따라 반응기에 걸리는 배압, 반응기 자체의 이산화탄소 전환/포집 능력 및 전환/포집 능력을 고려하여 목적하는 수준의 이산화탄소 전환 및 포집을 위해 필요한 반응기에서의 배가스 체류시간을 모두 종합적으로 고려했을 때, 반응기에 걸리는 배압을 현저히 감소시킬 수 있고, 이산화탄소의 저감 및 전환효율에 있어서 더욱 상승된 효과를 얻을 수 있다.6 and 7 are compared with conventional carbon dioxide abatement devices or switching devices, the rapid flow rate of the supplied exhaust gas and thus the backpressure of the reactor, the carbon dioxide conversion / collection ability of the reactor itself It is possible to considerably reduce the back pressure applied to the reactor and to reduce the conversion efficiency of the carbon dioxide and the conversion efficiency A further enhanced effect can be obtained.

구체적으로 통상의 이산화탄소 저감장치는 이산화탄소를 흡수제나 분리막을 사용하여 저감하게 되는데, 상기 흡수제나 분리막은 그 자체의 효율상 배가스내 이산화탄소를 포집 하는데 있어서 일정한 시간을 요구하며, 이에 더해 분리막은 현재의 기술개발 수준상 이산화탄소와 그 이외의 질소 등의 기체를 서로 분리하기에 만족스러운 효율이 발현되지 않는 문제점이 있다. 이에 따라서 배가스에 포함된 이산화탄소의 전량을 포집시키기 위해서는 높은 포집효율을 갖는 흡수제나 분리막을 사용하는 것뿐만 아니라 반응기 내부에서 배가스를 일정시간 이상 체류시키는 것이 요구된다. 그러나 화력발전소 등에서 배출되는 배가스의 양 및 빠른 유속을 고려했을 때, 한정된 부피 및 제한된 포집효율을 갖는 반응기로 유입된 배가스는 이산화탄소가 전량 포집되기 위해서 필요한 정도의 반응기내 체류시간을 확보하기 어렵고, 충분히 반응기내에서 체류되지 못하고 반응기를 거쳐 배출된 배가스에는 미포집된 이산화탄소가 다량 포함되어 있을 수 있어서 이산화탄소의 저감효율이 좋지 못할 수 있다. In particular, the conventional carbon dioxide abatement apparatus reduces carbon dioxide by using an absorber or a separator. The absorber or separator requires a certain time for collecting carbon dioxide in the flue gas due to its efficiency. In addition, There is a problem in that satisfactory efficiency can not be exhibited in separating the gases such as carbon dioxide and other gases from each other on the development level. Accordingly, in order to collect the entire amount of carbon dioxide contained in the flue gas, it is required not only to use an absorbent or separation membrane having a high collection efficiency but also to keep the flue gas in the reactor for a predetermined time or more. However, considering the amount of exhaust gas discharged from a thermal power plant or the like and the high flow rate, the exhaust gas flowing into the reactor having a limited volume and a limited collection efficiency is difficult to secure the residence time in the reactor to the extent necessary for capturing the entire amount of carbon dioxide, The flue gas discharged through the reactor without being allowed to stay in the reactor may contain a large amount of unoccupied carbon dioxide, so that the efficiency of reducing carbon dioxide may not be good.

이를 해결하고자 포집효율이 매우 높은 흡수제를 사용할 경우 포집된 이산화탄소의 분리공정에서 매우 큰 에너지가 소모되며, 이와 같은 에너지의 생산을 위해 이산화탄소가 오히려 발생/배출되는 문제가 있을 수 있다. 또한, 다른 방법으로 반응기내 이산화탄소의 체류시간을 충분히 확보시킬 경우 이산화탄소의 포집효율은 증가할 수 있으나, 매우 빠르게 배출되는 배가스의 양 및 유속을 고려했을 때 반응기에 걸리는 배압의 증가, 이로 인한 포집공정의 불안정화 및 반응기의 손상/파손을 초래할 수 있다. In order to solve this problem, when a sorbent having a high collection efficiency is used, a great amount of energy is consumed in the separation process of collected carbon dioxide, and there may be a problem that carbon dioxide is generated / discharged for the production of such energy. Also, if the residence time of the carbon dioxide in the reactor is sufficiently secured by another method, the carbon dioxide capture efficiency can be increased. However, considering the amount and flow rate of the exhaust gas discharged very rapidly, the increase of the back pressure in the reactor, Destabilization of the reactor and damage / breakage of the reactor.

이에 따라서 본 발명은 본 발명에 따른 전환반응기(101) 및 포집반응기(201)를 직렬로 연결시키고, 공급된 배가스를 전환반응기(101) 또는 포집반응기(201)를 거쳐 포집반응기(201) 또는 전환반응기(101)로 유입되게 함으로써 이산화탄소의 저감효율을 매우 향상시킬 수 있는 것은 물론, 직렬반응기 전체에서 체류되는 배가스의 체류시간을 연장시킬 수 있는 반사적 효과를 얻고, 이를 통해 배출되는 배가스가 많은 양으로 빠르게 공급되더라도 목적하는 전환/저감 효율 및 반응기의 배압 증가 방지를 동시에 달성할 수 있으며, 이들 중 어느 하나만을 구비함에 따라서 발생하는 공정부하를 방지할 수 있다. Accordingly, the present invention can be achieved by connecting the conversion reactor 101 and the collecting reactor 201 according to the present invention in series, and supplying the exhaust gas to the collection reactor 201 or the conversion reactor 201 via the conversion reactor 101 or the collection reactor 201. [ It is possible not only to remarkably improve the efficiency of reducing carbon dioxide, but also to obtain a reflex effect that can prolong the residence time of the flue gas staying in the entire series reactor, It is possible to achieve the target conversion / reduction efficiency and the increase in the back pressure of the reactor at the same time, and the process load caused by having any one of them can be prevented.

나아가 공정부하 감소는 이산화탄소 전환 및/또는 포집 공정에서 사용되는 탄산무수화효소의 이산화탄소 전환력 및/또는 이산화탄소 흡수제의 포집력이 일정 정도 이상을 만족시켜야 한다는 제한에서 자유로울 수 있어서 반응기를 설치, 운영하는 비용절감 측면에서 매우 유리하다.Furthermore, the reduction of the process load may be free from the restriction that the carbon dioxide conversion power of the carbonic anhydrase used in the carbon dioxide conversion and / or the capture process and / or the trapping power of the carbon dioxide sorbent should meet a certain level or more, It is very advantageous in terms of cost reduction.

더불어 상기 전환반응기(101)를 통한 이산화탄소의 전환공정은 배가스 내 이산화탄소의 저감뿐만 아니라 다양한 분양에 활용될 수 있는 부산물을 생산할 수 있어서 환경오염을 방지 및 부가가치 창출의 경제적 이익을 동시에 얻을 수 있다. In addition, the conversion process of the carbon dioxide through the conversion reactor 101 can produce not only the reduction of carbon dioxide in the flue gas but also the byproducts that can be utilized for various sale of the flue gas, so that the economic benefit of preventing environmental pollution and creating added value can be obtained at the same time.

