CN116791114A - 二氧化碳电解装置及二氧化碳电解装置的控制方法 - Google Patents

二氧化碳电解装置及二氧化碳电解装置的控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116791114A
CN116791114A CN202211053566.1A CN202211053566A CN116791114A CN 116791114 A CN116791114 A CN 116791114A CN 202211053566 A CN202211053566 A CN 202211053566A CN 116791114 A CN116791114 A CN 116791114A
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon dioxide
flow path
housing portion
gas
anode
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
CN202211053566.1A
Other languages
English (en)
Inventor
清田泰裕
丁香美
工藤由纪
御子柴智
北川良太
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Publication of CN116791114A publication Critical patent/CN116791114A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
    • C25B9/19—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/23—Carbon monoxide or syngas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/42—Electrodialysis; Electro-osmosis ; Electro-ultrafiltration; Membrane capacitive deionization
    • B01D61/422—Electrodialysis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/42—Electrodialysis; Electro-osmosis ; Electro-ultrafiltration; Membrane capacitive deionization
    • B01D61/422—Electrodialysis
    • B01D61/423—Electrodialysis comprising multiple electrodialysis steps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/42—Electrodialysis; Electro-osmosis ; Electro-ultrafiltration; Membrane capacitive deionization
    • B01D61/44—Ion-selective electrodialysis
    • B01D61/445—Ion-selective electrodialysis with bipolar membranes; Water splitting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/42—Electrodialysis; Electro-osmosis ; Electro-ultrafiltration; Membrane capacitive deionization
    • B01D61/44—Ion-selective electrodialysis
    • B01D61/46—Apparatus therefor
    • B01D61/463—Apparatus therefor comprising the membrane sequence AC or CA, where C is a cation exchange membrane
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/42—Electrodialysis; Electro-osmosis ; Electro-ultrafiltration; Membrane capacitive deionization
    • B01D61/44—Ion-selective electrodialysis
    • B01D61/46—Apparatus therefor
    • B01D61/465—Apparatus therefor comprising the membrane sequence AB or BA, where B is a bipolar membrane
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/42—Electrodialysis; Electro-osmosis ; Electro-ultrafiltration; Membrane capacitive deionization
    • B01D61/44—Ion-selective electrodialysis
    • B01D61/46—Apparatus therefor
    • B01D61/466—Apparatus therefor comprising the membrane sequence BC or CB
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B13/00—Diaphragms; Spacing elements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/02—Process control or regulation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/02—Process control or regulation
    • C25B15/023—Measuring, analysing or testing during electrolytic production
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/02—Process control or regulation
    • C25B15/023—Measuring, analysing or testing during electrolytic production
    • C25B15/025—Measuring, analysing or testing during electrolytic production of electrolyte parameters
    • C25B15/029—Concentration
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/02—Process control or regulation
    • C25B15/023—Measuring, analysing or testing during electrolytic production
    • C25B15/025—Measuring, analysing or testing during electrolytic production of electrolyte parameters
    • C25B15/029—Concentration
    • C25B15/031—Concentration pH
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/08—Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B3/00—Electrolytic production of organic compounds
    • C25B3/01—Products
    • C25B3/03—Acyclic or carbocyclic hydrocarbons
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B3/00—Electrolytic production of organic compounds
    • C25B3/01—Products
    • C25B3/07—Oxygen containing compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/60—Constructional parts of cells
