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KR100814156B1 - Methane-oxygen generator and method for producing methane and oxygen from carbon dioxide and water using the same - Google Patents

Methane-oxygen generator and method for producing methane and oxygen from carbon dioxide and water using the same Download PDF

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KR100814156B1
KR100814156B1 KR1020070078576A KR20070078576A KR100814156B1 KR 100814156 B1 KR100814156 B1 KR 100814156B1 KR 1020070078576 A KR1020070078576 A KR 1020070078576A KR 20070078576 A KR20070078576 A KR 20070078576A KR 100814156 B1 KR100814156 B1 KR 100814156B1
Authority
KR
South Korea
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methane
carbon dioxide
oxygen
praton
water
Prior art date
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KR1020070078576A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
송선주
김재국
이종숙
문종하
Original Assignee
전남대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Abstract

본 발명은 전원을 공급받는 캐소드 전극과 애노드 전극 및 상기 캐소드 전극과 애노드 전극 사이에 구비되며 프라톤을 이동시키는 프라톤 전해질층을 포함하고 있고, 상기 캐소드 전극 및 애노드 전극 측에 각각 공급된 이산화탄소 및 물로부터 메탄 및 산소를 제조하는 메탄-산소 발생 장치 및 이를 이용한 이산화탄소로부터 메탄을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention includes a cathode electrode and an anode electrode which is supplied with power, and a praton electrolyte layer provided between the cathode electrode and the anode electrode to move the pratone, and the carbon dioxide supplied to the cathode electrode and the anode electrode, respectively; A methane-oxygen generator for producing methane and oxygen from water and a method for producing methane from carbon dioxide using the same.

Description

메탄-산소 발생 장치 및 이를 이용한 이산화탄소와 물로부터 메탄과 산소를 제조하는 방법{Methane-oxygen generation device and method for making methane and oxygen from carbon dioxide and water using the same}Methane-oxygen generation device and method for making methane and oxygen from carbon dioxide and water using the same}

본 발명은 메탄-산소 발생 장치 및 이를 이용한 이산화탄소와 물로부터 메탄과 산소를 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 전원을 공급받는 캐소드 전극과 애노드 전극 및 상기 캐소드 전극과 애노드 전극 사이에 구비되며 프라톤을 이동시키는 프라톤 전해질층을 포함하고 있고, 상기 캐소드 전극 및 애노드 전극 측에 각각 공급된 이산화탄소 및 물로부터 메탄 및 산소를 제조하는 메탄-산소 발생 장치 및 이를 이용한 이산화탄소로부터 메탄을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a methane-oxygen generator and a method for producing methane and oxygen from carbon dioxide and water using the same, and more particularly, is provided between the cathode electrode and the anode electrode and the cathode electrode and the anode electrode is powered A methane-oxygen generator for producing methane and oxygen from carbon dioxide and water supplied to the cathode electrode and anode electrode, respectively, and a method of producing methane from carbon dioxide using the same; It is about.

산업의 발달로 인해 화석 연료의 사용이 계속적으로 증가하고 있다. 이러한 화석 연료의 사용 증가는 필연적으로 대기 중으로 방출되는 이산화탄소의 양을 증가시킨다.The development of the industry continues to increase the use of fossil fuels. This increased use of fossil fuels inevitably increases the amount of carbon dioxide released into the atmosphere.

우리나라의 경우 중화학공업의 비중이 높으며 에너지 집약산업이 발전해 있 어 다량의 온실가스 배출 국가로 인식되어 있다.In Korea, the heavy chemical industry is high and the energy-intensive industry is developed.

현재 대기 중에 존재하는 이산화탄소의 양을 줄이거나 배출되는 이산화탄소의 양을 줄이기 위한 연구가 진행 중이다. 이러한 연구 중에서 촉매를 활용하여 이산화탄소를 분해(dissociation)시키는 연구가 진행 중이다.Currently, research is underway to reduce the amount of carbon dioxide present in the atmosphere or to reduce the amount of carbon dioxide emitted. Among these studies, studies are underway to dissociate carbon dioxide using a catalyst.

그러나 대기 중에서 이산화탄소를 제거하는 방법은 단순히 대기 중에서 이산화탄소를 제거하는 기능만을 할 뿐 그외의 기능은 없는 것이 대부분이다.However, the method of removing carbon dioxide from the atmosphere is merely a function of removing carbon dioxide from the atmosphere, but most of the other functions are not.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 전원을 공급받는 캐소드 전극과 애노드 전극 및 상기 캐소드 전극과 애노드 전극 사이에 구비되며 프라톤을 이동시키는 프라톤 전해질층을 포함하고 있고, 상기 캐소드 전극 및 애노드 전극 측에 각각 공급된 이산화탄소 및 물로부터 메탄 및 산소를 제조하는 메탄-산소 발생 장치 및 이를 이용한 이산화탄소로부터 메탄을 제조하는 방법을 제공함으로써 온실효과의 주요한 인자로 알려진 대기 중의 이산화탄소를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 이산화탄소 및 물을 이용하여 부가가치가 높은 메탄 및 산소를 생산하는 장치 및 그 제조 방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.The present invention is to solve the above-mentioned disadvantages and problems of the prior art, the present invention is provided between the cathode electrode and the anode electrode and the cathode electrode and the anode electrode which is supplied with power and the praton electrolyte to move the pratone And a methane-oxygen generator for producing methane and oxygen from carbon dioxide and water supplied to the cathode and anode electrodes, respectively, and a method for producing methane from carbon dioxide using the same. It is an object of the present invention to provide a device for producing methane and oxygen having high added value using carbon dioxide and water as well as reducing carbon dioxide in the atmosphere.