또한, 도 6과 같이 전환반응기(101)를 통해 이산화탄소가 저감된 후 미반응된 이산화탄소에 대해 포집공정이 수행될 경우 배가스내 이산화탄소가 1차적으로 전환반응기(101)를 통해 저감됨에 따라서 포집반응기(201)는 이산화탄소와의 결합력이 비교적 약한 흡수제를 사용하더라도 직렬반응기를 통해 배출된 배가스에는 매우 낮은 농도의 이산화탄소만이 포함되어 높은 수준의 이산화탄소 저감 효율을 유지할 수 있고, 약한 흡수제에 결합된 이산화탄소를 분리시키는데 적은 에너지가 소요됨에 따라서 이산화탄소를 분리 위한 에너지 생성 및 이에 따른 이산화탄소의 추가배출 우려가 적다. 한편, 도 6과 같은 직렬반응기는 도 7과 같은 직렬반응기에 비해 포집반응기에서의 포집효율이 상대적으로 적게 구현되어도 목적하는 수준의 이산화탄소 전환 및 저감을 달성할 수 있는 동시에 포집된 이산화탄소의 분리에 적은 에너지가 소비될 수 있음에 따라서 경제적, 환경적 측면에서 유리할 수 있다.When carbon dioxide is reduced through the conversion reactor 101 and the unreacted carbon dioxide is collected as shown in FIG. 6, carbon dioxide in the exhaust gas is primarily reduced through the conversion reactor 101, 201) can maintain a high level of carbon dioxide abatement efficiency because only a very low concentration of carbon dioxide is contained in the exhaust gas discharged through the series reactor even though an absorbent having a weak bonding force with carbon dioxide is used, and the carbon dioxide bonded to the weak absorbent is separated As less energy is consumed, there is less concern about the generation of energy for separating carbon dioxide and thus the additional emission of carbon dioxide. In contrast, the series reactor shown in FIG. 6 can achieve the desired level of conversion and reduction of carbon dioxide even when the collection efficiency in the collection reactor is relatively low as compared with the series reactor shown in FIG. 7, As energy can be consumed, it can be advantageous in terms of economy and environment.

한편, 이들 중 어느 하나만을 복수개로 구비해 직렬로 연결시킬 경우 먼저, 여러 개의 포집반응기를 직렬로 연결 시, 배압의 발생은 저지시킬 수 있으나 포집된 이산화탄소의 분리에 소요되는 에너지가 그 만큼 더 증가하게 되며, 증가된 에너지 생산으로 인해 이산화탄소 발생 및 배출은 더 늘어나게 되는 문제가 있다. 또한, 후술하는 것과 같이 이산화탄소의 포집을 통한 저감공정 중에 유용한 부산물을 동시에 생산해내지 못하여 부가가치 창출을 통한 경제적 이익에 불리한 문제가 있다. 또한, 만일 여러 개의 전환반응기를 직렬로 연결 시, 전환반응기를 통한 이산화탄소 저감효율을 고려했을 때 구비해야 되는 전환반응기의 개수가 현저히 증가할 수 있고, 설비증가로 인한 규모 및 설비제조비용 상승이 문제될 수 있다. 또한, 이산화탄소의 전환반응이 가역반응일 경우 이산화탄소 저감 효율에 있어서 한계가 명확하다. When a plurality of collecting reactors are connected in series, it is possible to prevent the back pressure from occurring, but the energy required for separating the collected carbon dioxide is increased by that much And there is a problem that the generation and emission of carbon dioxide are further increased due to the increased energy production. In addition, as described later, there is a problem in that it is not possible to simultaneously produce useful by-products during the reduction process through the capture of carbon dioxide, which is disadvantageous to economic benefits through creation of added value. In addition, if several conversion reactors are connected in series, the number of conversion reactors to be provided can be remarkably increased considering the reduction efficiency of carbon dioxide through the conversion reactor, . In addition, when the conversion reaction of carbon dioxide is a reversible reaction, the limitation on the carbon dioxide reduction efficiency is clear.

다른 한편, 설비의 축소 및 전환/포집을 동시에 달성하기 위해 하나의 반응기에 이산화탄소 포집반응 및 전환반응을 일어나게 하는 것을 고려할 수 있고, 일례로, 하나의 반응기에 이산화탄소 흡수제 및 탄산무수화효소를 동시에 구비시킬 수 있으나 대부분의 흡수제 용액의 온도는 40 ~ 60℃이며, pH가 9 ~ 12 정도로 고온 및 강알칼리 환경으로써, 상기 탄산무수화효소가 장기간 활성을 유지하기에는 매우 가혹한 환경임에 따라서 효소활성이 빠르게 손실되어 오랜 기간 안정적으로 효소활성을 발현할 수 없고 잦은 효소의 교체가 요구되어 전환비용의 상승을 초래할 수 있다. 또한, 탄산무수화효소를 동시에 구비한다고 하더라도 배가스내 이산화탄소는 매우 고농도이어서 이산화탄소 포집공정이 매우 부하가 큼에 따라 포집되지 않고 배가스와 같이 배출되는 이산화탄소의 양이 증가하여 배가스내 이산화탄소의 양을 저감시키기 어려울 수 있다. On the other hand, it can be considered to cause the carbon dioxide capture reaction and the conversion reaction to occur in one reactor simultaneously to achieve reduction of equipment and conversion / collection. For example, in one reactor, carbon dioxide absorbent and carbonic anhydrase However, since most of the absorbent solution has a temperature of 40 to 60 ° C and a pH of about 9 to 12 at a high temperature and a strong alkaline environment, the carbonic anhydrase is a very harsh environment for maintaining long-term activity, The enzyme activity can not be stably maintained for a long period of time and frequent enzyme replacement is required, which may lead to an increase in conversion cost. Even if carbonic anhydrase is provided at the same time, since the carbon dioxide in the flue gas is very concentrated, the amount of carbon dioxide discharged as the flue gas increases and the amount of carbon dioxide in the flue gas is reduced It can be difficult.

도 6과 같은 배가스의 흐름을 기준으로 직렬반응기의 각 구성에 대해 이하 설명한다. Each constitution of the series reactor based on the flow of the exhaust gas as shown in Fig. 6 will be described below.

이산화탄소를 포함하는 배가스는 먼저 전환반응기(101)로 공급되어 이산화탄소를 중탄산이온으로 전환함을 통해 유용한 부산물의 생산과 동시에 이산화탄소를 저감시킬 수 있다. 상기 전환반응기(101)에 대한 설명은 상술한 것과 동일하여 생략한다. 상기 전환반응기(101)의 액체 또는 효소반응부(121)에서 미반응된 이산화탄소를 포함하는 배가스는 가스 배출부(141)를 통해 포집반응기(201)로 공급될 수 있다.The exhaust gas containing carbon dioxide is first supplied to the conversion reactor 101 to convert carbon dioxide into bicarbonate ions, thereby reducing carbon dioxide at the same time as production of useful by-products. The description of the conversion reactor 101 is the same as that described above and is omitted. The flue gas containing unreacted carbon dioxide in the liquid or enzyme reaction section 121 of the conversion reactor 101 may be supplied to the collection reactor 201 through the gas discharge section 141.