    • C25B9/65—Means for supplying current; Electrode connections; Electric inter-cell connections
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
    • B01D2311/04—Specific process operations in the feed stream; Feed pretreatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B3/00—Electrolytic production of organic compounds
    • C25B3/20—Processes
    • C25B3/25—Reduction
    • C25B3/26—Reduction of carbon dioxide
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明涉及二氧化碳电解装置及其控制方法。本发明的目的是提高二氧化碳电解装置的二氧化碳利用率。二氧化碳电解装置具备：具有阴极流路、阳极流路、阴极、阳极和第1隔膜的二氧化碳电解槽；供给第1电流的第1电流调节器；将从阳极流路排出的第1流体分离为第1液体和第1气体的第1气液分离器；具有第1收容部、第1电极、第2收容部、第2电极、第3收容部、第4收容部、第2隔膜、第3隔膜和第4隔膜的电透析槽；供给第2电流的第2电流调节器；对第1气体的流量或含在第1气体中的二氧化碳的浓度进行检测的第1检测器、及对第1流体的pH或至少一种离子的浓度进行检测的第2检测器中的至少一个检测器；和基于至少一项检测信号来调节第2电流的值的第1控制器。

Description

二氧化碳电解装置及二氧化碳电解装置的控制方法
本申请以日本专利申请2022-040387(申请日：3/15/2022)为基础并从上述申请享受优先权。本申请通过参照上述申请而包含该申请的全部内容。
技术领域
本发明的实施方式涉及二氧化碳电解装置及二氧化碳电解装置的控制方法。
背景技术
近年来，作为对脱碳化的尝试，通过电化学将二氧化碳(CO2)还原，转换为一氧化碳(CO)、甲酸(HCOOH)、甲醇(CH3OH)、甲烷(CH4)、乙醇(C2H5OH)、乙烷(C2H6)、乙烯(C2H4)等化学物质(化学能)的二氧化碳电解技术备受瞩目。对于具有由隔膜分离的两室的二氧化碳电解槽，由于导入至电解槽中的二氧化碳的一部分从阴极流路移动至阳极流路，且因与电解液一同移动而被从阳极流路排出，所以存在二氧化碳利用率下降的问题。
发明内容
本发明要解决的课题是提高二氧化碳电解装置的二氧化碳利用率。
实施方式的二氧化碳电解装置具备：二氧化碳电解槽，所述二氧化碳电解槽具有流通二氧化碳的阴极流路、流通含水的电解液的阳极流路、面向阴极流路且通过对二氧化碳进行还原而生成碳化合物的阴极、面向阳极流路且通过对水进行氧化而生成氧的阳极、和设在阳极流路与阴极流路之间的第1隔膜；第1电流调节器，其向阳极与阴极之间供给第1电流；第1气液分离器，其将从阳极流路排出的第1流体分离为第1液体和第1气体；电透析槽，所述电透析槽具有第1收容部、配置在第1收容部中的第1电极、第2收容部、配置在第2收容部中的第2电极、设在第1收容部与第2收容部之间且收容从第1气液分离器供给的第1液体的第3收容部、设在第3收容部与第2收容部之间的第4收容部、设在第1收容部与第3收容部之间的第2隔膜、设在第2收容部与第4收容部之间的第3隔膜、和设在第3收容部与第4收容部之间的第4隔膜；第2电流调节器，其向第1电极与第2电极之间供给第2电流；检测器，其选自对第1气体的流量或含在第1气体中的二氧化碳的浓度进行检测的第1检测器、及对第1流体的pH或含在第1流体中的至少一种离子的浓度进行检测的第2检测器中的至少一个；和第1控制器，其基于来自至少一个检测器的至少一项检测信号来控制第2电流调节器，调节第2电流的值。
实施方式的二氧化碳电解装置的控制方法，其中，所述二氧化碳电解装置具备：
二氧化碳电解槽，所述二氧化碳电解槽具有流通二氧化碳的阴极流路、流通含水的电解液的阳极流路、面向所述阴极流路且通过对所述二氧化碳进行还原而生成碳化合物的阴极、面向所述阳极流路且通过对所述水进行氧化而生成氧的阳极、和设在所述阳极流路与所述阴极流路之间的第1隔膜；
第1气液分离器，其将从所述阳极流路排出的第1流体分离为第1液体和第2气体；和
电透析槽，所述电透析槽具有第1收容部、配置在所述第1收容部中的第1电极、第2收容部、配置在所述第2收容部中的第2电极、设在所述第1收容部与所述第2收容部之间且收容从所述第1气液分离器供给的所述第1液体的第3收容部、设在所述第3收容部与所述第2收容部之间的第4收容部、设在所述第1收容部与所述第3收容部之间的第2隔膜、设在所述第2收容部与所述第4收容部之间的第3隔膜、和设在所述第3收容部与所述第4收容部之间的第4隔膜；
所述方法具备下述步骤：
将从所述阳极流路排出的所述第1流体分离为所述第1液体和所述第1气体，对选自所述第1气体的流量或含在所述第1气体中的二氧化碳的浓度、及所述第1流体的pH或含在所述第1流体中的至少一种离子的浓度中的至少一项进行检测的步骤；和
基于所述至少一项的检测结果，调节供给至所述电透析槽的电流的值的步骤。
附图说明
图1是表示第1实施方式的二氧化碳电解装置的构成例的示意图。
图2是表示第1实施方式的二氧化碳电解槽100的结构例的示意图。
图3是表示电透析槽的结构例的示意图。
图4是表示电透析槽的另一结构例的示意图。
图5是表示第2实施方式的二氧化碳电解槽100的结构例的示意图。
图6是表示实施例的二氧化碳电解装置的构成的示意图。
图7是表示各电流密度下的生成气体中的二氧化碳浓度的图。
图8是表示各电流密度下的通过阳极流路102后的电解液的pH的图。
图9是表示阳极排气的二氧化碳浓度和电解液pH的关系的图。
(符号说明)
1：二氧化碳电解装置，1A：二氧化碳电解装置，31：气液分离器，32：气液分离器，34：流量计，41：二氧化碳检测器，42：二氧化碳检测器，43：pH-离子浓度检测器，44：水质检测器，51：电流调节器，52：电流调节器，61：泵，62：排放阀，63：泵，64：泵，71：二氧化碳供给源，72：二氧化碳流量调节器，73：氩供给源，81：控制器，82：控制器，91：气体排气路径，92：电解液路径，93：电解液罐，94：电解液供给源，100：二氧化碳电解槽，101：阴极流路，102：阳极流路，103：隔膜，104：阴极，105：阳极，106：供给流路，107：供给流路，108：排出流路，109：供给流路，110：排出流路，121：流路板，122：流路板，123：阴极流路，124：阳极流路，124：流路板，125：集电体，126：集电体，200：电透析槽，201：收容部，202：收容部，203：收容部，204：收容部，205：电极，206：电极，207：隔膜，208：隔膜，209：隔膜，211：供给流路，212：排出流路，213：供给流路，214：排出流路，215：供给流路，216：排出流路，217：供给流路，218：排出流路。
具体实施方式
以下，参照附图对实施方式的二氧化碳电解装置进行说明。再者，在各实施方式中，实质上对同一构成部位标记同一符号，有时部分省略其说明。附图是示意图，各部的厚度与平面尺寸的关系、各部的厚度的比率等有时与实际不同。
再者，本说明书中，所谓“连接”，除特别指定时以外，不仅包括直接的连接，而且还包括间接的连接。
(第1实施方式)
图1是表示第1实施方式的二氧化碳电解装置的图。图1所示的二氧化碳电解装置1具备：二氧化碳电解槽100、电透析槽200、二氧化碳检测器41、二氧化碳检测器42、pH-离子浓度检测器43、气液分离器31、气液分离器32、水质检测器44、向二氧化碳电解槽100供给电流的电流调节器51、电流调节器52、泵61、排放阀62、泵63、泵64、二氧化碳供给源71、二氧化碳流量调节器72、控制器81、控制器82和电解液罐93。
图2是表示第1实施方式中的二氧化碳电解槽100的结构例的示意图。图2所示的二氧化碳电解槽100具备：阴极流路101、阳极流路102、隔膜103、阴极104、阳极105、供给流路106、供给流路107、排出流路108、供给流路109和排出流路110。各流路也可以根据需要与泵连接。
阴极流路101例如设在可收容二氧化碳的第1收容部中。二氧化碳例如可作为含有其的第1电解液的形式收容在阴极流路101内。第1电解液作为阴极溶液发挥功能，含有二氧化碳作为要还原的物质。作为存在于第1电解液中的二氧化碳的形态，不需要为气体状，可以是溶解的二氧化碳，或也可以是碳酸根离子(CO3 2-)及碳酸氢根离子(HCO3 -)等形态。第1电解液也可以含有氢离子及氢氧根离子，此外优选为水溶液。
阳极流路102例如设在可收容含水的第2电解液或水蒸气的第2收容部中。第2电解液作为阳极溶液发挥功能，含有例如水(H2O)、氯化物离子(Cl-)、碳酸根离子(CO3 2-)、碳酸氢根离子(HCO3 -)等作为被氧化物质。第2电解液也可以是醇水溶液、胺等有机物水溶液等。
通过变更含在第1电解液及第2电解液中的水量及电解液成分，能够使反应性变化，改变要还原的物质的选择性及生成的化学物质的比例。第1及第2电解液也可以根据需要含有氧化还原对。作为氧化还原对，例如可列举Fe3+/Fe2+及IO3 -/I-。