본 발명의 상기 목적은 전원 장치의 음극과 연결된 캐소드 전극; 전원 장치의 양극과 연결된 애노드 전극; 및 상기 캐소드 전극 및 애노드 전극 사이에 구비되는 프라톤 전해질층;을 구비하며, 상기 프라톤 전해질층과 이산화탄소가 반응하여 상기 캐소드 전극과 프라톤 전해질층 사이에 생성되는 이산화탄소-메탄 반응층;을 포함하며, 상기 캐소드 전극 측에서는 이산화탄소를 공급받아 메탄을 생산하고, 상기 애노드 전극 측에서는 물을 공급받아 산소를 생산하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 메탄-산소 발생 장치에 의해 달성된다.The object of the present invention is a cathode electrode connected to the cathode of the power supply; An anode electrode connected to the anode of the power supply; And a praton electrolyte layer provided between the cathode electrode and the anode electrode, wherein the carbon dioxide-methane reaction layer generated between the praton electrolyte layer and the carbon dioxide reacts and is formed between the cathode electrode and the praton electrolyte layer. The cathode electrode is supplied with carbon dioxide to produce methane, and the anode electrode is supplied with water to produce oxygen, which is achieved by a methane-oxygen generator.

또한, 본 발명의 상기 목적은 상기 프라톤 전해질층은 Y, Gd, Sn, Eu 및 Yb 중 어느 하나가 도핑된 BaCeO3또는 SrCeO3로 이루어진 것을 특징으로 하는 메탄-산소 발생 장치에 의해서도 달성된다.In addition, the object of the present invention is also achieved by the methane-oxygen generator, characterized in that the pratone electrolyte layer is made of BaCeO 3 or SrCeO 3 doped with any one of Y, Gd, Sn, Eu and Yb.

또한, 본 발명의 상기 목적은 상기 이산화탄소-메탄 반응층은 BaCO3 또는 SrCO3를 포함하는 것을 특징으로 하는 메탄-산소 발생 장치에 의해서도 달성된다.In addition, the above object of the present invention is also achieved by the methane-oxygen generator, characterized in that the carbon dioxide-methane reaction layer comprises BaCO 3 or SrCO 3 .

또한, 본 발명의 상기 목적은 상기 메탄-산소 발생 장치는 상기 캐소드 전극, 애노드 전극, 프라톤 전해질층 및 이산화탄소-메탄 반응층을 외부 환경으로부터 보호하는 케이스를 더 포함하고 있으며, 상기 케이스와 캐소드 전극 사이 및 상기 케이스와 애노드 전극 사이에 각각 캐소드 공간 및 애노드 공간을 구비하고 있고, 상기 케이스에는 상기 캐소드 공간에 이산화탄소를 공급할 수 있도록 하는 이산화탄소 공급관, 상기 애노드 공간에 물을 공급할 수 있는 물 공급관, 상기 캐소드 공간으로부터 메탄을 인출하는 메탄 인출관 및 상기 애노드 공간으로부터 산소를 인출하는 산소 인출관을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 메탄-산소 발생 장치에 의해서도 달성된다.In addition, the object of the present invention the methane-oxygen generator further comprises a case for protecting the cathode electrode, anode electrode, praton electrolyte layer and carbon dioxide-methane reaction layer from the external environment, the case and the cathode electrode And a cathode space and an anode space, respectively, between the case and the anode electrode, wherein the case includes a carbon dioxide supply pipe for supplying carbon dioxide to the cathode space, a water supply pipe for supplying water to the anode space, and the cathode It is also achieved by the methane-oxygen generator which is equipped with the methane extraction tube which takes out methane from space, and the oxygen extraction tube which takes out oxygen from the said anode space.

또한, 본 발명의 상기 목적은 상기 캐소드 전극 및 애노드 전극이 각각 이산화탄소와 메탄 및 산소와 물이 통과할 수 있도록 하는 다공성 전극들인 것을 특징으로 하는 메탄-산소 발생 장치에 의해서도 달성된다.In addition, the object of the present invention is also achieved by a methane-oxygen generating device, characterized in that the cathode electrode and the anode electrode are porous electrodes that allow carbon dioxide, methane, oxygen and water to pass through, respectively.

또한, 본 발명의 상기 목적은 캐소드 전극, 애노드 전극 및 Y, Gd, Sn, Eu 및 Yb 중 어느 하나가 도핑된 BaCeO3 또는 SrCeO3로 이루어진 프라톤 전해질층을 포 함하는 메탄-산소 발생 장치를 가열하는 단계; 음전원이 공급되는 상기 캐소드 전극에는 이산화탄소를 공급하고, 양전원이 공급되는 상기 애노드 전극에는 물을 공급하는 단계; 상기 애노드 전극 측에서는 공급된 물로부터 프라톤을 제공받아 상기 캐소드 전극 측으로 이동시키는 동시에 산소를 생성하는 단계; 상기 캐소드 전극 측에서는 공급된 이산화탄소와 상기 프라톤 전해질이 반응하여 BaCO3 또는 SrCO3을 생성하는 단계; 및 상기 BaCO3 또는 SrCO3이 상기 애노드 전극 측에서 제공된 프라톤과 반응하여 메탄을 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소와 물로부터 메탄과 산소를 제조하는 방법에 의해서도 달성된다.In addition, the object of the present invention is to provide a methane-oxygen generator comprising a cathode electrode, an anode electrode and a pratone electrolyte layer composed of BaCeO 3 or SrCeO 3 doped with any one of Y, Gd, Sn, Eu and Yb Heating; Supplying carbon dioxide to the cathode electrode to which a negative power is supplied, and supplying water to the anode electrode to which a positive power is supplied; Receiving the praton from the supplied water at the anode electrode side and moving to the cathode electrode side to generate oxygen at the same time; Reacting the supplied carbon dioxide and the praton electrolyte at the cathode electrode side to generate BaCO 3 or SrCO 3 ; And reacting BaCO 3 or SrCO 3 with the praton provided at the anode electrode to generate methane. It is also achieved by the method of producing methane and oxygen from carbon dioxide and water.