다음으로 상술한 전환반응기(101)와 직렬로 연결되는 포집반응기(201)에 대해 설명한다.Next, the collection reactor 201 connected in series with the above-described conversion reactor 101 will be described.

상기 포집반응기(201)는 전환반응기(101)에서 미반응된 이산화탄소를 포집하는 역할을 담당한다. 상술한 전환반응기(101)의 가스배출부(141)를 통해 이산화탄소를 포함하는 배 가스가 포집반응기(201)의 반응챔버(231) 내부로 공급되면 공급된 이산화탄소가 반응기에서 포집되며, 미포집된 이산화탄소를 포함하는 배가스는 이후 포집반응기(201)의 가스배출부(221)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 상기 포집반응기(201)는 이산화탄소 분리막 및/또는 이산화탄소를 흡수제를 통해 이산화탄소를 분리 포집할 수 있다.The collection reactor 201 plays a role of collecting unreacted carbon dioxide in the conversion reactor 101. When the exhaust gas containing carbon dioxide is supplied into the reaction chamber 231 of the collection reactor 201 through the gas discharge unit 141 of the conversion reactor 101, the supplied carbon dioxide is collected in the reactor, The exhaust gas containing carbon dioxide can be discharged to the outside through the gas discharge unit 221 of the collection reactor 201 thereafter. The collection reactor 201 can separate and collect carbon dioxide through a carbon dioxide separation membrane and / or carbon dioxide through an absorbent.

상기 이산화탄소 분리막은 통상의 이산화탄소 분리막일 수 있음에 따라 구체적인 재질, 구조 등에 당업계에 공지된 이산화탄소 분리막의 경우 제한 없이 사용될 수 있다. 이에 대한 비제한적인 예로써, 상기 이산화탄소 분리막의 소재는 유기고분자로서 CO2/N2의 분리특성이 탁월한 6FDA계 폴리이미드, Cardo-type의 폴리이미드, 폴리술폰, 셀룰로오스 아세테이트 등일 수 있다. 또한, 구체적인 구조는 다공성의 스틸이나 세라믹지지체 상에 코팅되는 다공성 무기막을 포함하는 구조이거나 유리상의 고분자 또는 고무상의 고분자에 의한 투과선택성을 가지는 고분자막 구조일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 그 메커니즘에 있어서, 분리막이 상기 다공성 무기막일 경우 분자량에 따른 Knudsen 확산, 표면 인력에 의한 표면확산, 모세관 응축, 분자의 크기에 따른 분자체 메커니즘으로 구분될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며 목적에 따라 적절한 분리막을 선택하여 사용할 수 있다.Since the carbon dioxide separation membrane may be a conventional carbon dioxide separation membrane, the carbon dioxide separation membrane known in the art may be used without limitation in specific materials and structures. As a non-limiting example, the material of the carbon dioxide separation membrane may be 6FDA polyimide, Cardo-type polyimide, polysulfone, cellulose acetate or the like, which is excellent in separation characteristics of CO 2 / N 2 as an organic polymer. In addition, the specific structure may be a structure including a porous inorganic film coated on porous steel or a ceramic support, or a polymer membrane structure having a glass-like polymer or a rubber-like polymer having a permeability selectivity. In the mechanism, if the separation membrane is the porous inorganic membrane, it may be classified into Knudsen diffusion according to molecular weight, surface diffusion due to surface attraction, capillary condensation, molecular sieve mechanism depending on the size of molecules, but not limited thereto. Accordingly, it is possible to select and use an appropriate separation membrane.

상기 이산화탄소 흡수제는 통상의 이산화탄소 흡수제일 수 있고, 구체적으로 건식흡수제 및 습식흡수제 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 건식흡수제는 일예로써, 고체아민, 알칼리금속염, 알칼리토금속염, 제올라이트, 금속유기구조체 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 습식흡수제는 통상의 습식흡수제일 수 있고, 바람직하게는 아민계 수용액일 수 있으며, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 디메틸에탄올아민, 디에틸에탄올아민, 디메틸글리신, N-메틸디에탄올아민, 2-아미노-2메틸-1-프로판올, 2-아미노-2하이드록시메틸-1,3-프로파네디올, 파이페리딘, 파이페라진, 탄산칼륨, 탄산나트륨, 암모니아 및 탄산암모늄으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다. The carbon dioxide absorbent may be a conventional carbon dioxide absorbent, and may specifically include at least one of a dry absorbent and a wet absorbent. The dry absorbent may, for example, include solid amines, alkali metal salts, alkaline earth metal salts, zeolites, metal organic structures and the like. The wetting agent may be a conventional wetting agent, preferably an amine-based aqueous solution, and may be a monoethanolamine, diethanolamine, dimethylethanolamine, diethylethanolamine, dimethylglycine, N-methyldiethanolamine Amino-2-hydroxymethyl-1, 3-propanediol, piperidine, pyperazine, potassium carbonate, sodium carbonate, ammonia and ammonium carbonate And may include any one selected.

본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 상기 포집반응기는 이산화탄소 흡수제, 바람직하게는 습식흡수제를 포함할 경우 탄산무수화효소 가교결합복합체를 더 포함할 수 있다. 상기 포집반응기에 탄산무수화효소 가교결합복합체가 더 구비되는 경우 이산화탄소의 포집효율을 더욱 향상시킬 수 있고, 포집속도를 더욱 빠르게 할 수 있는 이점이 있다. 다만, 상기 포집반응기의 이산화탄소 포집 환경은 pH가 9 ~ 12의 알칼리 조건이며, 온도가 40 ~ 60℃일 수 있는데, 이와 같은 조건에서는 탄산무수화효소의 변성을 야기하여 효소활성이 현저히 저하될 수 있다. 따라서 안정적으로 장기간 우수한 효소활성 발현을 위하여 상기 탄산무수화효소는 전환반응기에 포함되는 탄산무수화효소와 상이할 수 있고, 바람직하게는 도 3 및/또는 도 4와 같이 탄산무수화효소간 가교결합 되어 집적된 탄산무수화효소 가교결합복합체가 유리할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the collection reactor may further include a carbonic anhydrase cross-linking complex when it comprises a carbon dioxide absorbent, preferably a wet absorbent. When the carbonic anhydrase crosslinking complex is further included in the collection reactor, the collection efficiency of carbon dioxide can be further improved and the collection rate can be further increased. However, the carbon dioxide capture environment of the capture reactor may be an alkaline pH of 9 to 12 and a temperature of 40 to 60 ° C. Under such conditions, denaturation of the carbonic anhydrase may occur and the activity of the enzyme may be significantly lowered . Therefore, in order to stably and excellently express the enzymatic activity for a long period of time, the carbonic anhydrase may be different from the carbonic anhydrase contained in the conversion reactor, and preferably, the carbonic anhydrase is cross- And an integrated carbonic anhydrase crosslinking complex may be advantageous.