第1收容部及第2收容部例如可由石英白板玻璃、丙烯酸树脂(PMMA)、聚苯乙烯(PS)等形成。在阴极流路101及阳极流路102的一部分中采用透过光的材料，在剩余部分中也可以采用树脂材料。树脂材料的例子例如包括聚醚醚酮(PEEK)、聚酰胺(PA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚甲醛(POM)(共聚物)、聚苯醚(PPE)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)等。第1收容部及第2收容部也可以具有用于收容含在反应物或产物中的气体的空间。
第1收容部及第2收容部内的压力优选设定为二氧化碳不液化的压力，例如优选调整在0.1MPa以上且6.4MPa以下的范围内。如果收容部内的压力低于0.1MPa，则存在二氧化碳的还原反应效率下降的顾虑。如果收容部内的压力超过6.4MPa则存在二氧化碳液化、二氧化碳的还原反应效率下降的顾虑。再者，有时因第1收容部及第2收容部的压差而产生隔膜103的破损等。因此，优选将第1收容部及第2收容部的压力的差(压差)设为1MPa以下。
电解液的温度越低则二氧化碳的溶解量越高，但从二氧化碳电解的观点出发，低温时随着溶液电阻增高，反应的理论电压也提高，因此是不利的。另一方面，如果电解液的温度高，则二氧化碳的溶解量降低，但作为二氧化碳电解是有利的。因此，二氧化碳电解槽100的运转温度条件优选在中温区，例如为大气温度以上且电解液的沸点以下的范围。当电解液为水溶液时，优选为10℃以上且100℃以下，更优选为25℃以上且80℃以下。再者，在向阴极流路101中填充含有二氧化碳的原料气体，向阳极流路102中填充水蒸气的情况下，可在更高温下运转。在此种情况下，考虑隔膜103等部件的耐热性而确定运转温度。在隔膜103为离子交换膜等时，运转温度最大为180℃，在为Teflon(注册商标)等高分子多孔质膜时，最大温度达到300℃。第1电解液和第2电解液也可以是含有不同的物质的电解液，也可以是含有相同的物质的相同电解液。在第1电解液和第2电解液含有相同的物质及相同的溶剂时，也可以将第1电解液和第2电解液看成为1种电解液。此外，第1电解液的pH也可以高于第2电解液的pH。由此，氢离子及氢氧根离子等离子容易经由隔膜103移动。此外，通过由pH的差带来的液间电位差能够有效地进行氧化还原反应。
第1电解液优选为二氧化碳的吸收率高的溶液。二氧化碳在第1电解液中的存在形态不一定局限于溶解的状态，在第1电解液中也可以混合存在气泡状的二氧化碳。作为含有二氧化碳的电解液，例如可列举含有碳酸氢锂(LiHCO3)、碳酸氢钠(NaHCO3)、碳酸氢钾(KHCO3)、碳酸氢铯(CsHCO3)、碳酸钠(Na2CO3)、碳酸钾(K2CO3)那样的碳酸氢盐或碳酸盐、磷酸、硼酸等的水溶液。含有二氧化碳的电解液也可以含有甲醇、乙醇等醇类、丙酮等，也可以是醇溶液。第1电解液也可以是使二氧化碳的还原电位降低的、离子传导性高的、含有吸收二氧化碳的二氧化碳吸收剂的电解液。
作为第2电解液，能够采用使用了水(H2O)的溶液，例如含有任意的电解质的水溶液。该溶液优选为可促进水的氧化反应的水溶液。作为含有电解质的水溶液，例如可列举含有磷酸根离子(PO4 2-)、硼酸根离子(BO3 3-)、氢离子(H+)、钠离子(Na+)、钾离子(K+)、钙离子(Ca2+)、锂离子(Li+)、铯离子(Cs+)、镁离子(Mg2+)、氯化物离子(Cl-)、碳酸氢根离子(HCO3 -)、碳酸根离子(CO3 -)、氢氧根离子(OH-)等的水溶液。
作为上述的电解液，例如能够采用由咪唑鎓离子及吡啶鎓离子等阳离子和BF4 -及PF6 -等阴离子的盐构成的、在较宽的温度范围内为液体状态的离子液体或其水溶液。另外，作为其它的电解液，可列举乙醇胺、咪唑、吡啶等胺溶液或其水溶液。作为胺，可列举伯胺、仲胺、叔胺等。这些电解液具有离子传导性高、吸收二氧化碳的性质，也可以具有降低还原能力的特性。
作为伯胺，可列举甲胺、乙胺、丙胺、丁胺、戊胺、己胺等。胺的烃也可以用醇类或卤素等取代。作为胺的烃被取代得到的物质，可列举甲醇胺、乙醇胺、氯甲基胺等。此外，也可以存在不饱和键。这些烃在仲胺、叔胺中也同样。
作为仲胺，可列举二甲胺、二乙胺、二丙胺、二丁胺、二戊胺、二己胺、二甲醇胺、二乙醇胺、二丙醇胺等。被取代的烃也可以不相同。这在叔胺中也同样。例如，作为烃不同的物质，可列举甲基乙基胺、甲基丙基胺等。
作为叔胺，可列举三甲胺、三乙胺、三丙胺、三丁胺、三己胺、三甲醇胺、三乙醇胺、三丙醇胺、三丁醇胺、三己醇胺、甲基二乙胺、甲基二丙基胺等。
作为离子液体的阳离子，可列举1-乙基-3-甲基咪唑鎓离子、1-甲基-3-丙基咪唑鎓离子、1-丁基-3-甲基咪唑鎓离子、1-甲基-3-戊基咪唑鎓离子、1-己基-3-甲基咪唑鎓离子等。
咪唑鎓离子的2位也可以被取代。作为取代咪唑鎓离子的2位的阳离子，可列举1-乙基-2,3-二甲基咪唑鎓离子、1,2-二甲基-3-丙基咪唑鎓离子、1-丁基-2,3-二甲基咪唑鎓离子、1,2-二甲基-3-戊基咪唑鎓离子、1-己基-2,3-二甲基咪唑鎓离子等。
作为吡啶鎓离子，可列举甲基吡啶鎓、乙基吡啶鎓、丙基吡啶鎓、丁基吡啶鎓、戊基吡啶鎓、己基吡啶鎓等。咪唑鎓离子及吡啶鎓离子都可以有烷基被取代，也可以存在不饱和键。
作为阴离子，可列举氟化物离子(F-)、氯化物离子(Cl-)、溴化物离子(Br-)、碘化物离子(I-)、BF4 -、PF6 -、CF3COO-、CF3SO3 -、NO3 -、SCN-、(CF3SO2)3C-、双(三氟甲氧基磺酰基)酰亚胺、双(全氟乙基磺酰基)酰亚胺等。也可以是通过烃连接离子液体的阳离子和阴离子的双极离子。再者，也可以向阴极流路101、阳极流路102中供给磷酸钾溶液等缓冲溶液。
隔膜103可设在阴极流路101与阳极流路102之间，将阴极流路101和阳极流路102隔开。隔膜103可使氢离子(H+)、氢氧根离子(OH-)、碳酸根离子(CO2 3-)、碳酸氢根离子(HCO3 -)等离子移动。
作为隔膜103，可使用能够使阴离子或阳离子选择性地流通的膜。由此，能够将分别与阴极104及阳极105接触的电解液设定为含有不同物质的电解液，而且能够通过离子强度的差异、pH的差异等促进还原反应、氧化反应。通过采用隔膜103，能够分离第1电解液和第2电解液。隔膜103也可以具有使含在浸渍有两电极的电解液中的一部分离子透过的功能，即遮蔽含在电解液中的1种以上的离子的功能。由此，例如能够将两个电解液设定为不同pH的溶液。
作为隔膜103，例如可使用ASTOM公司的Neosepta(注册商标)、旭硝子公司的Selemion(注册商标)、Aciplex(注册商标)、Fumatech公司的Fumasep(注册商标)、fumapem(注册商标)、杜邦公司的将聚四氟乙烯磺化聚合的氟树脂即Nafion(注册商标)、LANXESS公司的lewabrane(注册商标)、IONTECH公司的IONSEP(注册商标)、PALL公司的Mustang(注册商标)、mega公司的ralex(注册商标)、GORE-TEX公司的GORE-TEX(注册商标)等离子交换膜。此外，也可以采用将烃作为基本骨架的膜或在阴离子交换中具有胺基的膜来构成离子交换膜。当在第1电解液与第2电解液之间具有pH差时，通过采用层叠阳离子交换膜和阴离子交换膜而成的双极膜，能够以稳定地维持各个电解液的pH的状态使用。
隔膜103除离子交换膜以外，例如还可使用硅树脂、氟系树脂(全氟烷氧基烷烃(PFA)、全氟乙烯丙烯共聚物(FEP)、聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)、乙烯-氯三氟乙烯共聚物(ECTFE)、聚醚砜(PES)等、陶瓷的多孔质膜、填充了玻璃过滤器及琼脂等的填充物、沸石及氧化物等绝缘性多孔质体等。特别是，亲水性的多孔质膜由于不会产生由气泡造成的孔眼堵塞，所以优选作为隔膜103。
阴极104面对阴极流路101。阴极104是通过对二氧化碳进行还原而生成碳化合物的电极(还原电极)。阴极104配置在第1收容部的内部，浸渍在第1电解液中。阴极104含有例如还原催化剂，其用于通过二氧化碳的还原反应来生成碳化合物。作为还原催化剂，可列举可使用于还原二氧化碳的活化能减少的材料。换句话讲，可列举能使通过二氧化碳的还原反应来生成碳化合物时的过电压降低的材料。
作为阴极104，例如能够使用金属材料或碳材料。作为金属材料，例如能够使用金、铝、铜、银、铂、钯、锌、汞、铟、镍、钛等金属、含有该金属的合金等。作为碳材料，例如能够使用石墨烯、碳纳米管(Carbon Nanotube：CNT)、富勒烯、科琴黑等。再者，并不局限于这些，作为还原催化剂，例如也可以使用Ru络合物或Re络合物等金属络合物、具有咪唑骨架或吡啶骨架的有机分子。还原催化剂也可以是多种材料的混合物。阴极104例如也可以具有在导电性基材上设置了薄膜状、格子状、粒子状、丝状等的还原催化剂的结构。
作为通过阴极104中的还原反应而生成的碳化合物，因还原催化剂的种类等而不同，例如可列举一氧化碳(CO)、甲酸(HCOOH)、甲烷(CH4)、甲醇(CH3OH)、乙烷(C2H6)、乙烯(C2H4)、乙醇(C2H5OH)、甲醛(HCHO)、乙二醇(C2H6O2)等。此外，阴极中，有时与二氧化碳(CO2)的还原反应同时，发生生成氢(H2)的副反应。