또한, 본 발명의 상기 목적은 상기 애노드 전극에서 공급된 물로부터 프라톤을 제공받는 현상은 갈바닉 현상인 것을 특징으로 하는 이산화탄소와 물로부터 메탄과 산소를 제조하는 방법에 의해서도 달성된다.In addition, the object of the present invention is also achieved by the method of producing methane and oxygen from carbon dioxide and water, characterized in that the phenomenon of receiving a praton from the water supplied from the anode is a galvanic phenomenon.

또한, 본 발명의 상기 목적은 상기 메탄-산소 발생 장치를 가열하는 온도가 600℃ 이상, 바람직하게는 700℃ 이상인 것을 특징으로 하는 이산화탄소와 물로부터 메탄과 산소를 제조하는 방법에 의해서도 달성된다.In addition, the above object of the present invention is also achieved by a method for producing methane and oxygen from carbon dioxide and water, characterized in that the temperature for heating the methane-oxygen generator is at least 600 ℃, preferably at least 700 ℃.

본 발명의 메탄-산소 발생 장치 및 이를 이용한 이산화탄소와 물로부터 메탄 및 산소를 제조하는 방법은 온실 효과의 주요 인자로 인식되는 이산화탄소를 제거할 수 있을 뿐만 아니라 대기 중에 다량 존재하는 이산화탄소와 물을 이용하여 부 가가치가 높은 메탄 및 산소를 제조할 수 있는 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 효과가 있다.The methane-oxygen generator of the present invention and a method for producing methane and oxygen from carbon dioxide and water using the same can remove carbon dioxide, which is recognized as a major factor of the greenhouse effect, and also uses carbon dioxide and water present in a large amount in the atmosphere. There is an effect of providing an apparatus capable of producing high added value methane and oxygen and a method of producing the same.

본 발명의 일 실시 예에 따른 메탄-산소 발생 장치는 전원 장치의 음극과 연결된 캐소드 전극, 전원 장치의 양극과 연결된 애노드 전극 및 상기 캐소드 전극 및 애노드 전극 사이에 구비되는 프라톤 전해질층을 구비하고 있다.The methane-oxygen generator according to an embodiment of the present invention includes a cathode electrode connected to a cathode of a power supply device, an anode electrode connected to a cathode of a power supply device, and a praton electrolyte layer provided between the cathode electrode and the anode electrode. .

또한, 상기 메탄-산소 발생 장치는 상기 프라톤 전해질층과 이산화탄소가 반응하여 상기 캐소드 전극과 프라톤 전해질층 사이에 생성되는 이산화탄소-메탄 반응층을 더 구비할 수 있다.In addition, the methane-oxygen generator may further include a carbon dioxide-methane reaction layer generated between the pratone electrolyte layer and carbon dioxide reacting between the cathode electrode and the praton electrolyte layer.

또한, 상기 메탄-산소 발생 장치는 상기 캐소드 전극 측에서는 이산탄화소를 공급받아 메탄을 생산하고, 상기 애노드 전극 측에서는 물을 공급받아 산소를 생산한다.In addition, the methane-oxygen generator produces methane by receiving a carbon dioxide from the cathode electrode side, and produces oxygen by receiving water from the anode electrode side.

이때, 상기 메탄-산소 발생 장치는 상기 프라톤 전해질층이 Y, Gd, Sn, Eu 및 Yb 중 어느 하나가 도핑된 BaCeO3 또는 SrCeO3로 이루어져 있다. 이때, 본 발명의 메탄-산소 발생 장치의 프라톤 전해질층의 바람직한 실시 예는 BaCeO3에 이트륨(Y)이 도핑된 BaCeY0 .2O2 .9-δ로 이루어진 것이다.In this case, the methane-oxygen generator is composed of BaCeO 3 or SrCeO 3 doped with any one of Y, Gd, Sn, Eu and Yb in the praton electrolyte layer. At this time, the methane of the present invention a preferred embodiment of the tone of the plastic electrolyte layer, an oxygen generating device is made of a BaCeY 0 .2 O 2 .9-δ of the yttrium (Y) in the doped BaCeO 3.

또한, 상기 메탄-산소 발생 장치는 상기 이산화탄소와 프라톤 전해질층이 반응하여 생성된 이산화탄소-메탄 반응층이 BaCO3 또는 SrCO3를 포함하여 이루어져 있 다.In addition, the methane-oxygen generator is a carbon dioxide-methane reaction layer generated by the reaction of the carbon dioxide and the praton electrolyte layer comprises BaCO 3 or SrCO 3 .

이때, 상기 메탄-산소 발생 장치는 상기 프라톤 전해질층이 이산화탄소와 접촉하지 않은 경우에는 상기 이산화탄소-메탄 반응층이 존재하지 않다가 상기 프라톤 전해질층이 이산화탄소와 접촉하여 반응함으로써 상기 캐소드 전극과 프라톤 전해질층 사이에 상기 프라톤 전해질층과 이산화탄소가 반응하여 생성된 산화탄소-메탄 반응층이 형성되어 구비될 수 있다.In this case, the methane-oxygen generator is not the carbon dioxide-methane reaction layer when the pratone electrolyte layer is not in contact with carbon dioxide, the praton electrolyte layer is in contact with the carbon dioxide to react the cathode and pra A carbon oxide-methane reaction layer formed by reacting the praton electrolyte layer and carbon dioxide may be formed between the tone electrolyte layers.

이때, 상기 메탄-산소 발생 장치에는 음전원 및 양전원을 공급하는 전원 장치를 더 구비하고 있다. At this time, the methane-oxygen generator is further provided with a power supply for supplying a negative power and a positive power.

그리고 상기 메탄-산소 발생 장치는 상기 캐소드 전극, 애노드 전극, 프라톤 전해질층 및 이산화탄소-메탄 반응층 등의 내부 소자들을 외부 환경으로부터 보호하는 케이스를 구비할 수 있으며, 상기 케이스 내부에는 상기 케이스와 캐소드 전극 및 애노드 전극에 의해 둘러 쌓여 있는 캐소드 공간 및 애노드 공간이 구비될 수 있다.The methane-oxygen generator may include a case for protecting internal elements such as the cathode electrode, the anode electrode, the praton electrolyte layer, and the carbon dioxide-methane reaction layer from an external environment, and the case and the cathode inside the case. A cathode space and an anode space surrounded by the electrode and the anode electrode may be provided.