상술한 전환반응기(101)에서 공급된 이산화탄소가 포집반응기(201)를 거치면서 포집된 이산화탄소 흡수제와 이산화탄소간 결합물 및 반응결합물 중 어느 하나 이상을 포함하는 포집물은 포집물 배출부를 통해 배출된 후에 이산화탄소를 분리 및 수집하는 이산화탄소 탈착기(401)로 공급되며, 전환반응기(101)에서 공급된 이산화탄소를 포함하는 배가스 중 포집된 이산화탄소를 제외한 잔량의 배가스는 배가스 배출부(221)를 통해 최종 대기중으로 배출되거나 전환반응기(101)의 가스 공급부(111)로 재공급되어 이산화탄소 저감 공정을 반복 수행할 수도 있다.The carbon dioxide adsorbent collected through the collection reactor 201 and the carbon dioxide supplied from the above-described conversion reactor 101 and the carbon dioxide-containing conjugate and the above-mentioned collected product containing the reactive compound are discharged through the collected- The remaining amount of the exhaust gas excluding the carbon dioxide captured in the exhaust gas containing carbon dioxide supplied from the conversion reactor 101 is supplied to the carbon dioxide desorber 401 for separating and collecting the carbon dioxide, Or may be re-supplied to the gas supply unit 111 of the conversion reactor 101 to repeat the carbon dioxide reduction process.

상기 탈착기(401)는 공급된 포집물 및 분리된 이산화탄소를 저장하는 챔버(421), 이산화탄소 분리과정에서 소요되는 에너지, 예를 들어 열을 발생시키는 에너지 공급부(411)를 포함할 수 있고, 분리된 이산화탄소를 배출시키는 이산화탄소 배출부(431)를 구비할 수 있다. 이때 가해지는 열은 40 ~ 60℃일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 사용되는 이산화탄소의 흡수제 종류에 따라 변경될 수 있다.The desorber 401 may include a chamber 421 for storing the supplied collected material and separated carbon dioxide, an energy supply unit 411 for generating energy, for example, heat in the carbon dioxide separation process, And a carbon dioxide discharging unit 431 for discharging the carbon dioxide. The heat applied at this time may be 40 to 60 ° C, but is not limited thereto and may be changed depending on the type of the absorbent of carbon dioxide used.

한편, 상술한 본 발명에 따른 직렬반응기는 동일한 직렬반응기를 통해 도 6 및 도 7과 같이 상이한 배가스의 흐름을 생성하기 위하여 도 6과 같이 전환반응기(101)에서의 가스공급부(111)가 도 7에서는 가스배출부(111)로 기능하고, 포집반응기(201) 역시 도 6에서의 가스배출부(221)가 도 7에서는 가스공급부(221)로 기능하도록 공지된 방법 및 구성들을 채용하여 구현될 수 있다. 또는 도 6 및 도 7과 다르게 전환반응기 및 포집반응기 모두 직접 배가스가 유입될 수 있는 가스공급부를 각각 포함할 수 있으며, 각각의 가스공급부는 개폐식으로 구현될 수 있고, 어느 일방이 개방된 경우 다른 일방이 폐쇄되는 방식으로 이산화탄소 전환 및 포집공정이 이루어지게 할 수 있다. 즉, 공급되는 배가스의 양, 이산화탄소의 농도, 중탄산이온의 필요정도를 고려해서 배가스가 먼저 유입되는 반응기가 선택될 수 있으며, 이때 선택된 반응기로 배가스가 직접 유입되고, 나머지 선택되지 못한 반응기에 구비되는 가스공급부는 배가스의 직접유입을 막도록 닫혀진 상태일 수 있다. 또한, 이와 같은 각각에 구비된 가스공급부의 개방 또는 폐쇄는 배가스가 직렬반응기로 공급된 후 전환 및 포집공정이 일어나는 공정 중간에도 반응기 내부에 체류중인 배가스의 양을 고려하여 바뀔 수도 있다. 6 and FIG. 7, the gas supplier 111 in the switching reactor 101 is operated as shown in FIG. 7 to generate a different flue gas flow through the same series reactor, And the trapping reactor 201 may also be implemented by employing methods and configurations known in the art such that the gas discharge portion 221 in Figure 6 functions as the gas supply portion 221 in Figure 7. [ have. Alternatively, unlike in FIGS. 6 and 7, each of the conversion reactor and the collecting reactor may include a gas supply unit into which the exhaust gas can directly flow, and each gas supply unit may be implemented as an opening and closing type, So that the carbon dioxide conversion and collection process can be performed. That is, the reactor in which the flue gas flows first may be selected in consideration of the amount of the supplied flue gas, the concentration of carbon dioxide, and the required degree of bicarbonate ion. At this time, the flue gas directly flows into the selected reactor, The gas supply may be closed to prevent direct entry of the flue gas. The opening or closing of the gas supply unit may be changed in consideration of the amount of the exhaust gas remaining in the reactor even during the process of converting and collecting the exhaust gas after the exhaust gas is supplied to the series reactor.

이상으로 설명한 본 발명에 따른 직렬반응기를 통해 배가스에 포함된 이산화탄소는 도 6과 같이 전환반응기로 배가스가 직접 공급될 경우, (ⅰ) 이산화탄소를 포함하는 배 가스를 상술한 본 발명의 일구현예에 따른 직렬반응기의 전환반응기에 공급하여 상기 이산화탄소를 중탄산이온으로 전환시키는 단계; 및 (ⅱ) 공급된 상기 이산화탄소 중 미반응된 이산화탄소가 포함된 배 가스를 포집반응기로 공급하여 이산화탄소를 포집하는 단계;를 포함하여 이산화탄소가 전환 및 포집될 수 있다. As described above, the carbon dioxide contained in the exhaust gas through the series reactor according to the present invention can be directly converted into the carbon monoxide gas in the case where the exhaust gas is directly supplied to the conversion reactor as shown in FIG. 6: (i) Converting the carbon dioxide into bicarbonate ions; And (ii) supplying an exhaust gas containing unreacted carbon dioxide in the supplied carbon dioxide to a collection reactor to collect carbon dioxide, whereby carbon dioxide can be converted and collected.

또한, 도 7와 같이 포집반응기로 배가스가 직접 공급될 경우, (a) 이산화탄소를 포함하는 배 가스를 본 발명의 일구현예에 따른 직렬반응기의 포집반응기에 공급하여 상기 이산화탄소를 포집하는 단계; 및 (b) 공급된 이산화탄소 중 미포집된 이산화탄소가 포함된 배 가스를 전환반응기로 공급하여 이산화탄소를 중탄산이온으로 전환시키는 단계;를 포함하여 이산화탄소가 전환 및 포집될 수 있다. When the exhaust gas is directly supplied to the collection reactor as shown in FIG. 7, (a) an exhaust gas containing carbon dioxide is supplied to a collection reactor of a tandem reactor according to an embodiment of the present invention to collect the carbon dioxide; And (b) supplying an exhaust gas containing uncoated carbon dioxide in the supplied carbon dioxide to a conversion reactor to convert the carbon dioxide to bicarbonate ions, whereby carbon dioxide can be converted and collected.