阳极105面对阳极流路102。阳极105是对第2电解液中的物质及离子等被氧化物质进行氧化的电极(氧化电极)。例如，通过对水进行氧化而生成氧及过氧化氢水，或通过对氯化物离子(Cl-)进行氧化而生成氯。阳极105配置在第2收容部的内部，浸渍在第2电解液中。阳极105含有被氧化物质的氧化催化剂。作为氧化催化剂，可采用能使对被氧化物质进行氧化时的活化能减少的材料，换句话讲可采用能使反应过电压降低的材料。
作为氧化催化剂，例如可列举钌、铱、铂、钴、镍、铁、锰等金属。此外，能够使用二元系金属氧化物、三元系金属氧化物、四元系金属氧化物等。作为二元系金属氧化物，例如可列举氧化锰(Mn-O)、氧化铱(Ir-O)、氧化镍(Ni-O)、氧化钴(Co-O)、氧化铁(Fe-O)、氧化锡(Sn-O)、氧化铟(In-O)、氧化钌(Ru-O)等。作为三元系金属氧化物，例如可列举Ni-Fe-O、Ni-Co-O、La-Co-O、Ni-La-O、Sr-Fe-O等。作为四元系金属氧化物，例如可列举Pb-Ru-Ir-O、La-Sr-Co-O等。再者，并不局限于这些，作为氧化催化剂还能够使用含钴、镍、铁、锰等的金属氢氧化物、Ru络合物及Fe络合物等金属络合物。此外，也可以混合使用多种材料。
阳极105也可以是含有氧化催化剂和导电性材料双方的复合材料。作为导电性材料，例如可列举碳黑、活性炭、富勒烯、碳纳米管、石墨烯、科琴黑、金刚石等碳材料、铟锡氧化物(ITO)、氧化锌(ZnO)、掺杂氟的氧化锡(Fluorine-doped Tin Oxide：FTO)、掺杂铝的氧化锌(Aluminum-doped Zinc Oxide：AZO)、掺杂锑的氧化锡(Antimony-doped Tin Oxide：ATO)等透明导电性氧化物、Cu、Al、Ti、Ni、Ag、W、Co、Au等金属、含有这些金属中的至少1种的合金。阳极105例如也可以具有在导电性基材上设置了薄膜状、格子状、粒子状、丝状等的氧化催化剂的结构。作为导电性基材，例如可采用包括钛、钛合金或不锈钢的金属材料。
供给流路106与阴极流路101连接。二氧化碳电解槽100可从供给流路106将含有二氧化碳的原料气体供给至阴极流路101中。图2所示的供给流路106在阴极流路101的内部延伸地设置，但供给流路106的位置并不限定于图2所示的位置。
供给流路107与阴极流路101连接。二氧化碳电解槽100可经由供给流路107将第1电解液供给至收容部101中。
排出流路108与阴极流路101连接。二氧化碳电解槽100可经由排出流路108从阴极流路101将含有反应气体及第1电解液的流体排出。
供给流路109与阳极流路102连接。二氧化碳电解槽100可经由供给流路109将第2电解液供给至阳极流路102中。
排出流路110与阳极流路102连接。二氧化碳电解槽100可经由排出流路110从阳极流路102将含有反应气体及第2电解液的流体排出。
图3及图4是表示电透析槽200的结构例的示意图。图3所示的电透析槽200具备：收容部201、收容部202、收容部203、收容部204、电极205、电极206、隔膜207、隔膜208、隔膜209、供给流路211、排出流路212、供给流路213、排出流路214、供给流路215、排出流路216、供给流路217和排出流路218。
收容部201配置在收容部203的外侧。
收容部202配置在收容部204的外侧。
收容部203设在收容部201与收容部202之间。收容部203例如可收容含有离子化的二氧化碳的液体。
收容部204设在收容部202与收容部203之间。收容部204例如可收容电解液。
电极205配置在收容部201内。电极206配置在收容部202内。电极205及电极206根据装置构成而改变极性。也就是说，当电极205及电极206中的一方为阳极时，则另一方为阴极。
作为电极205及电极206的材料，例如能够使用金、铝、铜、银、铂、钯、锌、汞、铟、镍、钛等单质金属及含有该金属的合金等金属材料及石墨烯、碳纳米管等碳材料。
隔膜207设在收容部201与收容部203之间，将收容部201和收容部203隔开。
隔膜208设在收容部202与收容部204之间，将收容部202和收容部204隔开。
隔膜209设在收容部203与收容部204之间，将收容部203和收容部204隔开。
隔膜207、隔膜208及隔膜209分别例如为阳离子交换膜、阴离子交换膜或将阳离子交换膜和阴离子交换膜贴合而成的双极膜。从电流调节器52向电极205与电极206之间供给电流时的极性的朝向、及排出的二氧化碳再生液和碱性再生液与排出流路212及排出流路214中的哪个对应，可通过采用的隔膜的位置和种类来决定。
供给流路211与收容部201连接。电透析槽200可采用泵63，从电解液罐93经由供给流路211将电解液供给至收容部201。
排出流路212与收容部201连接。电透析槽200可将收容部201中产生的气体及含有第1电解液或第2电解液的流体从收容部201中排出。
供给流路213与收容部202连接。电透析槽200可采用泵64从电解液罐93经由供给流路213将电解液供给至收容部202。
排出流路214与收容部202连接。电透析槽200可将收容部202中产生的气体及含有第1电解液或第2电解液的流体从收容部202中排出。
供给流路215与收容部203连接。供给流路215也可以连接在气液分离器31上。电透析槽200可将经由供给流路215从排出流路108中排出的反应气体及从含有第2电解液的流体中分离的阳极排液供给至收容部203。
排出流路216与收容部203连接。供给流路215也可以连接在气液分离器32上。电透析槽200可经由排出流路216从收容部203将含有气体及液体的流体排出。
供给流路217与收容部204连接。供给流路217也可以连接在气液分离器32上。电透析槽200可将通过气液分离器32分离的液体作为循环液经由供给流路217供给至收容部204中。
排出流路218与收容部204连接。排出流路218也可以连接在泵61上。电透析槽200可经由排出流路218将含有气体及液体的流体排出。
电透析槽200如图4那样，将由收容部203、收容部204、隔膜207、隔膜209、供给流路215、排出流路216、供给流路217及排出流路218构成的构成单位作为槽构成单位U，也可以是将多个槽构成单位U夹在收容部201与收容部202之间排列的结构。在图4所示的结构中，为了形成左右对称，也可以取代含在槽构成单位U中的隔膜207，而使用隔膜208。此外，也可以根据隔膜的组合及施加给电极的电压的符号，使收容部203和收容部204的位置关系相反。
气液分离器31配置在二氧化碳电解槽100的后段。气液分离器31将从二氧化碳电解槽100的阳极流路102排出的流体分离成第1液体(阳极排液)和第1气体(阳极排气)。气液分离器31具有例如气液分离膜。
气液分离器32配置在电透析槽200的后段。气液分离器32将从电透析槽200的排出流路216排出的流体分离成第2液体和第2气体。气液分离器32具有例如气液分离膜。
二氧化碳检测器41可对从二氧化碳电解槽100的阴极流路101排出的流体中所含的二氧化碳的浓度进行检测。根据由二氧化碳检测器41测定的二氧化碳浓度，使供给至二氧化碳电解槽100的阴极流路101中的二氧化碳的流量变化，由此可以将从阴极流路101排出的流体中的二氧化碳浓度调整到最佳的值。由此，能够简化或不需要对从阴极流路101排出的流体中的二氧化碳浓度进行调整的机构或工序，能够使二氧化碳电解装置1及有价物制造系统低成本化。
二氧化碳检测器42可对从电透析槽200的收容部203排出的流体中所含的二氧化碳的浓度进行检测。
关于二氧化碳检测器41及二氧化碳检测器42，作为二氧化碳检测器41的例子，可列举气相色谱法(GC)、采用比热、IR吸收等方式的二氧化碳浓度计等。
pH-离子浓度检测器43可对从二氧化碳电解槽100的阳极流路102排出的流体的pH或含在该流体中的至少一种离子进行检测。pH-离子浓度检测器43也可以连接在排出流路110或气液分离器31的后段。
水质检测器44通过对由气液分离器31分离的阳极排液中所含的至少一种成分的浓度进行检测，可监视阳极排液的水质。水质检测器44的检测方式可以是提取一部分液体采用液相色谱法进行分析的方式、或检测特定的化合物的方式。水质检测器44也可以连接在气液分离器31的后段，也可以连接在泵61的前后。
电流调节器51连接在二氧化碳电解槽100上。电流调节器51可向二氧化碳电解槽100的阴极104与阳极105之间供给第1电流。
电流调节器52连接在电透析槽200上。电流调节器52可向电透析槽200的电极205与电极206之间供给第2电流。
电流调节器51及电流调节器52例如具有从发电站供给的交流电源、经由转换电路的直流电源以外，也可以具有可变电源、即将可再生能源转换成电能供给的电源。作为这样的电源的例子，可列举将风力、水力、地热、潮汐力等的动能及势能转换成电能的电源、具有将光能转换成电能的光电转换元件的太阳能电池那样的电源、将化学能转换成电能的燃料电池或蓄电池等电源、将声音等的振动能转换成电能的装置等。另外，电流调节器51及电流调节器52也可以具有控制上述电源的电源控制器。
泵61配置在电透析槽200的后段。泵61可将从收容部204排出的流体供给至二氧化碳电解槽100的阳极流路102。
排放阀62配置在电透析槽200的后段。排放阀62可从电解液路径92供给第1电解液或排出阳极排液的一部分。
排放阀62可以连接在气液分离器31的后段，也可以连接在泵61的前后。