이때, 상기 케이스에는 상기 캐소드 공간에 이산화탄소를 공급할 수 있도록 하는 이산화탄소 공급관, 상기 애노드 공간에 물을 공급할 수 있는 물 공급관, 상기 캐소드 공간으로부터 메탄을 인출하는 메탄 인출관 및 상기 애노드 공간으로부터 산소를 인출하는 산소 인출관을 구비할 수 있다.At this time, the case includes a carbon dioxide supply pipe for supplying carbon dioxide to the cathode space, a water supply pipe for supplying water to the anode space, a methane lead-out pipe for extracting methane from the cathode space, and withdrawing oxygen from the anode space. An oxygen extraction tube can be provided.

이때, 상기 캐소드 전극 및 애노드 전극은 각각 이산화탄소와 메탄 및 산소와 물이 통과할 수 있도록 하는 다공성으로 이루어져 있다.In this case, the cathode electrode and the anode electrode is made of porous to allow carbon dioxide, methane, oxygen and water to pass through, respectively.

그리고, 상기 메탄-산소 발생 장치는 상기 케이스 내부를 가열할 수 있는 가 열 장치를 구비하고 있어 상기 케이스 내부의 소자들 특히, 이산화탄소-메탄 반응층을 일정 온도 이상으로 유지할 수 있다.In addition, the methane-oxygen generator includes a heating device capable of heating the inside of the case to maintain the elements inside the case, in particular, the carbon dioxide-methane reaction layer at a predetermined temperature or more.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 이산화탄소와 물로부터 메탄과 산소를 제조 방법은 상기에서 상술한 메탄 반응 장치를 이용한다. In addition, the method for producing methane and oxygen from carbon dioxide and water according to an embodiment of the present invention uses the methane reaction apparatus described above.

캐소드 전극, 애노드 전극 및 Y, Gd, Sn, Eu 및 Yb 중 어느 하나가 도핑된 BaCeO3 또는 SrCeO3로 이루어진 프라톤 전해질층을 포함하는 메탄-산소 발생 장치를 600℃ 이상, 바람직하게는 700℃ 이상으로 가열한다. 이는 공급되는 이산화탄소가 이산화탄소-메탄 반응층에서 반응이 활발하게 일어날 수 있도록 하는 역할을 한다.A methane-oxygen generator comprising a cathode electrode, an anode electrode, and a praton electrolyte layer composed of BaCeO 3 or SrCeO 3 doped with any one of Y, Gd, Sn, Eu, and Yb is 600 ° C. or higher, preferably 700 ° C. Heating above. This serves to allow the supplied carbon dioxide to react actively in the carbon dioxide-methane reaction layer.

이어서, 상기 메탄 반응 장치의 캐소드 전극 및 애노드 전극에 각각 음전원과 양전원을 공급한다.Subsequently, a negative power supply and a positive power supply are respectively supplied to the cathode electrode and the anode electrode of the methane reactor.

이어서, 상기 캐소드 전극 측에는 이산화탄소를 공급하고, 애노드 전극 측에는 물을 공급한다. 이때, 상기 애노드 전극 측에서는 공급된 물로부터 갈바닉 현상을 이용하여 프라톤을 제공받아 캐소드 전극 측으로 이동시키는 동시에 산소를 생성한다.Subsequently, carbon dioxide is supplied to the cathode electrode side and water is supplied to the anode electrode side. At this time, the anode electrode receives the pratone from the supplied water by using a galvanic phenomenon to move to the cathode electrode side at the same time to generate oxygen.

그리고 상기 캐소드 전극 측에서는 공급된 이산화탄소를 분해하여 상기 애노드 전극 측에서 제공된 프라톤과 반응하여 메탄을 형성하고 이와 동시에 BaCO3 또는 SrCO3을 생성한다.On the cathode electrode side, the supplied carbon dioxide is decomposed to react with the pratone provided on the anode electrode to form methane, and at the same time, to produce BaCO 3 or SrCO 3 .

본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시 예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Details of the above objects and technical configurations and the effects thereof according to the present invention will be more clearly understood by the following detailed description with reference to the drawings showing preferred embodiments of the present invention. Like numbers refer to like elements throughout.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 메탄-산소 발생 장치의 주요 구성 소자 및 상기 구성 소자들의 작용을 보여주는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing the main components of the methane-oxygen generator and the operation of the components according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하여 설명하면, 도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 메탄-산소 발생 장치의 주요 구성 소자 및 작용을 보여주고 있는데, 상기 메탄-산소 발생 장치(100)는 크게 캐소드 전극(110), 애노드 전극(120), 프라톤 전해질층(130) 및 이산화탄소-메탄 반응층(140)으로 구성될 수 있다. 이때, 상기 메탄-산소 발생 장치(100)에는 전원을 공급하기 위한 전원 장치(150)를 더 구비될 수 있다.Referring to FIG. 1, FIG. 1 illustrates a main component and a function of a methane-oxygen generator according to an embodiment of the present invention. The methane-oxygen generator 100 is largely a cathode electrode 110. ), The anode electrode 120, the praton electrolyte layer 130, and the carbon dioxide-methane reaction layer 140. In this case, the methane-oxygen generator 100 may further include a power supply unit 150 for supplying power.

이때, 상기 프라톤 전해질층(130)은 Y, Gd, Sn, Eu 및 Yb 중 어느 하나가 도핑된 BaCeO3 또는 SrCeO3로 이루어져 있다. 이때, 상기 프라톤 전해질층(130)의 바람직한 실시 예는 BaCeO3에 이트륨(Y)이 도핑된 BaCeY0 .2O2 .9-δ로 이루어진 것이다.At this time, the praton electrolyte layer 130 is made of BaCeO 3 or SrCeO 3 doped with any one of Y, Gd, Sn, Eu and Yb. At this time, the preferred embodiment of the plastic tone electrolyte layer 130 is made of a BaCeY 0 .2 O 2 .9-δ is a doped yttrium (Y) in BaCeO 3.