이산화탄소의 전환 및 포집방법을 도 6과 같은 직렬반응기를 중심으로 설명하면, 상기 (ⅰ) 단계의 구체적인 설명은 상술한 전환반응기에서의 설명과 동일하여 생략한다. 전환반응기에서의 이산화탄소 전환 공정은 바람직하게는 pH 7.5 ~ 8.5, 온도 25 ~ 45℃에서 수행함이 보다 유리할 수 있다.The conversion and collection of carbon dioxide will be described with reference to a series reactor as shown in FIG. 6, and the detailed description of the step (i) will be omitted since it is the same as that described in the above-mentioned conversion reactor. It may be more advantageous to carry out the carbon dioxide conversion process in the conversion reactor, preferably at a pH of 7.5 to 8.5 and a temperature of 25 to 45 < 0 > C.

또한, 상기 (ⅰ) 단계는 전환반응기에 공급되는 배가스로 인한 반응기 배압증가를 방지하기 위하여, 배가스가 전환반응기의 액체 상부에서 공급되며, 공급된 배가스 내 이산화탄소는 전환반응기 내부의 액체와 기체간 계면에 위치하는 구조체에 구비된 탄산무수화효소를 통해 중탄산이온으로 전환반응이 촉진될 수 있다.In the step (i), the flue gas is supplied from the upper portion of the liquid in the conversion reactor in order to prevent the increase of the back pressure of the reactor due to the flue gas supplied to the conversion reactor. The carbon dioxide in the supplied flue gas, The conversion reaction to bicarbonate ion can be promoted through the carbonic anhydrase enzyme provided in the structure located at the center of the cell.

또한, 상기 (ⅱ) 단계의 구체적인 설명은 상술한 포집반응기에서의 설명과 동일하여 생략한다. 포집반응기에서의 이산화탄소 포집 공정은 바람직하게는 pH 9 ~ 12, 온도 40 ~ 60℃ 보다 바람직하게는 45 ~ 55℃의 온도로 수행될 수 있다. 만일 40℃미만의 온도로 수행될 경우 목적하는 수준으로 이산화탄소를 저감시킬 수 없고, 60℃를 초과할 경우 이산화탄소의 용해도가 낮아져 기체상태로 배출되는 이산화탄소의 양이 현저히 늘어남에 따라 포집반응기에서 미반응되는 이산화탄소의 양이 현저히 늘어나는 문제점이 있을 수 있다. Further, the detailed description of the step (ii) is the same as the description in the above-described collecting reactor and is omitted. The carbon dioxide capture step in the collection reactor is preferably carried out at a pH of 9 to 12 and a temperature of 40 to 60 ° C, preferably 45 to 55 ° C. If the temperature is lower than 40 ° C., the carbon dioxide can not be reduced to the desired level. If the temperature is higher than 60 ° C., the solubility of carbon dioxide is lowered and the amount of carbon dioxide discharged into the gaseous state is significantly increased. There is a problem that the amount of the carbon dioxide which is generated by the combustion is remarkably increased.

본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 상기 포집반응기에서 이산화탄소 흡수제로 이산화탄소를 포집시킨 후, 포집된 이산화탄소를 배출 및 이산화탄소 흡수제와 이산화탄소를 분리시켜 이산화탄소를 수집하는 단계;를 더 포함할 수 있고, 이산화탄소 분리, 수집 공정은 상술한 직렬반응기에 더 구비될 수 있는 탈착기(401)를 통해 수행될 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 이산화탄소 탈착기는 통상의 이산화탄소 저감 장치에 응용되는 이산화탄소 탈착기일 수 있음에 따라 본 발명에서는 이를 특별히 한정하지 않으며, 이산화탄소를 분리시키기 위해 투입되는 열 등의 에너지 크기는 포집반응기에 구비되는 흡수제의 구체적 종류에 따라 상이하며, 흡수제 구체적 종류에 따라 분리시간도 상이할 수 있어 본 발명에서는 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.According to a preferred embodiment of the present invention, the method may further include collecting carbon dioxide by the carbon dioxide absorbent in the collecting reactor, discharging the collected carbon dioxide, and separating the carbon dioxide from the carbon dioxide absorbent to collect carbon dioxide, The separation and collection process can be performed through the desorber 401, which is further included in the above-described series reactor, but is not limited thereto. Since the carbon dioxide desorber may be a carbon dioxide desorber applied to a conventional carbon dioxide abatement apparatus, the present invention is not particularly limited thereto, and the energy level of heat input for separating carbon dioxide may be a specific kind of absorbent And the separation time may be different depending on the specific type of the absorbent. Therefore, the present invention is not particularly limited thereto.

하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.The present invention will now be described more specifically with reference to the following examples. However, the following examples should not be construed as limiting the scope of the present invention, and should be construed to facilitate understanding of the present invention.

<준비예 1> - 탄산탈수효소 가교결합복합체 1의 제조&Lt; Preparation Example 1 > - Preparation of carbonic anhydrase crosslinking complex 1

탄산무수화효소 가교결합복합체에 구비되는 지지체로서 고분자 나노섬유를 사용하였다. 고분자 나노섬유를 만들기 위한 고분자로 폴리스티렌(polystyrene, PS, MW = 950,400)과 폴리(스티렌-co-무수말레산)(poly(styrene-co-maleic anhydride), PSMA, MW = 224,000)을 사용하였고, 고분자를 녹이기 위한 유기용매는 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran, THF)과 아세톤(acetone)을 사용하였다. 이들 재료는 Sigma-Aldrich(St. Louis, MO, USA)에서 구입하였다. 고분자 나노섬유는 전기방사 방법을 이용하여 제조하였다. 전기방사의 전압 운용 조건은 7 kV이며, 시린지 펌프(syringe pump)를 이용해 유속은 0.1 ml/hr로 진행하였다.Polymer nanofiber was used as a support provided in the carbonic anhydrase crosslinking complex. Polystyrene (PS, MW = 950,400) and poly (styrene-co-maleic anhydride) (PSMA, MW = 224,000) were used as the polymer for making polymer nanofibers. Tetrahydrofuran (THF) and acetone were used as the organic solvent for dissolving the polymer. These materials were purchased from Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA). Polymer nanofibers were prepared by electrospinning. The voltage operation condition of electrospinning was 7 kV, and the flow rate was 0.1 ml / hr using a syringe pump.