泵63例如配置在供给流路211的中途。泵63可从电解液罐93将除去了气体的电解液供给至收容部201。
泵64例如配置在供给流路213的中途。泵64可从电解液罐93将除去了气体的电解液供给至收容部201。
二氧化碳供给源71可收容用于供给至二氧化碳电解槽100的阴极流路101中的二氧化碳。
二氧化碳流量调节器72设在二氧化碳供给源71与二氧化碳流量调节器72之间。二氧化碳流量调节器72采用质量流量控制器等对供给至阴极流路101中的含有二氧化碳的流体的流量进行调节。通过利用二氧化碳流量调节器72来增减供给至阴极流路101中的二氧化碳量，能够对从阴极流路101排出的流体中的未反应的二氧化碳浓度进行调节，可提高二氧化碳利用率，并使生成气体中的二氧化碳浓度稳定化。
控制器81分别与二氧化碳检测器41、水质检测器44、排放阀62及二氧化碳流量调节器72连接。图1以虚线表示控制器81中的信号的流动。控制器81能够根据基于来自二氧化碳检测器41的检测信号而生成的控制信号，控制二氧化碳流量调节器72，将从二氧化碳供给源71供给至阴极流路101中的流体的流量调节到适当的值。控制器81能够基于来自水质检测器44的检测信号控制排放阀62，进行从电解液路径92补充电解液等液体或向电解液路径92排出第1液体的操作。
控制器82分别与二氧化碳检测器42、pH-离子浓度检测器43、水质检测器44、电流调节器52及泵61连接。图1以虚线表示控制器82中的信号的流动。控制器82能够根据基于来自二氧化碳检测器42、pH-离子浓度检测器43及水质检测器44中的至少一个的至少一项检测信号而生成的控制信号，控制电流调节器52，调节供给至电透析槽200中的第2电流的值，根据生成的控制信号控制泵61，对供给至阳极流路102中的流体的流量进行调节。
电解液罐93可收容从排出流路212及排出流路214排出的电解液。电解液罐93也可以具有气体排出部或气液分离膜，其用于从由排出流路212及排出流路214排出的流体中除去气体。
接着，对二氧化碳电解槽100的工作例进行说明。这里，对作为第1电解液采用含二氧化碳的水溶液，作为第2电解液采用氢氧化钾水溶液，通过阴极104对二氧化碳进行还原主要生成乙烯，通过阳极105对水或氢氧根离子进行氧化生成氧时的情况进行叙述。
如果对阴极104与阳极105之间施加电解电压以上的电压，则在与第1电解液接触的阴极104附近产生二氧化碳的还原反应。如下述的式(1)所示的那样，通过从电源供给的电子(e-)，含在第1电解液中的二氧化碳被还原，生成乙烯(C2H4)和氢氧根离子(OH-)。所生成的氢氧根离子(OH-)的一部分与二氧化碳反应，生成碳酸氢根离子(HCO3 -)、碳酸根离子(CO3 2-)(式(2)、式(3))。通过阴极104与阳极105之间的电压，氢氧根离子、碳酸氢根离子、碳酸根离子的一部分经由隔膜103向第2电解液中移动。再者，二氧化碳的还原反应并不局限于乙烯的生成反应，也可以是一氧化碳、乙醇、乙烷、甲烷、甲醇、甲酸、醋酸、丙醇等的生成反应。
2CO2+8H2O+12e-→C2H4+12OH- (1)
12CO2+12OH-→12HCO3 - (2)
HCO3 -+OH-←→CO3 2-+H2O (3)
在与第2电解液接触的阳极105附近，产生水的氧化反应。如下述的式(4)所示的那样，产生含在第2电解液中的H2O的氧化反应，失去电子，生成氧(O2)和氢离子(H+)。
6H2O→12H++3O2+12e- (4)
所生成的氢离子(H+)与第2电解液中和，决定阳极105附近的pH。经由隔膜103移动过来的碳酸氢根离子(HCO3 -)或碳酸根离子(CO3 2-)，根据阳极105附近的pH，通过式(5)的平衡反应以直接作为液体溶入的原状、或与作为二氧化碳产生的氧一同从排出流路110排出。在式(5)的平衡反应中pH越高(越接近碱性)则平衡越向右移动。
CO2+H2O←→HCO3 -+H+←→CO3 2-+2H+ (5)
如上所述，在阴极104处生成氢氧根离子时，供给的电流量越大则越多地产生氢氧根离子，使大量的二氧化碳溶入第1电解液中，向阳极105侧移动。也就是说，电流量越大则越在二氧化碳还原反应中不使用大量的二氧化碳，使二氧化碳利用率下降。此外，认为还发生供给至阴极104侧的二氧化碳的一部分溶入电解液中，通过隔膜103向阳极105移动的现象(交换)。
在二氧化碳电解装置1中，在电透析槽200中将以二氧化碳气体原状或作为碳酸氢根离子或碳酸根离子移动至阳极105侧的二氧化碳再生为二氧化碳气体，再次将其供给至二氧化碳电解槽100中，从而提高装置整体的二氧化碳利用率。
作为二氧化碳还原反应中未使用的二氧化碳的回收方法，已知有用洗涤塔吸收二氧化碳气体，用电透析槽再生的方法。与此相对应，在二氧化碳电解装置1中，能够在不使用洗涤塔的情况下再生二氧化碳气体。
由于在电透析槽200中将溶入第2电解液中的碳酸根离子或碳酸氢根离子再生为二氧化碳，所以需要使移动至阳极105侧的二氧化碳气体通过式(5)的平衡反应作为碳酸根离子或碳酸氢根离子的形式溶解于溶液中。因此需要通过调节阳极105附近的流体的pH来使式(5)的平衡反应向右移动。阳极105附近的流体的pH可根据从连接在供给流路109上的泵61供给至阳极流路102中的流体的流量、及通过阳极流路102之前的第2电解液的pH、对二氧化碳电解槽100的供给电流量来决定。
产生式(5)的平衡反应的阳极105附近的流体的pH可通过pH-离子浓度检测器43来测定。
当在式(5)的平衡反应中比二氧化碳以碳酸氢根离子或碳酸根离子存在的pH低时，即移动至阳极105侧的二氧化碳没有完全溶解于溶液中时，可通过从泵61供给至阳极流路102中的流体的流量、或供给至电透析槽200中的电流量、即通过阳极流路102之前的第2电解液的pH，调节至移动至阳极105侧的二氧化碳的大部分以碳酸氢根离子或碳酸根离子存在的pH。认为在pH为大约8.35以上时，水溶液中的二氧化碳大部分以碳酸氢根离子或碳酸根离子存在，因而进行使pH-离子浓度检测器43测定的pH达到8.35以上那样的控制。
由排出流路110排出的气液双相流的流体通过气液分离器31被分离为阳极排气和阳极排液，阳极排气通过与气液分离器31连接的气体排气路径91被回收或废弃，阳极排液继续通过供给流路215被供给至电透析槽200的收容部203中。
阳极排气的例子除氧、二氧化碳以外，还有一氧化碳、乙烯等通过二氧化碳还原反应而生成的气体产物经由隔膜103移动至阳极105侧混合而成的混合气体等。关于阳极排气，用二氧化碳检测器42测定其气体成分，在二氧化碳浓度达到某一定值以上时，通过调节泵61的流量或供给至电透析槽200中的电流量可控制电解液的pH，使含在阳极排气中的二氧化碳溶解于阳极排液中。从阳极105中生成的氧气的二次利用的观点出发，从气体排气路径91排出的阳极排气优选是纯度高的氧气，可考虑转用于吸气用气体、反应用气体。
气液分离器31中分离的阳极排液可通过水质检测器44测定其成分。有可能通过二氧化碳还原反应而生成的甲醇、乙醇、甲酸等液体产物有可能对各种电极及隔膜产生影响，使其性能劣化，因此在这些化合物的浓度在液体中高于某一定浓度(规定值)时，可考虑以这些化合物的浓度达到规定值以下的方式经由排放阀62进行液体的排出及供给。供给的液体为第2电解液中所用的水溶液或离子液体。
由供给流路215向电透析槽200的收容部203中供给阳极排液，由排出流路216排出气体及液体。由供给流路217向收容部204中供给循环液，由排出流路218排出气体及液体。在收容部203及收容部204中收容第1电解液及第2电解液。
当作为隔膜209使用阳离子交换膜，作为隔膜207及隔膜208分别使用双极膜时，电极205为阳极，电极206为阴极，经由排出流路212排出二氧化碳再生液，经由排出流路214排出碱性再生液。
当作为隔膜209使用双极膜，作为隔膜207及隔膜208分别使用阳离子交换膜时，电极205为阴极，电极206为阳极，经由排出流路212排出二氧化碳再生液，经由排出流路214排出碱性再生液。
当作为隔膜209使用阴离子交换膜，作为隔膜207及隔膜208分别使用双极膜时，电极205为阴极，电极206为阳极，经由排出流路212排出碱性再生液，经由排出流路214排出二氧化碳再生液。
当作为隔膜209使用双极膜，作为隔膜207及隔膜208分别使用阴离子交换膜时，电极205为阳极，电极206为阴极，经由排出流路212排出碱性再生液，经由排出流路214排出二氧化碳再生液。
通过朝着阳极配置双极膜的阴离子交换膜侧，朝着阴极配置阳离子交换膜侧，通过电流调节器52对阳极施加正电位，使阳离子通过阳离子交换膜向阴极侧移动，使阴离子通过阴离子交换膜向阳极侧移动。
二氧化碳再生液通过气液分离器32而被分离为含有水的液体(第2液体)和含有二氧化碳的气体(第2气体)，第2液体作为循环液经由供给流路213供给至收容部204，第2气体被供给至二氧化碳电解槽100的阴极流路101。也就是说，在二氧化碳电解槽100中溶入第2电解液中的、二氧化碳还原反应中未使用的二氧化碳在电透析槽200中作为二氧化碳气体被再生，再次在二氧化碳电解槽100中被用于二氧化碳还原反应，因此能够提高二氧化碳在装置全体中的二氧化碳还原反应的二氧化碳利用率。碱性再生液经由对应的排出流路，通过泵61作为第2电解液被送入二氧化碳电解槽100的阳极流路102中。
双极膜通过以下的反应式(6)而将水解离成氢离子(H+)和氢氧根离子(OH-)，通过氢离子与残存于收容部内的阴离子反应，氢氧根离子与残存于收容部内的阳离子反应，而形成产物。