또한, 상기 이산화탄소-메탄 반응층(140)은 BaCO3 또는 SrCO3를 포함하여 이루어진 것이다.In addition, the carbon dioxide-methane reaction layer 140 includes BaCO 3 or SrCO 3 .

이때, 상기 이산화탄소-메탄 반응층(140)은 상기 메탄-산소 발생 장치(100)의 프라톤 전해질층(130)이 이산화탄소와 접촉할 경우에 생성됨으로 상기 메탄-산소 발생 장치(100)를 제조할 때, 상기 프라톤 전해질층(130)이 이산화탄소와 접촉하지 않았다면 초기에는 상기 이산화탄소-메탄 반응층(140)이 존재하지 않다가 상기 메탄-산소 발생 장치(100)에 이산화탄소를 공급하는 동시에 상기 이산화탄소-메 탄 반응층(140)이 발생될 수 있다.In this case, the carbon dioxide-methane reaction layer 140 is produced when the praton electrolyte layer 130 of the methane-oxygen generator 100 is in contact with carbon dioxide, thereby manufacturing the methane-oxygen generator 100. At this time, if the praton electrolyte layer 130 is not in contact with carbon dioxide, the carbon dioxide-methane reaction layer 140 does not exist initially, and at the same time supplying carbon dioxide to the methane-oxygen generating apparatus 100, the carbon dioxide- The methanol reaction layer 140 may be generated.

물론, 상기 도 1에 도시된 바와 같이 상기 메탄-산소 발생 장치(100)를 제조할 때부터 상기 프라톤 전해질층(130)을 이산화탄소와 접촉시켜 이산화탄소-메탄 반응층(140)을 미리 만들어 놓을 수도 있다.Of course, since the methane-oxygen generator 100 is manufactured as shown in FIG. 1, the carbon dioxide-methane reaction layer 140 may be prepared in advance by contacting the praton electrolyte layer 130 with carbon dioxide. have.

이때, 상기 프라톤 전해질층(130)에 이산화탄소가 접촉할 때 일정 온도 이상을 유지하여야 상기 이산화탄소-메탄 반응층(140)을 이루는 BaCO3 또는 SrCO3이 생성되는데 상기 일정 온도는 적어도 600℃ 이상의 온도이여야 한다. 이때, 상기 온도는 상기 프라톤 전해질층(130)과 이산화탄소이 반응하는 최소한의 반응 온도이고, 높은 반응 속도를 원한다면 상기 반응 온도를 700℃ 이상의 온도로 유지하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 이산화탄소-메탄 반응층(140)은 이산화탄소와 프라톤 전해질층(130)이 반응하여 생성된 물질로 생성됨으로 상기 이산탄화탄소이 계속 공급되는 한 상기 이산화탄소-메탄 반응층(140)은 계속하여 성장한다.At this time, when the carbon dioxide is in contact with the praton electrolyte layer 130 to maintain a certain temperature or more to produce BaCO 3 or SrCO 3 forming the carbon dioxide-methane reaction layer 140, the predetermined temperature is at least 600 ℃ Should be In this case, the temperature is the minimum reaction temperature at which the praton electrolyte layer 130 and carbon dioxide react, and if the high reaction rate is desired, the reaction temperature is preferably maintained at a temperature of 700 ° C. or higher. At this time, the carbon dioxide-methane reaction layer 140 is made of a material produced by the reaction of the carbon dioxide and the praton electrolyte layer 130, so that the carbon dioxide-methane reaction layer 140 continues as long as the carbon dioxide is continuously supplied. To grow.

상기 캐소드 전극(110)에는 상기 전원 장치(150)로부터 음전원을 공급받고, 상기 애노드 전극(120)에는 상기 전원 장치(150)로부터 양전원을 공급받는다.The cathode electrode 110 receives a negative power from the power supply device 150, and the anode electrode 120 receives a positive power supply from the power supply device 150.

상기 캐소드 전극(110) 및 애노드 전극(120)은 다공성 도전체 물질로 이루어져 있는 것이 바람직한데, 이는 이후 설명될 여러 기체들 또는 분자들이 상기 전극들을 통과해야 하기 때문이다. 상기 캐소드 전극(110) 및 애노드 전극(120)은 각각 다공성 백금(Pt) 및 은(Ag)으로 이루어질 수 있다.The cathode electrode 110 and the anode electrode 120 are preferably made of a porous conductor material because various gases or molecules to be described later must pass through the electrodes. The cathode electrode 110 and the anode electrode 120 may be made of porous platinum (Pt) and silver (Ag), respectively.

상기 프라톤 전해질층(130)은 상기 캐소드 전극(110) 및 애노드 전극(120) 사이에 구비되면서 상기 애노드 전극(120) 측에서 생성된 프라톤(160)을 캐소드 전극(110) 측으로 이동(160)시키는 역할을 하는 층이다.The praton electrolyte layer 130 is provided between the cathode electrode 110 and the anode electrode 120 and moves the praton 160 generated at the anode electrode 120 side to the cathode electrode 110 side 160 ) Is the layer that plays a role.

상기 메탄-산소 발생 장치(100)를 이용하여 이산화탄소와 물로부터 메탄과 산소를 제조하는 방법을 설명하면, 우선 상기 메탄-산소 발생 장치(100)를 일정 온도 이상으로 유지하도록 가열한다. 상기 메탄-산소 발생 장치(100)를 가열하는 이유는 이산화탄소의 반응이 활발하게 일어날 수 있도록 하기 위해서이다. 이때 상기 일정 온도는 600℃ 이상, 바람직하게는 700℃ 이상인 것이 바람직하다.Referring to the method of producing methane and oxygen from carbon dioxide and water using the methane-oxygen generator 100, first, the methane-oxygen generator 100 is heated to maintain a predetermined temperature or more. The reason for heating the methane-oxygen generator 100 is to allow the reaction of carbon dioxide to occur actively. At this time, the predetermined temperature is preferably 600 ° C or higher, preferably 700 ° C or higher.