탄산무수화효소 가교결합복합체 제조를 위해 상기에서 제조한 고분자 나노섬유를 탄산무수화효소 용액(10 mg/ml, 50 mM 인산나트륨 버퍼(sodium phosphate buffer, pH 7.6))과 혼합하였다. 탄산무수화효소 용액과 나노섬유가 들어있는 용기를 30분간 200 rpm으로 혼합한 후, 탄산무수화효소와 고분자 나노섬유에 있는 제1 작용기인 무수말레인산과의 공유결합을 유도하기 위해 4 ℃에서 2시간 동안 교반하였다.The polymer nanofibers prepared above were mixed with a carbonic anhydrase solution (10 mg / ml, 50 mM sodium phosphate buffer, pH 7.6) for the preparation of the carbonic anhydrase crosslinking complex. The carbonic anhydrase solution and the container containing the nanofibers were mixed at 200 rpm for 30 minutes. Then, to induce the covalent bond between the carbonic anhydrase and the maleic anhydride as the first functional group in the polymer nanofiber, Lt; / RTI &gt;

다음으로, 탄산무수화효소 가교결합복합체 형성을 위해 가교결합제로서 0.5%v/v의 글루타르알데하이드를 첨가하였으며, 석출화제로서 용액 속에 암모늄설페이트용액 농도가 45%w/v가 되도록 한 뒤, 가교결합복합체 형성이 용이하기 위해 4℃의 냉장고에서 14시간동안 반응시켰다. 그 뒤 탄산무수화효소 가교결합복합체를 포함하는 용액을 100mM Tris buffer pH 7.6를 이용해 30분 동안 200 rpm에서 교반시켜준 후 다시 100 mM PB를 이용하여 씻어주었다. 모든 처리가 끝난 효소고정화 물질들은 4 ℃에서 보관하여 도 3과 같은 탄산무수화효소 가교결합복합체를 제조하였다.Next, 0.5% v / v glutaraldehyde was added as a cross-linking agent to form a carbonic anhydrase crosslinking complex, and the solution was adjusted to have an ammonium sulfate solution concentration of 45% w / v in a solution as a precipitating agent, In order to facilitate the formation of binding complexes, they were reacted in a refrigerator at 4 ° C for 14 hours. Then, the solution containing the carbonic anhydrase cross-linking complex was stirred at 200 rpm for 30 minutes with 100 mM Tris buffer pH 7.6 and then washed with 100 mM PB. The enzyme-immobilized materials after all treatment were stored at 4 ° C to prepare a carbonic anhydrase crosslinking complex as shown in FIG.

<실시예1> &Lt; Example 1 >

준비예1에서 준비된 탄산무수화효소 가교결합복합체를 구비하는 구조체의 제조를 위하여 도 5와 같은 구조의 몸체부 및 부유부를 준비하였다. 구체적으로, 상기 몸체부의 재질은 ABS(acrylonitrile-butadiene-styrene) 폴리머를 사용하였고, 크기는 63 mm x 21 mm x 1 mm, 유로로 활용되는 격자는 6 mm x 6 mm 의 정사각형 모양으로 제조하였다. 이 때, 상기 몸체부는 동일한 구조의 제1몸체 및 제2몸체 2개가 수직 방향으로 적층되어, 적층 구조 사이에 준비예 1의 탄산무수화효소 가교결합복합체를 수용될 수 있도록 준비했다. 또한, 상기 부유부의 재질은 ABS(acrylonitrile-butadiene-styrene) 폴리머를 사용하였고, 크기는 21 mm x 10 mm x 3 mm의 직육면체 모양으로 제조하였다. 이 때, 부유부의 내부에 공기가 들어갈 수 있는 빈 공간을 만들어, 상기 몸체부와 결합 시 상기 몸체부가 상기 액체와 기체간 계면에 위치할 수 있도록 준비하였다For the preparation of the structure comprising the carbonic anhydrase crosslinking complex prepared in Preparation Example 1, a body part and a floating part having the structure as shown in FIG. 5 were prepared. Specifically, ABS (acrylonitrile-butadiene-styrene) polymer was used as the material of the body portion. The size of the body was 63 mm x 21 mm x 1 mm, and the grid used as the channel was formed into a square shape of 6 mm x 6 mm. At this time, the body part was prepared so that the first body and the second body having the same structure were stacked in the vertical direction to accommodate the carbonic anhydrase crosslinking complex of preparation example 1 between the laminated structures. In addition, ABS (acrylonitrile-butadiene-styrene) polymer was used as the material of the floating part, and the shape of the floating part was a rectangle having a size of 21 mm x 10 mm x 3 mm. At this time, an empty space in which air can enter into the inside of the floating part is prepared so that the body part can be positioned at the interface between the liquid and the gas upon coupling with the body part

상기 적층된 2개의 몸체부 사이에 준비예1의 탄산무수화효소 가교결합 복합체를 하우징 형태로 수용시켜 고정하고 몸체부 양 단에 부유부를 결합하여 구조체를 제조하였다. 이후 직경, 높이가 각각 9 cm, 22 cm 이고, 높이 10 cm에 위치하는 직경 0.3 cm인 가스공급부 및 상기 가스공급부에 대향하는 동일 직경의 가스배출부를 구비시킨 용기에 높이 5 cm 로 Tris-HCl (pH 8.0) 용액을 투입한 후 상기 용액의 계면에 상기 구조체를 위치시켜 이산화탄소 전환반응기를 제조하였다. A carbonic anhydrase crosslinking complex of Preparation Example 1 was housed and fixed between the two laminated body portions in the form of a housing and a floating portion was bonded to both ends of the body portion to prepare a structure. Thereafter, a container having a gas supply portion having a diameter of 9 cm and a height of 22 cm and a diameter of 0.3 cm located at a height of 10 cm and a gas discharge portion having the same diameter as the gas supply portion was provided. pH 8.0) solution, and the structure was placed at the interface of the solution to prepare a carbon dioxide conversion reactor.

<실시예 2>&Lt; Example 2 >

실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 탄산무수화효소 가교결합복합체를 구비시키지 않은 구조체를 용액과 기체의 계면에 위치시켜 이산화탄소 전환반응기를 제조하였다.A carbon dioxide conversion reactor was prepared by carrying out the same procedure as in Example 1 except that the structure without the carbonic anhydrase cross-linking complex was placed at the interface between the solution and the gas.

<실험예><Experimental Example>

실시예에 따른 이산화탄소 전환반응기의 가스공급부를 통해 기체상태의 이산화탄소를 200 mL/min 속도 20분간 투입하여 이산화탄소 전환반응을 유도했다. 이후 반응용액 20 mL를 추출한 뒤, 670 mM 염화칼슘 용액 10 mL와 반응시켜 탄산염을 침전시켰고, 침전된 탄산염의 분리를 위해 15000 rpm에서 15분동안 원심분리를 진행한 뒤, 액상부를 제거하였다. 분리된 탄산염을 90 ℃ 오븐에서 24시간 동안 건조시킨 뒤, 무게를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.The carbon dioxide conversion reaction was induced by injecting gaseous carbon dioxide at a rate of 200 mL / min for 20 minutes through the gas supply unit of the carbon dioxide conversion reactor according to the embodiment. After 20 mL of the reaction solution was extracted, the carbonate was precipitated by reacting with 10 mL of a 670 mM calcium chloride solution. The precipitated carbonate was centrifuged at 15000 rpm for 15 minutes, and then the liquid phase was removed. The separated carbonates were dried in an oven at 90 DEG C for 24 hours and weighed to be shown in Table 1 below.