H2O→H++OH-(6)
此时，在电极205及电极206处发生氧化还原反应，在阳极发生氧化反应，在阴极发生还原反应。当采用水溶液时，主要作为氧化反应发生氧生成反应，作为还原反应发生氢生成反应，有发生基于其它残存的离子种的氧化还原反应的可能性。
电流调节器52可使供给至电透析槽200中的电流值变化。由此，能够控制双极膜中的水解离反应及电极中的氧化还原反应的速度，即能够调节二氧化碳再生液中的二氧化碳浓度及碱性再生液的pH。如上所述，二氧化碳电解槽100中的电流值越大，则第2电解液的pH越下降，但为了用电透析槽200使二氧化碳再生，需要足够高地保持供给至二氧化碳电解槽100中的电解液即碱性再生液的pH，使二氧化碳作为碳酸氢根离子或碳酸根离子完全溶入电解液中。
循环液及电极液为纯水或水溶液，优选为含有与第2电解液同样的成分的水溶液，但在采用阳离子交换膜时也可以是含有阳离子种相同、阴离子种不相同的离子的水溶液，在采用阴离子交换膜时也可以是含有阴离子种相同、阳离子种不相同的离子的水溶液。优选为对隔膜的影响小的、为了减小电极间的电阻值而溶液电阻低的水溶液。
接着，根据二氧化碳电解槽100的工作的结果，对作为阳极排液采用含有钾离子、碳酸氢根离子、碳酸根离子的水溶液，作为循环液采用0.02MKHCO3水溶液，作为电极液采用1M K2CO3水溶液，作为隔膜209采用阳离子交换膜，作为隔膜207及隔膜208分别采用双极膜时的电透析槽200的工作例进行说明。
收容在收容部203中的阳极排液中的钾离子通过施加在电极205与电极206之间的电压而向收容部204中移动，收容部203变成碳酸氢根离子及碳酸根离子多的状态，收容部204变成钾离子多的状态。隔膜207及隔膜208中通过电位而产生水解离反应，氢离子向收容部203中移动，氢氧根离子向收容部204中移动。其结果是，在收容部203中通过氢离子而使阳极排液中的pH降低，式(5)的平衡反应向左移动，变化为水和二氧化碳。或如式(7)及式(8)那样，氢离子与碳酸氢根离子或碳酸根离子反应，生成水和二氧化碳。在收容部204中如式(9)那样钾离子与氢氧根离子反应，生成氢氧化钾。
H++HCO3 -→H2O+CO2 (7)
2H++CO3 2-→H2O+CO2 (8)
K++OH-→KOH (9)
隔膜207及隔膜208中产生的水解离反应的结果是，在收容部201中氢氧根离子移动，收容部201内的第1电解液变成氢氧根离子多的状态，在收容部202中氢离子移动，收容部202内的第2电解液变成氢离子多的状态。在收容部201中存在的被施加了正电位的电极205中产生氢氧根离子的氧化反应，产生氧气，在收容部202中存在的被施加了负电位的电极206中产生氢离子的还原反应，产生氢气。这些产生气体经由排出流路212及排出流路214被排出、废弃或通过回收被再利用。
如此，在供给至二氧化碳电解槽100中的二氧化碳中，除反应中未使用而残存于生成气体中的二氧化碳以外，阴极104中溶解于液体中的二氧化碳移动至阳极105中而形成的二氧化碳、以及在作为电解液采用碱性溶液时二氧化碳溶入碱性溶液中并在阳极105成为二氧化碳气体、以气体排出而形成的二氧化碳因未用于电解反应，而使装置全体的二氧化碳利用率降低。
在本实施方式中，在将电透析槽200与二氧化碳电解槽100组合而成的电场装置中，通过监控生成气体中的二氧化碳浓度、电解液的pH、阳极排气的二氧化碳浓度，根据其值调节供给至二氧化碳电解槽100中的二氧化碳的流量、供给至电透析槽200的电流值、从泵61供给至阳极流路102中的流体的流量，由此能够提高二氧化碳利用率。另外，还能够削减供给至电透析槽的电力。
(第2实施方式)
第2实施方式的二氧化碳电解装置与第1实施方式的二氧化碳电解装置的二氧化碳电解槽100的结构不同。
图5是表示第2实施方式中的二氧化碳电解槽100的结构例的示意图。图5所示的二氧化碳电解槽100具有固体高分子型结构，具备流路板121、流路板122、隔膜103、阴极104、阳极105、供给流路106、供给流路107、排出流路108、供给流路109、排出流路110、集电体125和集电体126。
流路板121形成包含面向阴极104的槽的阴极流路123。阴极流路123连接在供给流路106及排出流路108上。
流路板122形成包含面向阳极105的槽的阳极流路124。阳极流路124连接在供给流路109及排出流路110上。
集电体125电连接在流路板121及阴极104上。集电体126电连接在流路板122及阳极105上。集电体125及集电体126经由布线与电流调节器52电连接。
流路板121、流路板122、隔膜103、阴极104及阳极105通过一定的压力而一体化。
关于其它的说明，因与第1实施方式的二氧化碳电解槽100相同，可适宜引用第1实施方式的说明。
在二氧化碳电解槽100的运转中，二氧化碳的还原产物及移动至阴极104侧的第2电解液的成分固化而在阴极流路123中析出，因而堵塞阴极流路123，有时使含有二氧化碳的气体的供给停止。因此，为了抑制析出物的形成而优选在含有二氧化碳的气体中存在水分。
另一方面，当含有二氧化碳的气体的水分量过多时，因向阴极104内的催化剂表面较多地供给水分而容易产生氢，所以是不优选的。因此，作为含有二氧化碳的气体中的水分量，优选相对湿度为20％以上且90％以下，更优选为30％以上且70％以下。
经由供给流路106向阴极流路123供给含有二氧化碳的气体，经由排出流路108排出阴极104产生的产物。如上所述，由于优选在含有二氧化碳的气体中含有某一定量的水分，所以优选在供给流路106上连接加湿装置，控制供给气体的湿度。经由供给流路109向阳极流路124供给第2电解液，将阳极105产生的产物及从阴极104移动过来的二氧化碳与第2电解液一同经由排出流路110排出。
与第1实施方式同样，在图2所示的二氧化碳电解装置中，通过在二氧化碳电解槽100中使二氧化碳还原反应中未使用的二氧化碳溶入电解液中，能够提高装置全体的二氧化碳利用率。特别是通过测定生成气体中的二氧化碳浓度、阳极排气中的二氧化碳浓度、阳极排液的pH，对供给至二氧化碳电解槽100中的二氧化碳量、泵61的流量进行控制，由此能够提高二氧化碳利用率。
另外，在图2所示的二氧化碳电解装置中，通过在二氧化碳电解槽100中使二氧化碳还原反应中未使用的二氧化碳溶入电解液中，能够再生电透析槽200中的二氧化碳。特别是通过测定生成气体中的二氧化碳浓度、阳极排气中的二氧化碳浓度、阳极排液的pH，对供给至二氧化碳电解槽100中的二氧化碳的流量、供给至电透析槽200中的电流值、从泵61供给至阳极流路102中的流体的流量进行控制，由此能够提高二氧化碳利用率。
再者，本实施方式能够与其它实施方式适宜组合。
实施例
接着，对实施例及其评价结果进行描述。
(实施例1～9)
图6是表示实施例1的二氧化碳电解装置的结构例的示意图。图6所示的二氧化碳电解装置1A具备：二氧化碳电解槽100、二氧化碳检测器41、二氧化碳检测器42、气液分离器31、流量计34、pH-离子浓度检测器43、电流调节器51、泵61、二氧化碳供给源71、二氧化碳流量调节器72、氩供给源73和电解液供给源94。
二氧化碳电解槽100具有图5所示的构成。阴极104是将铜纳米粒子涂布在切成4cm2见方的碳纸上而成的电极。阳极105是将IrO2纳米粒子涂布在切成4cm2见方的Ti无纺布上而成的电极。隔膜103为阴离子交换膜。二氧化碳电解槽100的其它说明可适宜援用图1的说明。
二氧化碳检测器41经由流量计34连接在二氧化碳电解槽100的排出流路108上。二氧化碳检测器41为气相色谱仪。二氧化碳检测器41的其它说明可适宜援用图1的说明。
二氧化碳检测器42连接在气液分离器31上。二氧化碳检测器42为气相色谱仪。二氧化碳检测器42的其它的说明可适宜援用图1的说明。
pH-离子浓度检测器43连接在气液分离器31上。pH-离子浓度检测器43为pH传感器。
电流调节器51具有恒流器。通过恒流器对二氧化碳电解槽100施加恒电流。电流调节器51的其它说明可适宜援用图1的说明。
泵61是为了将从电解液供给源94供给的电解液供给至二氧化碳电解槽100的供给流路109中而设的。泵61的其它的说明可适宜援用图1的说明。
二氧化碳供给源71具有收容二氧化碳气体的二氧化碳罐。二氧化碳供给源71也可以具有用于供给二氧化碳的泵。
二氧化碳流量调节器72为质量流量控制器。
氩供给源73具有收容氩气的氩罐。氩供给源73也可以具有用于供给氩的泵。
电解液供给源94具有收容电解液的电解液罐。
采用二氧化碳电解装置1A，调查了二氧化碳以碳酸氢根离子或碳酸根离子的形式溶入电解液中的状态存在所需的电解液的pH及流量。在电流调节部采用恒流器，对二氧化碳电解槽100施加恒电流。
按以下所述的条件运转二氧化碳电解装置1A。将纯度超过99.9％的二氧化碳气体按规定的流量导入至阴极流路123中。在通过氩气将从阴极流路123排出的生成气体稀薄至10倍后，导入至二氧化碳检测器41中。将电解液从电解液供给源94按规定的流量导入至阳极流路124中。对二氧化碳电解槽100的阴极104与阳极105之间，通过恒流器以电流密度达到0mA/cm2、50mA/cm2、100mA/cm2、200mA/cm2、300mA/cm2的方式变更条件施加电压，通过水质检测器41测定了每个电流值在一定时间后的生成气体的成分、从气液分离器31排出的阳极排气的成分、从气液分离器31排出的阳极排液的pH。作为电解液采用0.1M氢氧化钾水溶液、0.1M碳酸钾水溶液、0.1M碳酸氢钾水溶液，将二氧化碳流量变更为20mL/min及40mL/min、将电解液流量变更为5mL/min及10mL/min，如此进行了测定。各实施例的条件如表1所示。