이어서, 상기 메탄-산소 발생 장치(100)의 캐소드 전극(110) 및 애노드 전극(120)에 연결된 상기 전원장치(150)로부터 음전원과 양전원을 공급한다.Subsequently, a negative power and a positive power are supplied from the power supply device 150 connected to the cathode electrode 110 and the anode electrode 120 of the methane-oxygen generator 100.

이어서, 상기 캐소드 전극(110) 측에는 이산화탄소를 공급하고, 애노드 전극(120) 측에는 물을 공급한다.Subsequently, carbon dioxide is supplied to the cathode electrode 110 and water is supplied to the anode electrode 120.

이때, 상기 애노드 전극(120) 측에서는 하기 화학식 1에서 도시한 바와 같이 공급된 물로부터 갈바닉 현상을 이용하여 프라톤(160)을 제공받아 캐소드 전극(140) 측으로 이동시킨다. 이와 동시에 상기 애노드 전극(120) 측에서는 프로톤(160)을 제공한 물은 산소로 변화된다.At this time, the anode electrode 120 is provided with the praton 160 by using the galvanic phenomenon from the supplied water as shown in the following formula 1 is moved to the cathode electrode 140 side. At the same time, the water provided with the proton 160 is changed to oxygen on the anode electrode 120 side.

따라서, 상기 애노드 전극(120) 측에서는 물을 분해하여 캐소드 전극(140) 측으로 프라톤(160)을 제공하는 동시에 산소를 발생시킨다.Therefore, the anode electrode 120 side decomposes water to provide the praton 160 to the cathode electrode 140 and simultaneously generate oxygen.

Figure 112007056994644-pat00001
Figure 112007056994644-pat00001

그리고 상기 캐소드 전극(110) 측에서는 하기 화학식 2에서 도시한 바와 같이 상기 이산화탄소가 상기 프라톤 전해질층(130)을 이루는 물질인 BaCeO3 또는 SrCeO3과 반응하여 상기 이산화탄소-메탄 반응층(140)을 이루는 물질인 BaCO3 또는 SrCO3를 형성한다.On the cathode electrode side, as shown in Chemical Formula 2, the carbon dioxide reacts with BaCeO 3 or SrCeO 3 , which is a material forming the praton electrolyte layer 130, to form the carbon dioxide-methane reaction layer 140. To form the substance BaCO 3 or SrCO 3 .

그리고, 상기 애노드 전극(120) 측으로부터 제공된 프라톤과 상기 BaCO3 또는 SrCO3가 반응하여 메탄을 생성한다.In addition, the praton provided from the anode electrode 120 and the BaCO 3 or SrCO 3 react to generate methane.

따라서, 상기 캐소드 전극(110) 측에서는 화학적으로 안정화된 이산화탄소가 프라톤 전해질층(130)을 이루는 물질인 BaCeO3 또는 SrCeO3과 반응하여 BaCO3 또는 SrCO3를 형성함으로써 분해되고, 상기 애노드 전극(120) 측에서 제공된 프라톤과 반응하여 메탄을 생성한다.Accordingly, at the cathode electrode side, chemically stabilized carbon dioxide is decomposed by forming BaCO 3 or SrCO 3 by reacting with BaCeO 3 or SrCeO 3 , which is a material of the praton electrolyte layer 130, and the anode electrode 120 React with the provided praton on the) side to produce methane.

상기 이산화탄소-메탄 반응층(140)은 상기 이산화탄소와 프라톤 전해질층(130)이 반응하여 생성된 물질인 BaCO3 또는 SrCO3으로 이루어져 있고, 상기 애노드 전극(120)으로부터 제공된 프라톤이 상기 BaCO3 또는 SrCO3과 반응하여 메탄을 생성하는 층이다.The carbon dioxide-methane reaction layer 140 is made of BaCO 3 or SrCO 3 , which is a material produced by the reaction between the carbon dioxide and the praton electrolyte layer 130, and the praton provided from the anode electrode 120 is BaCO 3. Or a layer that reacts with SrCO 3 to produce methane.

Figure 112007056994644-pat00002
Figure 112007056994644-pat00002

(이때, 상기 M은 상기 프라톤 전해질층을 이루는 물질인 Ba 또는 Sr임)(Wherein M is Ba or Sr, which is a material forming the praton electrolyte layer)

따라서, 상기 본 발명의 메탄-산소 발생 장치(100)는 이산화탄소와 물을 공급받아 메탄과 산소를 생산한다.Therefore, the methane-oxygen generator 100 of the present invention receives methane and oxygen to produce methane and oxygen.

도 2는 상기 도 1을 참조하여 설명한 메탄 반응 장치의 전체적인 구성을 도시한 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing the overall configuration of the methane reactor described with reference to FIG.

도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명의 메탄-산소 발생 장치(100)는 상기 도 1을 참조하여 설명한 캐소드 전극(110), 애노드 전극(120), 프라톤 전해질층(130) 및 이산화탄소-메탄 반응층(140)을 외부 환경으로부터 보호하는 케이스(170)를 구비할 수 있다.Referring to FIG. 2, the methane-oxygen generator 100 of the present invention includes the cathode electrode 110, the anode electrode 120, the praton electrolyte layer 130, and the carbon dioxide-methane, described with reference to FIG. 1. The case 170 may be provided to protect the reaction layer 140 from the external environment.