실시예1Example 1 실시예2Example 2 전환된 탄산칼슘 무게(㎎)Weight of converted calcium carbonate (mg) 214214 114114

상기 표 1을 통해 확인할 수 있듯이, 탄산무수화효소 가교결합복합체 구비한 전환반응기가 탄산무수화효소 가교결합복합체를 구비하지 않는 실시예2보다 1.9배 큰 이산화탄소전환효율을 가진다는 것을 확인할 수 있다.As can be seen from the above Table 1, it can be confirmed that the conversion reactor equipped with the carbonic anhydrase crosslinking complex has a carbon dioxide conversion efficiency of 1.9 times greater than that of Example 2 which does not include the carbonic anhydrase crosslinking complex.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

1 : 부유 구조체 10 : 몸체부
11 : 제1 몸체 13, 23 : 개구
15, 25 : 돌기부 21 : 제2 몸체
30 : 부유부 31 : 제1 부유체
33, 37 : 돌출부 33a, 37a : 결합홈
35 : 제2 부유체 101: 전환반응기
111: 가스공급부 121: 효소반응부
121a: 구조체 121b: 액체
131: 중탄산수용액 배출부 141: 가스배출부
151: 반응챔버 201: 포집반응기
211: 이산화탄소 포집물 배출부 221: 가스공급부
231: 반응챔버 301: 중탄산수용액 저장소
401: 탈착기
1: Floating structure 10: Body part
11: first body 13, 23: opening
15, 25: protrusion 21: second body
30: Floating portion 31: Part 1 Fluid
33, 37: projections 33a, 37a:
35: Part 2 Fluid 101: Conversion Reactor
111: gas supply unit 121: enzyme reaction unit
121a: Structure 121b: Liquid
131: Bicarbonate aqueous solution discharge part 141: Gas discharge part
151: reaction chamber 201: collection reactor
211: Carbon dioxide capture discharge unit 221: Gas supply unit
231: Reaction chamber 301: Bicarbonate aqueous solution reservoir
401: Desorbing machine

Claims (19)