表1
电解液种类 电解液流量 二氧化碳流量
实施例1 KHCO3 10mL/min 40mL/min
实施例2 K2CO3 10mL/min 40mL/min
实施例3 KOH 10mL/min 40mL/min
实施例4 KHCO3 5mL/min 40mL/min
实施例5 K2CO3 5mL/min 40mL/min
实施例6 KOH 5mL/min 40mL/min
实施例7 KHCO3 10mL/min 20mL/min
实施例8 K2CO3 10mL/min 20mL/min
实施例9 KOH 10mL/min 20mL/min
图7是示出各电流密度时的生成气体中的二氧化碳浓度的图。电流密度0mA/cm2的值是在不使电流流动的情况下测定的浓度，生成气体的质量浓度由于是在通过二氧化碳电解槽100后用氩稀释10倍后进行GC测定，所以为大约10％。用圆标记表示的标图为二氧化碳流量：40mL/min、电解液流量：10mL/min时的结果，用三角标记表示的标图为二氧化碳流量：40mL/min、电解液流量：5mL/min时的结果，用四方标记表示的标图为二氧化碳流量：20mL/min、电解液流量：10mL/min时的结果。哪个结果都是随着电流密度增大而使二氧化碳电解反应中所使用的二氧化碳量增大，使生成气体中的二氧化碳浓度减小。得知如果减小二氧化碳流量，则生成气体中的二氧化碳浓度相对地减小，通过根据电流密度控制在最佳的二氧化碳供给量，可控制生成气体中的二氧化碳量。
图8是示出各电流密度中的通过阳极流路102后的电解液的pH的图。电流密度0mA/cm2的值表示测定前的电解液罐中的电解液的pH。各标图的测定条件如上所述。无论在哪个电解液中，都随着电流密度增大而使电解液的pH下降。认为这是因为如果电解液流量小则变得显著，在产生氢离子的阳极105附近存在的时间长。由此，得知通过提高泵61的流量，将通过阳极105后的电解液的pH保持在高位，相反通过降低流量而使通过后阳极105的电解液的pH降低。
图9是表示对二氧化碳电解槽100施加电流密度300mA/cm2时的由气液分离器31分离的阳极排气的二氧化碳浓度和电解液pH的关系的图。由于是全部按相同的电流密度的测定，所以各点处从阴极流路101向阳极流路102移动的二氧化碳的总量相同，但通过二氧化碳电解槽100后的电解液的pH越低，则作为气体存在的二氧化碳量越增大，如果pH超过9则可将阳极105侧气体的二氧化碳浓度抑制在1％以下。通过本实施例，证实通过控制供给至二氧化碳电解槽100的电解液的pH、供给至电透析槽200的电流值、泵61的流量，可控制阳极排液的pH，通过控制阳极排液的pH及导入至阴极104中的二氧化碳量，可削减作为反应中未使用的气体排出的二氧化碳，这表示采用本实施方式的方法可提高二氧化碳电解装置的二氧化碳利用率。
上述实施方式是作为例子而提示的，其意图并非限定发明的范围。这些新颖的实施方式能够以其它各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，可以进行各种省略、置换、变更。这些实施方式和其变形包含于发明的范围、主旨中，同时包含于权利要求书中记载的发明和其均等的范围内。
可将上述的实施方式归纳为以下的技术方案。
(技术方案1)
一种二氧化碳电解装置，其具备：
二氧化碳电解槽，所述二氧化碳电解槽具有流通二氧化碳的阴极流路、流通含水的电解液的阳极流路、面向所述阴极流路且通过对所述二氧化碳进行还原而生成碳化合物的阴极、面向所述阳极流路且通过对所述水进行氧化而生成氧的阳极、和设在所述阳极流路与所述阴极流路之间的第1隔膜；
第1电流调节器，其向所述二氧化碳电解槽供给第1电流；
第1气液分离器，其将从所述阳极流路排出的第1流体分离为第1液体和第1气体；
电透析槽，所述电透析槽具有第1收容部、配置在所述第1收容部中的第1电极、第2收容部、配置在所述第2收容部中的第2电极、设在所述第1收容部与所述第2收容部之间且收容从所述第1气液分离器供给的所述第1液体的第3收容部、设在所述第3收容部与所述第2收容部之间的第4收容部、设在所述第1收容部与所述第3收容部之间的第2隔膜、设在所述第2收容部与所述第4收容部之间的第3隔膜、和设在所述第3收容部与所述第4收容部之间的第4隔膜；
第2电流调节器，其向所述电透析槽供给第2电流；
检测器，其选自对所述第1气体的流量或含在所述第1气体中的二氧化碳的浓度进行检测的第1检测器、及对所述第1流体的pH或含在所述第1流体中的至少一种离子的浓度进行检测的第2检测器中的至少一个；和
第1控制器，其基于来自所述至少一个检测器的至少一项检测信号来控制所述第2电流调节器，调节所述第2电流的值。
(技术方案2)
根据技术方案1所述的二氧化碳电解装置，其中，进一步具备：
第3检测器，其对含在所述第1流体中的二氧化碳的浓度进行检测；和
第2控制器，其基于来自所述第3检测器的检测信号来控制所述第1电流调节器，调节所述第1电流的值。
(技术方案3)
根据技术方案2所述的二氧化碳电解装置，其中，
进一步具备用于调节供给至所述阴极流路并且含有二氧化碳的第2流体的流量的流量调节器；
所述第2控制器基于来自所述第3检测器的检测信号来控制所述流量调节器，调节所述第2流体的流量。
(技术方案4)
根据技术方案1～3中任一项所述的二氧化碳电解装置，其中，
进一步具备用于将从所述第4收容部排出的第3流体供给至所述阳极流路的泵；
所述第1控制器基于来自所述至少一个检测器的至少一项检测信号来控制所述泵，调节供给至所述阳极流路的所述第3流体的流量。
(技术方案5)
根据技术方案1～4中任一项所述的二氧化碳电解装置，其中，
进一步具备将从所述第3收容部排出的第4流体分离为含有所述电解液的第2液体和含有所述二氧化碳的第2气体的第2气液分离器；
所述第2液体被供给至所述第4收容部，
所述第2气体被供给至所述阴极流路。
(技术方案6)
根据技术方案1～5中任一项所述的二氧化碳电解装置，其中，所述电解液含有选自氢氧根离子、碳酸根离子及碳酸氢根离子中的至少一种离子。
(技术方案7)
根据技术方案1～6中任一项所述的二氧化碳电解装置，其中，进一步具备：
第4检测器，其对含在所述第1液体中的至少一个成分的浓度进行检测；和
排放阀，其用于向所述第1液体中补充所述电解液或排出所述第1液体的一部分；
所述第1控制器基于来自所述第4检测器的检测信号来控制所述排放阀，以含在所述第1液体中的至少一个成分的浓度达到规定值以下的方式补充所述电解液或排出所述第1液体的一部分。
(技术方案8)
一种二氧化碳电解装置的控制方法，其中，
所述二氧化碳电解装置具备：
二氧化碳电解槽，所述二氧化碳电解槽具有流通二氧化碳的阴极流路、流通含水的电解液的阳极流路、面向所述阴极流路且通过对所述二氧化碳进行还原而生成碳化合物的阴极、面向所述阳极流路且通过对所述水进行氧化而生成氧的阳极、和设在所述阳极流路与所述阴极流路之间的第1隔膜；
第1气液分离器，其将从所述阳极流路排出的第1流体分离为第1液体和第2气体；和
电透析槽，所述电透析槽具有第1收容部、配置在所述第1收容部中的第1电极、第2收容部、配置在所述第2收容部中的第2电极、设在所述第1收容部与所述第2收容部之间且收容从所述第1气液分离器供给的所述第1液体的第3收容部、设在所述第3收容部与所述第2收容部之间的第4收容部、设在所述第1收容部与所述第3收容部之间的第2隔膜、设在所述第2收容部与所述第4收容部之间的第3隔膜、和设在所述第3收容部与所述第4收容部之间的第4隔膜；
所述方法具备下述步骤：
将从所述阳极流路排出的所述第1流体分离为所述第1液体和所述第1气体，对选自所述第1气体的流量或含在所述第1气体中的二氧化碳的浓度、及所述第1流体的pH或含在所述第1流体中的至少一种离子的浓度中的至少一项进行检测的步骤；和
基于所述至少一项的检测结果，调节供给至所述电透析槽的电流的值的步骤。

Claims (8)

1.一种二氧化碳电解装置，其具备：
二氧化碳电解槽，所述二氧化碳电解槽具有流通二氧化碳的阴极流路、流通含水的电解液的阳极流路、面向所述阴极流路且通过对所述二氧化碳进行还原而生成碳化合物的阴极、面向所述阳极流路且通过对所述水进行氧化而生成氧的阳极、和设在所述阳极流路与所述阴极流路之间的第1隔膜；
第1电流调节器，其向所述二氧化碳电解槽供给第1电流；
第1气液分离器，其将从所述阳极流路排出的第1流体分离为第1液体和第1气体；
电透析槽，所述电透析槽具有第1收容部、配置在所述第1收容部中的第1电极、第2收容部、配置在所述第2收容部中的第2电极、设在所述第1收容部与所述第2收容部之间且收容从所述第1气液分离器供给的所述第1液体的第3收容部、设在所述第3收容部与所述第2收容部之间的第4收容部、设在所述第1收容部与所述第3收容部之间的第2隔膜、设在所述第2收容部与所述第4收容部之间的第3隔膜、和设在所述第3收容部与所述第4收容部之间的第4隔膜；
第2电流调节器，其向所述电透析槽供给第2电流；
检测器，其选自对所述第1气体的流量或含在所述第1气体中的二氧化碳的浓度进行检测的第1检测器、及对所述第1流体的pH或含在所述第1流体中的至少一种离子的浓度进行检测的第2检测器中的至少一个；和