이때, 상기 케이스(170)는 그 내부에 상기 케이스(170)의 내부면과 캐소드 전극(110) 및 애노드 전극(120)에 의해 둘러 쌓여 있는 캐소드 공간(115) 및 애노드 공간(125)이 구비될 수 있다. 상기 캐소드 공간(115) 및 애노드 공간(125)은 상기에서 상술한 이산화탄소와 메탄 및 물과 산소를 수용하는 공간들이다.In this case, the case 170 includes a cathode space 115 and an anode space 125 surrounded by an inner surface of the case 170 and the cathode electrode 110 and the anode electrode 120 therein. Can be. The cathode space 115 and the anode space 125 are spaces for accommodating carbon dioxide and methane, water, and oxygen described above.

그리고 상기 케이스(170)에는 상기 캐소드 공간(115)으로 이산화탄소를 공급하는 이산화탄소 공급관(182), 상기 애노드 공간(125)에 물을 공급할 수 있는 물 공급관(184), 상기 캐소드 공간(115)으로부터 메탄을 인출하는 메탄 인출관(186) 및 상기 애노드 공간(125)으로부터 산소를 인출하는 산소 인출관(188)을 구비할 수 있다.The case 170 includes a carbon dioxide supply pipe 182 for supplying carbon dioxide to the cathode space 115, a water supply pipe 184 for supplying water to the anode space 125, and methane from the cathode space 115. It may be provided with a methane withdrawal tube 186 for withdrawing and an oxygen withdrawal tube 188 withdrawing oxygen from the anode space (125).

상기 공급관들(182,184) 및 인출관들(186,188)은 도에는 도시되어 있지 않지만 공급펌프 및 인출펌프와 연결되어 있어 상기 공간들(115,125) 내부로 이산화탄소 및 물을 공급하거나 상기 공간들(115,125) 내부로부터 메탄 및 산소를 인출할 수 있다.Although the supply pipes 182 and 184 and the drawing pipes 186 and 188 are not shown in the drawing, they are connected to the supply pump and the drawing pump to supply carbon dioxide and water into the spaces 115 and 125 or to the interior of the spaces 115 and 125. Methane and oxygen can be withdrawn.

그리고, 상기 메탄-산소 발생 장치(100)는 상기 케이스(170) 내부, 특히, 이산화탄소-메탄 반응층(140)을 가열할 수 있는 가열 장치(190)를 구비하고 있어 상기 케이스 내부를 일정 온도 이상으로 유지할 수 있다. 이때, 도 2에서 상기 가열 장치(190)는 상기 케이스(170) 외부에 부착되어 있는 형태로 도시하고 있으나 상기 케이스(170) 내부의 상기 캐소드 공간(115) 및 애노드 공간(125)에 구비될 수 도 있고, 상기 캐소드 전극(110), 애노드 전극(120), 프라톤 전해질층(130) 및 이산화탄소-메탄 반응층(140) 중 어느 하나 이상과 케이스(170) 내부면 사이에 구비되어 상기 소자들을 직접 가열할 수 있도록 구비될 수도 있다.In addition, the methane-oxygen generator 100 includes a heating device 190 capable of heating the inside of the case 170, in particular, the carbon dioxide-methane reaction layer 140. Can be maintained. In this case, although the heating device 190 is illustrated as being attached to the outside of the case 170 in FIG. 2, the heating device 190 may be provided in the cathode space 115 and the anode space 125 inside the case 170. In addition, at least one of the cathode electrode 110, the anode electrode 120, the praton electrolyte layer 130 and the carbon dioxide-methane reaction layer 140 and the inner surface of the case 170 is provided to the device It may be provided so that it can be heated directly.

따라서, 본 발명의 메탄-산소 발생 장치 및 이를 이용한 이산화탄소와 물로부터 메탄과 산소를 제조하는 방법은 온실 효과의 주요 인자로 인식되는 이산화탄 소를 제거할 수 있을 뿐만 아니라 대기 중에 다량 존재하는 이산화탄소와 물을 이용하여 부가가치가 높은 메탄 및 산소를 제조할 수 있는 장치 및 그 제조 방법을 제공하고 있다.Therefore, the methane-oxygen generator of the present invention and a method for producing methane and oxygen from carbon dioxide and water using the same can not only remove carbon dioxide, which is recognized as a major factor of the greenhouse effect, The present invention provides a device capable of producing high value-added methane and oxygen using water, and a method of manufacturing the same.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.Although the present invention has been shown and described with reference to preferred embodiments as described above, it is not limited to the above-described embodiments and those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be possible.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 메탄-산소 발생 장치의 주요 구성 소자 및 상기 구성 소자들의 작용을 보여주는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing the main components of the methane-oxygen generator and the operation of the components according to an embodiment of the present invention.

도 2는 상기 도 1을 참조하여 설명한 메탄-산소 발생 장치의 전체적인 구성을 도시한 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view showing the overall configuration of the methane-oxygen generator described with reference to FIG. 1.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

100 : 메탄-산소 발생 장치 110 : 캐소드 전극100: methane-oxygen generator 110: cathode electrode

120 : 애노드 전극 130 : 프라톤 전해질층120: anode electrode 130: praton electrolyte layer

140 : 이산화탄소-메탄 반응층 150 : 전원140: carbon dioxide-methane reaction layer 150: power

160 : 프라톤 170 : 케이스160: Praton 170: case

190 : 가열 장치190: heating device

Claims (12)

전원 장치의 음극과 연결된 캐소드 전극;A cathode electrode connected with the cathode of the power supply; 전원 장치의 양극과 연결된 애노드 전극; 및An anode electrode connected to the anode of the power supply; And 상기 캐소드 전극 및 애노드 전극 사이에 구비되는 프라톤 전해질층;을 구비하며,And a praton electrolyte layer provided between the cathode electrode and the anode electrode. 상기 프라톤 전해질층과 이산화탄소가 반응하여 상기 캐소드 전극과 프라톤 전해질층 사이에 생성되는 이산화탄소-메탄 반응층;을 포함하며,And a carbon dioxide-methane reaction layer formed between the cathode electrode and the praton electrolyte layer by reacting the praton electrolyte layer with carbon dioxide. 상기 캐소드 전극 측에서는 이산화탄소를 공급받아 메탄을 생산하고, 상기 애노드 전극 측에서는 물을 공급받아 산소를 생산하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 메탄-산소 발생 장치.The cathode electrode side is supplied with carbon dioxide to produce methane, the anode electrode side is supplied with water to produce oxygen, characterized in that the methane-oxygen generator. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 프라톤 전해질층은 Y, Gd, Sn, Eu 및 Yb 중 어느 하나가 도핑된 BaCeO3또는 SrCeO3로 이루어진 것을 특징으로 하는 메탄-산소 발생 장치.The praton electrolyte layer is methane-oxygen generator, characterized in that consisting of BaCeO 3 or SrCeO 3 doped with one of Y, Gd, Sn, Eu and Yb. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 이산화탄소-메탄 반응층은 BaCO3 또는 SrCO3를 포함하는 것을 특징으로 하는 메탄-산소 발생 장치.Methane-oxygen generating device characterized in that the carbon dioxide-methane reaction layer comprises BaCO 3 or SrCO 3 . 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 메탄 반응 장치는 상기 캐소드 전극, 애노드 전극, 프라톤 전해질층 및 이산화탄소-메탄 반응층을 외부 환경으로부터 보호하는 케이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 메탄-산소 발생 장치.The methane reaction device further comprises a case for protecting the cathode electrode, the anode electrode, the praton electrolyte layer and the carbon dioxide-methane reaction layer from the external environment. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 메탄 반응 장치는 상기 케이스와 캐소드 전극 사이 및 상기 케이스와 애노드 전극 사이에 각각 캐소드 공간 및 애노드 공간을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 메탄-산소 발생 장치.The methane reactor comprises a cathode space and an anode space between the case and the cathode electrode, and between the case and the anode electrode, respectively. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, wherein 상기 케이스에는 상기 캐소드 공간에 이산화탄소를 공급할 수 있도록 하는 이산화탄소 공급관, 상기 애노드 공간에 물을 공급할 수 있는 물 공급관, 상기 캐 소드 공간으로부터 메탄을 인출하는 메탄 인출관 및 상기 애노드 공간으로부터 산소를 인출하는 산소 인출관을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 메탄-산소 발생 장치. The case includes a carbon dioxide supply pipe for supplying carbon dioxide to the cathode space, a water supply pipe for supplying water to the anode space, a methane extraction pipe for drawing methane from the cathode space, and oxygen for drawing oxygen from the anode space. A methane-oxygen generator, characterized by comprising a withdrawal pipe. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 캐소드 전극 및 애노드 전극은 각각 이산화탄소와 메탄 및 산소와 물이 통과할 수 있도록 하는 다공성 전극들인 것을 특징으로 하는 메탄-산소 발생 장치.The cathode electrode and the anode electrode is a methane-oxygen generator, characterized in that the porous electrodes through which carbon dioxide and methane and oxygen and water can pass through, respectively. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 메탄-산소 발생 장치는 상기 케이스 내부를 가열할 수 있는 가열 장치를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 메탄 반응 장치.The methane-oxygen generating device further comprises a heating device capable of heating the inside of the case. 캐소드 전극, 애노드 전극 및 Y, Gd, Sn, Eu 및 Yb 중 어느 하나가 도핑된 BaCeO3 또는 SrCeO3로 이루어진 프라톤 전해질층을 포함하는 메탄-산소 발생 장치를 가열하는 단계;Heating a methane-oxygen generating device comprising a cathode electrode, an anode electrode and a praton electrolyte layer composed of BaCeO 3 or SrCeO 3 doped with one of Y, Gd, Sn, Eu and Yb; 음전원이 공급되는 상기 캐소드 전극에는 이산화탄소를 공급하고, 양전원이 공급되는 상기 애노드 전극에는 물을 공급하는 단계;Supplying carbon dioxide to the cathode electrode to which a negative power is supplied, and supplying water to the anode electrode to which a positive power is supplied; 상기 애노드 전극 측에서는 공급된 물로부터 프라톤을 제공받아 상기 캐소드 전극 측으로 이동시키는 동시에 산소를 생성하는 단계;Receiving the praton from the supplied water at the anode electrode side and moving to the cathode electrode side to generate oxygen at the same time; 상기 캐소드 전극 측에서는 공급된 이산화탄소와 상기 프라톤 전해질이 반응하여 BaCO3 또는 SrCO3을 생성하는 단계; 및Reacting the supplied carbon dioxide and the praton electrolyte at the cathode electrode side to generate BaCO 3 or SrCO 3 ; And 상기 BaCO3 또는 SrCO3이 상기 애노드 전극 측에서 제공된 프라톤과 반응하여 메탄을 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소와 물로부터 메탄과 산소를 제조하는 방법.And reacting BaCO 3 or SrCO 3 with the praton provided at the anode electrode to generate methane. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 애노드 전극에서 공급된 물로부터 프라톤을 제공받는 현상은 갈바닉 현상인 것을 특징으로 하는 이산화탄소와 물로부터 메탄과 산소를 제조하는 방법.The method of producing methane and oxygen from carbon dioxide and water is characterized in that the phenomenon of receiving a praton from the water supplied from the anode is a galvanic phenomenon. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,The method according to claim 9 or 10, 상기 메탄-산소 발생 장치를 가열하는 온도는 600℃ 이상인 것을 특징으로 하는 이산화탄소와 물로부터 메탄과 산소를 제조하는 방법.The temperature for heating the methane-oxygen generator is a method of producing methane and oxygen from carbon dioxide and water, characterized in that more than 600 ℃. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 메탄-산소 발생 장치를 가열하는 온도는 700℃ 이상인 것을 특징으로 하는 이산화탄소와 물로부터 메탄과 산소를 제조하는 방법.Method for producing methane and oxygen from carbon dioxide and water, characterized in that the temperature for heating the methane-oxygen generator is 700 ℃ or more.
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