내부가 빈 반응챔버;
상기 반응챔버 일측에 위치하며, 상기 반응챔버 일측에 위치하며, 이산화탄소 발생원과 직접 연결되어 상기 이산화탄소 발생원에서 방출된 이산화탄소를 포함하는 배가스를 반응챔버 내부로 공급하는 가스공급부;
상기 반응챔버 타측에 위치하여 반응챔버 내부로 유입된 배가스가 배출되는 가스배출부; 및
배가스 내 이산화탄소를 중탄산이온으로 전환시키는 반응을 위하여 상기 반응챔버의 내부 일부분에 채워진 액체, 및 상기 일측에서 상기 타측으로 흐르는 배가스 흐름을 방해하지 않고 이산화탄소의 전환을 촉진하도록 탄산무수화효소를 구비하여 상기 반응챔버의 빈공간 내 기체와 상기 액체의 계면에 위치하는 구조체를 포함하는 효소반응부;를 포함하고,
공급되는 배가스로 인한 전환반응기 배압증가를 방지하도록, 상기 가스공급부 및 가스배출부는 상기 액체와 상기 구조체의 상부에 위치하여 상기 가스공급부로 공급된 배가스가 반응챔버 내부에서 흐름의 방해 없이 상기 액체를 통과하지 않고 상기 액체와 상기 구조체의 상부를 거쳐서 외부로 방출되는 가스흐름을 가지며, 상기 구조체는 상기 액체 및 상기 이산화탄소가 별도의 압력 없이 상기 탄산무수화효소와 접할 수 있게 하는 유로를 포함하고,
상기 구조체는 상기 반응챔버 내의 액체 높이변화에도 상기 계면에 위치하기 위하여 상기 액체 상에 부유할 수 있게 설계된 것인 이산화탄소 전환반응기.
An empty reaction chamber inside;
A gas supply unit located at one side of the reaction chamber and located at one side of the reaction chamber and directly connected to the carbon dioxide generating source to supply an exhaust gas containing carbon dioxide emitted from the carbon dioxide generating source into the reaction chamber;
A gas discharge unit positioned at the other side of the reaction chamber and discharging exhaust gas flowing into the reaction chamber; And
And a carbonic anhydrase for promoting the conversion of carbon dioxide without interfering with the liquid filled in the inner part of the reaction chamber and the flue gas flowing from the one side to the other side for the reaction of converting the carbon dioxide in the flue gas into the bicarbonate ion, And an enzyme reaction part including a structure located at an interface between the gas in the empty space of the reaction chamber and the liquid,
The gas supply unit and the gas discharge unit are located above the liquid and the structure so that the exhaust gas supplied to the gas supply unit can pass through the liquid without interfering with the flow inside the reaction chamber so as to prevent an increase in the back pressure of the conversion reactor due to the supplied exhaust gas. Wherein the structure has a flow path for allowing the liquid and the carbon dioxide to contact the carbonic anhydrase without any additional pressure,
Wherein the structure is designed to float on the liquid to be positioned at the interface with the liquid level change in the reaction chamber.
제1항에 있어서,
상기 효소반응부에서 전환 및 용해된 중탄산수용액을 배출시키기 위한 중탄산수용액 배출부를 더 포함하는 이산화탄소 전환반응기.
The method according to claim 1,
And a bicarbonate aqueous solution discharge unit for discharging the bicarbonic acid aqueous solution converted and dissolved in the enzyme reaction unit.
제1항에 있어서,
상기 탄산무수화효소는 야생형(wild type) 탄산무수화효소 및 탄산무수화효소 변이체 중 어느 하나 이상을 포함하는 이산화탄소 전환반응기.
The method according to claim 1,
Wherein the carbonic anhydrase comprises at least one of a wild type carbonic anhydrase and a carbonic anhydrase variant.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 구조체는 탄산무수화효소를 포함하는 몸체부 및 상기 몸체부에 결합되어 상기 몸체부가 계면에 위치하도록 하는 적어도 하나의 부유체를 더 포함하는 이산화탄소 전환반응기.
The method according to claim 1,
Wherein the structure further comprises a body portion including a carbonic anhydrase and at least one float coupled to the body portion so that the body portion is positioned at the interface.
제5항에 있어서,
상기 몸체부는 액체 및 이산화탄소가 탄산무수화효소와 접할 수 있도록 하는 유로를 포함하는 이산화탄소 전환반응기.
6. The method of claim 5,
Wherein the body portion includes a flow path allowing liquid and carbon dioxide to contact the carbonic anhydrase.
제5항에 있어서,
상기 탄산무수화효소는 상기 몸체부 상에 결합되거나 수용되는 이산화탄소 전환반응기.
6. The method of claim 5,
Wherein the carbonic anhydrase is bound or received on the body.
제1항에 있어서,
상기 탄산무수화효소는 다수개가 비결합되어 응집된 효소집합체 및 다수개가 상호 결합된 효소가교결합복합체 중 어느 하나 이상의 형태로 구비되는 이산화탄소 전환반응기.
The method according to claim 1,
Wherein the carbonic anhydrase is provided in any one or more of a plurality of uncrosslinked and aggregated enzyme aggregates and an enzyme crosslinking complex in which a plurality of the enzyme aggregates are mutually combined.
제1항에 있어서,
상기 구조체는 몸체부를 더 포함하고,
상기 탄산무수화효소는 지지체를 더 구비하여 상기 지지체 상에 결합되거나 지지체 내부에 담지되며,
상기 지지체는 상기 몸체부 상에 결합되거나 수용되는 이산화탄소 전환반응기.
The method according to claim 1,
The structure further includes a body portion,
Wherein the carbonic anhydrase further comprises a support and is bonded to or supported within the support,
Wherein the support is coupled or received on the body portion.
제9항에 있어서,
상기 지지체는 고분자 섬유, 전기전도성 고분자, 다공성 입자, 구형입자, 나노입자, 비드, 탄소나노튜브, 와이어, 필라, 그래핀, 퓰러렌 및 폴리도파민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 이산화탄소 전환반응기.
10. The method of claim 9,
Wherein the support comprises at least one selected from the group consisting of polymer fibers, electrically conductive polymers, porous particles, spherical particles, nanoparticles, beads, carbon nanotubes, wires, filaments, graphene, Conversion reactor.
제8항에 있어서,
상기 효소가교결합복합체는 표면에 제1작용기를 포함하는 제1지지체를 더 구비하여 석출화제 및 가교결합제를 이용해 형성되며,
상기 제1작용기에 직접 결합하는 제1탄산무수화효소 및 상기 제1탄산무수화효소와 결합하고, 인접한 탄산무수화효소끼리 가교결합된 제2 탄산무수화효소 가교결합복합체를 포함하는 이산화탄소 전환반응기.
9. The method of claim 8,
Wherein the enzyme cross-linking complex is formed using a precipitating agent and a cross-linking agent, further comprising a first support having a first functional group on its surface,
And a second carbonic anhydrase crosslinking enzyme which is bound to the first carbonic anhydrase and binds to the first carbonic anhydrase, the second carbonic anhydrase crosslinking enzyme being bound to the first functional group directly, and the second carbonic anhydrase cross- .
제11항에 있어서, 상기 효소가교결합복합체는
표면에 제2작용기를 포함하고, 상기 제1탄산무수화효소 및 제2 탄산무수화효소 가교결합복합체 중 어느 하나 이상의 효소와 상기 제2작용기를 통해 결합하는 제2지지체를 더 포함하는 이산화탄소 전환반응기.
12. The composition of claim 11, wherein the enzyme cross-linking complex comprises
And a second support which comprises a second functional group on its surface and which binds to at least one of the first carbonic anhydrase and the second carbonic anhydrase crosslinking complex through the second functional group, .
제2항에 있어서,
상기 중탄산수용액 배출부와 연통되도록 중탄산수용액 저장소 및 중탄산수용액 활용소 중 어느 하나 이상을 더 포함하는 이산화탄소 전환반응기.
3. The method of claim 2,
Further comprising at least one of a bicarbonate aqueous solution reservoir and a bicarbonate aqueous solution solution reservoir to communicate with the bicarbonate aqueous solution discharge portion.
삭제delete (1) 제1항 내지 제3항 및 제5항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 이산화탄소 전환반응기의 가스공급부로 배가스를 공급하는 단계; 및
(2) 공급된 배가스에 포함된 이산화탄소 중 일부는 중탄산이온으로 전환되고, 미반응된 나머지 이산화탄소를 포함하는 배가스는 상기 이산화탄소 전환반응기 내부에 일부 채워진 액체를 통과하지 않고 액체 상부를 통과하여 가스배출부를 통해 배출되는 이산화탄소 전환공정.
(1) supplying an exhaust gas to a gas supply unit of the carbon dioxide conversion reactor according to any one of claims 1 to 3 and 5 to 13; And
(2) Some of the carbon dioxide contained in the supplied exhaust gas is converted to bicarbonate ions, and the exhaust gas containing unreacted remaining carbon dioxide passes through the upper portion of the liquid without passing through the partially filled liquid in the carbon dioxide conversion reactor, Carbon dioxide conversion process.
제15항에 있어서,
상기 (1) 단계는 전환반응기에 공급되는 배가스로 인한 반응기 배압증가를 방지하기 위하여, 배가스가 전환반응기의 액체 상부에서 공급되며, 공급된 배가스 내 이산화탄소는 전환반응기 내부의 액체와 기체간 계면에 위치하는 구조체에 구비된 탄산무수화효소를 통해 중탄산이온으로 전환반응이 촉진되는 이산화탄소 전환공정.
16. The method of claim 15,
In the step (1), the flue gas is supplied from the upper portion of the liquid in the conversion reactor to prevent the increase of the back pressure of the reactor due to the flue gas supplied to the conversion reactor, and the carbon dioxide in the flue gas supplied is located at the interface between the liquid inside the conversion reactor and the gas A carbon dioxide conversion process in which a conversion reaction to bicarbonate ions is promoted through a carbonic anhydrase provided in the structure.
제1항 내지 제3항 및 제5항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 전환반응기; 및
상기 전환반응기에 연통되고, 유입된 이산화탄소를 포집하는 포집반응기;를 포함하며,
이산화탄소를 포함하는 배가스는 전환반응기 또는 포집반응기로 공급되어 이산화탄소가 전환 또는 포집된 후, 미반응된 이산화탄소를 포함하는 배가스가 포집반응기 또는 전환반응기로 유입되어 상기 미반응된 이산화탄소를 포집 또는 전환시키는 이산화탄소 전환 및 포집용 직렬반응기.
A conversion reactor according to any one of claims 1 to 3 and 5 to 13; And
And a collection reactor communicating with the conversion reactor and collecting the introduced carbon dioxide,
The exhaust gas containing carbon dioxide is supplied to a conversion reactor or a collection reactor to convert or capture carbon dioxide, and then an exhaust gas containing unreacted carbon dioxide is introduced into a collection reactor or a conversion reactor to collect carbon dioxide which collects or converts the unreacted carbon dioxide A series reactor for conversion and collection.
제17항에 있어서,
상기 포집반응기는 이산화탄소 흡수제 및 이산화탄소 분리막 중 어느 하나 이상을 포함하는 이산화탄소 전환 및 포집용 직렬반응기.
18. The method of claim 17,
Wherein the collection reactor comprises at least one of a carbon dioxide absorbent and a carbon dioxide separation membrane.
제17항에 있어서,
상기 포집반응기는 이산화탄소 흡수제와 이산화탄소 간 결합물 및 반응결합물 중 어느 하나 이상을 포함하는 포집물을 배출하는 이산화탄소 포집물 배출부, 및 상기 이산화탄소 포집물 배출부와 연통되어 배출된 포집물에서 이산화탄소를 분리 및 수집하는 이산화탄소 탈착기를 더 포함하는 이산화탄소 전환 및 포집용 직렬반응기.
18. The method of claim 17,
Wherein the collection reactor comprises a carbon dioxide collection outlet for discharging a collection containing at least one of a carbon dioxide sorbent, a carbon dioxide intercalation compound and a reactive compound, and a carbon dioxide collection outlet for communicating with the carbon dioxide collection outlet, Further comprising a carbon dioxide desorber for separating and collecting carbon dioxide.
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