第1控制器，其基于来自所述至少一个检测器的至少一项检测信号来控制所述第2电流调节器，调节所述第2电流的值。
2.根据权利要求1所述的二氧化碳电解装置，其中，进一步具备：
第3检测器，其对含在所述第1流体中的二氧化碳的浓度进行检测；和
第2控制器，其基于来自所述第3检测器的检测信号来控制所述第1电流调节器，调节所述第1电流的值。
3.根据权利要求2所述的二氧化碳电解装置，其中，
进一步具备用于调节供给至所述阴极流路并且含有二氧化碳的第2流体的流量的流量调节器；
所述第2控制器基于来自所述第3检测器的检测信号来控制所述流量调节器，调节所述第2流体的流量。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的二氧化碳电解装置，其中，
进一步具备用于将从所述第4收容部排出的第3流体供给至所述阳极流路的泵；
所述第1控制器基于来自所述至少一个检测器的至少一项检测信号来控制所述泵，调节供给至所述阳极流路的所述第3流体的流量。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的二氧化碳电解装置，其中，
进一步具备将从所述第3收容部排出的第4流体分离为含有所述电解液的第2液体和含有所述二氧化碳的第2气体的第2气液分离器；
所述第2液体被供给至所述第4收容部，
所述第2气体被供给至所述阴极流路。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的二氧化碳电解装置，其中，所述电解液含有选自氢氧根离子、碳酸根离子及碳酸氢根离子中的至少一种离子。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的二氧化碳电解装置，其中，进一步具备：
第4检测器，其对含在所述第1液体中的至少一个成分的浓度进行检测；和
排放阀，其用于向所述第1液体中补充所述电解液或排出所述第1液体的一部分；
所述第1控制器基于来自所述第4检测器的检测信号来控制所述排放阀，以含在所述第1液体中的至少一个成分的浓度达到规定值以下的方式补充所述电解液或排出所述第1液体的一部分。
8.一种二氧化碳电解装置的控制方法，其中，
所述二氧化碳电解装置具备：
二氧化碳电解槽，所述二氧化碳电解槽具有流通二氧化碳的阴极流路、流通含水的电解液的阳极流路、面向所述阴极流路且通过对所述二氧化碳进行还原而生成碳化合物的阴极、面向所述阳极流路且通过对所述水进行氧化而生成氧的阳极、和设在所述阳极流路与所述阴极流路之间的第1隔膜；
第1气液分离器，其将从所述阳极流路排出的第1流体分离为第1液体和第2气体；和
电透析槽，所述电透析槽具有第1收容部、配置在所述第1收容部中的第1电极、第2收容部、配置在所述第2收容部中的第2电极、设在所述第1收容部与所述第2收容部之间且收容从所述第1气液分离器供给的所述第1液体的第3收容部、设在所述第3收容部与所述第2收容部之间的第4收容部、设在所述第1收容部与所述第3收容部之间的第2隔膜、设在所述第2收容部与所述第4收容部之间的第3隔膜、和设在所述第3收容部与所述第4收容部之间的第4隔膜；
所述方法具备下述步骤：
将从所述阳极流路排出的所述第1流体分离为所述第1液体和所述第1气体，对选自所述第1气体的流量或含在所述第1气体中的二氧化碳的浓度、及所述第1流体的pH或含在所述第1流体中的至少一种离子的浓度中的至少一项进行检测的步骤；和
基于所述至少一项的检测结果，调节供给至所述电透析槽的电流的值的步骤。
CN202211053566.1A 2022-03-15 2022-08-31 二氧化碳电解装置及二氧化碳电解装置的控制方法 Pending CN116791114A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022040387A JP2023135261A (ja) 2022-03-15 2022-03-15 二酸化炭素電解装置および二酸化炭素電解装置の制御方法
JP2022-040387 2022-03-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116791114A true CN116791114A (zh) 2023-09-22

Family

ID=83192008

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211053566.1A Pending CN116791114A (zh) 2022-03-15 2022-08-31 二氧化碳电解装置及二氧化碳电解装置的控制方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230295812A1 (zh)
EP (1) EP4245889A3 (zh)
JP (1) JP2023135261A (zh)
CN (1) CN116791114A (zh)
AU (1) AU2022221428B2 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116695151A (zh) * 2022-03-03 2023-09-05 本田技研工业株式会社 水电解系统和水电解系统的运行方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4235125C2 (de) * 1992-10-17 1994-09-29 Zsw Verfahren zur Herstellung von Synthesegas und Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens
DE102016220297A1 (de) * 2016-09-27 2018-03-29 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur elektrochemischen Verwertung von Kohlenstoffdioxid
US20190127865A1 (en) * 2017-10-26 2019-05-02 The Penn State Research Foundation Electrolyzer for gaseous carbon dioxide
JP7140731B2 (ja) * 2019-09-17 2022-09-21 株式会社東芝 電気化学反応装置及び有価物製造システム
JP7330042B2 (ja) * 2019-09-27 2023-08-21 三菱重工業株式会社 二酸化炭素還元システム及び二酸化炭素還元方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116695151A (zh) * 2022-03-03 2023-09-05 本田技研工业株式会社 水电解系统和水电解系统的运行方法
CN116695151B (zh) * 2022-03-03 2024-04-02 本田技研工业株式会社 水电解系统和水电解系统的运行方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20230295812A1 (en) 2023-09-21
EP4245889A2 (en) 2023-09-20
JP2023135261A (ja) 2023-09-28
EP4245889A3 (en) 2023-09-27
AU2022221428B2 (en) 2024-02-01
AU2022221428A1 (en) 2023-10-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112593251B (zh) 电化学反应装置
JP7140731B2 (ja) 電気化学反応装置及び有価物製造システム
US20210292925A1 (en) Carbon dioxide reaction apparatus
US10458024B2 (en) Electrochemical reaction device
JP7176073B2 (ja) 電気化学反応装置
CN116791114A (zh) 二氧化碳电解装置及二氧化碳电解装置的控制方法
EP4060086B1 (en) Carbon dioxide electrolytic device
US20230083090A1 (en) Carbon dioxide electrolytic device, method of electrolyzing carbon dioxide, and valuable material manufacturing system
EP4249639A1 (en) Carbon dioxide electrolytic device
US20240093394A1 (en) Electrolysis device and method of controlling electrolysis device
EP4435145A2 (en) Electrolysis device

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination