DE102020208604B4 - ENERGY CONVERSION SYSTEM - Google Patents

ENERGY CONVERSION SYSTEM Download PDF

Info

Publication number
DE102020208604B4
DE102020208604B4 DE102020208604.4A DE102020208604A DE102020208604B4 DE 102020208604 B4 DE102020208604 B4 DE 102020208604B4 DE 102020208604 A DE102020208604 A DE 102020208604A DE 102020208604 B4 DE102020208604 B4 DE 102020208604B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
reaction
electrolysis
molar amount
produced
electrolysis reaction
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.)
Active
Application number
DE102020208604.4A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102020208604A1 (en
Inventor
Shigekazu HIDAKA
Youhei Morimoto
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.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso 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 Denso Corp filed Critical Denso Corp
Publication of DE102020208604A1 publication Critical patent/DE102020208604A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102020208604B4 publication Critical patent/DE102020208604B4/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon
    • C10G2/30—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen
    • C10G2/32—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen with the use of catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L3/00—Gaseous fuels; Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by subclass C10G, C10K; Liquefied petroleum gas
    • C10L3/06—Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by C10G, C10K3/02 or C10K3/04
    • C10L3/08—Production of synthetic natural gas
    • 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
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • 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
    • 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
    • C25B3/20—Processes
    • C25B3/25—Reduction
    • C25B3/26—Reduction of carbon dioxide
    • 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
    • C25B9/13—Single electrolytic cells with circulation of an electrolyte
    • C25B9/15—Flow-through cells
    • 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
    • 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
    • C25B9/21—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms two or more diaphragms

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

Energiewandlungssystem, das aufweist: eine Brennstoffsynthetisierungsvorrichtung (10), die enthält:einen Elektrolyt (11, 15), der ein Sauerstoffionenleitvermögen aufweist;eine Kathodenelektrode (12), die auf einer Seite des Elektrolyts (11, 15) angeordnet ist; undeine Anodenelektrode (13, 16), die auf einer anderen Seite des Elektrolyts (11, 15) angeordnet ist;eine Elektrische-Leistung-Zufuhrvorrichtung (14), die ausgelegt ist, der Brennstoffsynthetisierungsvorrichtung (10) elektrische Leistung zuzuführen;eine H2O-Zufuhreinheit (20, 22), die ausgelegt ist, der Kathodenelektrode (12) H2O zuzuführen; undeine CO2-Zufuhreinheit (23, 25), die ausgelegt ist, der Kathodenelektrode (12) CO2zuzuführen, wobeidie Kathodenelektrode (12) ausgelegt ist, H2O, das von der H2O-Zufuhreinheit (20, 22) zugeführt wird, und CO2, das von der CO2-Zufuhreinheit (23, 25) zugeführt wird, in einer vorbestimmten Gasfließrichtung zu leiten;die Kathodenelektrode (12) aufweist:eine H2O-Elektrolysereaktion, die H2O elektrolysiert, um H2zu erzeugen;eine CO2-Elektrolysereaktion, die CO2elektrolysiert, um CO zu erzeugen; undeine Brennstoffsynthesereaktion, die Kohlenwasserstoff aus H2, das in der H2O-Elektrolysereaktion erzeugt wird, und CO, das in der CO2-Elektrolysereaktion erzeugt wird, synthetisiert;die Kathodenelektrode (12) mehrere Katalysatoren aufweist, die enthalten:einen H2O-Elektrolysekatalysator, der die H2O-Elektrolysereaktion fördert;einen CO2-Elektrolysekatalysator, der die CO2-Elektrolysereaktion fördert; undeinen Brennstoffsynthesekatalysator, der die Brennstoffsynthesereaktion fördert;ein Verhältnis des CO2-Elektrolysekatalysators, des H2O-Elektrolysekatalysators und des Brennstoffsynthesekatalysators, die in den Katalysatoren enthalten sind, sich zwischen einem Stromaufabschnitt (12a), einem mittleren Abschnitt (12b) und einem Stromababschnitt (12c, 12d), die in der vorbestimmten Gasfließrichtung der Kathodenelektrode (12) angeordnet sind, unterscheidet;in dem Stromaufabschnitt (12a) unter den Reaktionsprodukten, die CO, das in der CO2-Elektrolysereaktion erzeugt wird, H2, das in der H2O-Elektrolysereaktion erzeugt wird, und der Kohlenwasserstoff, der in der Brennstoffsynthesereaktion erzeugt wird, enthalten, eine Stoffmenge von CO, das in der CO2-Elektrolysereaktion erzeugt wird, am größten ist;in dem mittleren Abschnitt (12b) unter den Reaktionsprodukten eine Stoffmenge von H2, das in der H2O-Elektrolysereaktion erzeugt wird, am größten ist; undin dem Stromababschnitt (12c, 12d) unter den Reaktionsprodukten eine Stoffmenge des Kohlenwasserstoffes, der in der Brennstoffsynthesereaktion erzeugt wird, am größten ist.A power conversion system comprising: a fuel synthesizing device (10) including: an electrolyte (11, 15) having oxygen ion conductivity; a cathode electrode (12) disposed on one side of said electrolyte (11, 15); andan anode electrode (13, 16) arranged on another side of the electrolyte (11, 15);an electric power supply device (14) adapted to supply electric power to the fuel synthesizing device (10);an H2O supply unit (20, 22) adapted to supply H2O to the cathode electrode (12); and a CO2 supply unit (23, 25) configured to supply CO2 to the cathode electrode (12), wherein the cathode electrode (12) is configured to supply H2O supplied from the H2O supply unit (20, 22) and CO2 supplied from supplied to the CO2 supply unit (23, 25) in a predetermined gas flow direction; the cathode electrode (12) comprises: an H2O electrolysis reaction which electrolyzes H2O to produce H2; a CO2 electrolysis reaction which electrolyzes CO2 to produce CO generate; anda fuel synthesis reaction that synthesizes hydrocarbon from H2 generated in the H2O electrolysis reaction and CO generated in the CO2 electrolysis reaction;the cathode electrode (12) has a plurality of catalysts including:an H2O electrolysis catalyst containing the promotes H2O electrolysis reaction; a CO2 electrolysis catalyst that promotes CO2 electrolysis reaction; anda fuel synthesis catalyst which promotes the fuel synthesis reaction;a ratio of the CO2 electrolysis catalyst, the H2O electrolysis catalyst and the fuel synthesis catalyst contained in the catalysts varies between an upstream portion (12a), a middle portion (12b) and a downstream portion (12c, 12d) arranged in the predetermined gas flow direction of the cathode electrode (12); in the upstream portion (12a), among the reaction products, the CO generated in the CO2 electrolysis reaction, H2 generated in the H2O electrolysis reaction , and the hydrocarbon produced in the fuel synthesis reaction, a molar amount of CO produced in the CO2 electrolysis reaction is largest;in the middle portion (12b) among the reaction products, a molar amount of H2 produced in the H2O electrolysis reaction is generated is largest; andin the downstream portion (12c, 12d), among the reaction products, a molar amount of the hydrocarbon produced in the fuel synthesis reaction is largest.

Description

Technisches Gebiettechnical field

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Energiewandlungssystem.The present invention relates to an energy conversion system.

Hintergrundbackground

Seit Neuestem zieht eine Elektrifizierung einer Antriebsleistungsquelle die Aufmerksamkeit auf sich, und als eine Lösung dafür hat sich eine Anforderung nach einer praktischen Verwendung eines Systems ergeben, das überflüssige elektrische Leistung in Brennstoff wie Kohlenwasserstoff umwandelt und den Brennstoff speichert. In der JP 2014 - 152 219 A wird ein Brennstoffsynthesesystem vorgeschlagen, bei dem Synthesegas erzeugt wird, das Wasserstoff und Kohlenmonoxyd enthält, die durch Elektrolyse von Wasserdampf und Elektrolyse von Kohlendioxyd erzeugt werden, und Kohlenwasserstoff aus diesem Synthesegas synthetisiert wird.Recently, electrification of a driving power source is attracting attention, and as a solution thereto, there has been a demand for practical use of a system that converts waste electric power into fuel such as hydrocarbon and stores the fuel. In the JP 2014 - 152 219 A proposes a fuel synthesis system in which synthesis gas containing hydrogen and carbon monoxide produced by electrolysis of water vapor and electrolysis of carbon dioxide is produced, and hydrocarbon is synthesized from this synthesis gas.

Das System zum Umwandeln der elektrischen Leistung in den Brennstoff, das in der JP 2014 - 152 219 A beschrieben ist, erzielt jedoch keine hohe Effizienz, die zur praktischen Verwendung geeignet ist.The system for converting electrical power into fuel used in the JP 2014 - 152 219 A is described, however, does not achieve high efficiency suitable for practical use.

ZusammenfassungSummary

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennstoffsyntheseeffizienz in einem Energiewandlungssystem zu verbessern, das Kohlenwasserstoff aus H2 und CO synthetisiert, die jeweils durch Elektrolyse von H2O und Elektrolyse von CO2 erzeugt werden.It is an object of the present invention to improve fuel synthesis efficiency in a power conversion system that synthesizes hydrocarbon from H 2 and CO produced by electrolysis of H 2 O and electrolysis of CO 2 , respectively.

Erfindungsgemäß wird ein Energiewandlungssystem geschaffen, das eine Brennstoffsynthetisierungsvorrichtung, eine Elektrische-Leistung-Zufuhrvorrichtung, eine H2O-Zufuhreinheit und eine CO2-Zufuhreinheit enthält. Die Brennstoffsynthetisierungsvorrichtung enthält: einen Elektrolyt, der ein Sauerstoffionenleitvermögen aufweist; eine Kathodenelektrode, die auf einer Seite des Elektrolyts angeordnet ist; und eine Anodenelektrode, die auf einer anderen Seite des Elektrolyts angeordnet ist. Die Elektrische-Leistung-Zufuhrvorrichtung ist ausgelegt, der Brennstoffsynthetisierungsvorrichtung elektrische Leistung zuzuführen. Die H2O-Zufuhreinheit ist ausgelegt, der Kathodenelektrode H2O zuzuführen. Die CO2-Zufuhreinheit ist ausgelegt, der Kathodenelektrode CO2 zuzuführen.According to the present invention, there is provided a power conversion system including a fuel synthesizing device, an electric power supplying device, an H 2 O supplying unit, and a CO 2 supplying unit. The fuel synthesizing device includes: an electrolyte having oxygen ion conductivity; a cathode electrode arranged on one side of the electrolyte; and an anode electrode arranged on another side of the electrolyte. The electric power supply device is configured to supply electric power to the fuel synthesizing device. The H 2 O supply unit is configured to supply H 2 O to the cathode electrode. The CO 2 supply unit is designed to supply CO 2 to the cathode electrode.

Die Kathodenelektrode ist ausgelegt, H2O, das von der H2O-Zufuhreinheit zugeführt wird, und CO2, das von der CO2-Zufuhreinheit zugeführt wird, in einer vorbestimmten Gasfließrichtung zu leiten. Die Kathodenelektrode weist auf: eine H2O-Elektrolysereaktion, die H2O elektrolysiert, um H2 zu erzeugen; eine CO2-Elektrolysereaktion, die CO2 elektrolysiert, um CO zu erzeugen; und eine Brennstoffsynthesereaktion, die Kohlenwasserstoff aus H2, das in der H2O-Elektrolysereaktion erzeugt wird, und CO, das in der CO2-Elektrolysereaktion erzeugt wird, synthetisiert. Die Kathodenelektrode weist mehrere Katalysatoren auf, die enthalten: einen H2O-Elektrolysekatalysator, der die H2O-Elektrolysereaktion fördert; einen CO2-Elektrolysekatalysator, der die CO2-Elektrolysereaktion fördert; und einen Brennstoffsynthesekatalysator, der die Brennstoffsynthesereaktion fördert.The cathode electrode is configured to flow H 2 O supplied from the H 2 O supply unit and CO 2 supplied from the CO 2 supply unit in a predetermined gas flow direction. The cathode electrode includes: an H 2 O electrolysis reaction that electrolyzes H 2 O to generate H 2 ; a CO 2 electrolysis reaction that electrolyzes CO 2 to generate CO; and a fuel synthesis reaction that synthesizes hydrocarbon from H 2 generated in the H 2 O electrolysis reaction and CO generated in the CO 2 electrolysis reaction. The cathode electrode has multiple catalysts including: an H 2 O electrolysis catalyst that promotes the H 2 O electrolysis reaction; a CO 2 electrolysis catalyst that promotes the CO 2 electrolysis reaction; and a fuel synthesis catalyst that promotes the fuel synthesis reaction.

Ein Verhältnis des CO2-Elektrolysekatalysators, des H2O-Elektrolysekatalysators und des Brennstoffsynthesekatalysators, die in den Katalysatoren enthalten sind, unterscheidet sich zwischen einem Stromaufabschnitt, einem mittleren Abschnitt und einem Stromababschnitt, die in der vorbestimmten Gasfließrichtung an der Kathodenelektrode angeordnet sind. In dem Stromaufabschnitt ist unter den Reaktionsprodukten, die CO, das in der CO2-Elektrolysereaktion erzeugt wird, H2, das in der H2O-Elektrolysereaktion erzeugt wird, und Kohlenwasserstoff, der in der Brennstoffsynthesereaktion erzeugt wird, enthalten, die Molzahl bzw. Stoffmenge von CO, das in der CO2-Elektrolysereaktion erzeugt wird, am größten. In dem mittleren Abschnitt ist unter den Reaktionsprodukten die Stoffmenge von H2, das in der H2O-Elektrolysereaktion erzeugt wird, am größten. In dem Stromababschnitt ist unter den Reaktionsprodukten die Stoffmenge von Kohlenwasserstoff, der in der Brennstoffsynthesereaktion erzeugt wird, am größten.A ratio of the CO 2 electrolysis catalyst, the H 2 O electrolysis catalyst and the fuel synthesis catalyst contained in the catalysts differs between an upstream portion, a middle portion and a downstream portion arranged in the predetermined gas flow direction on the cathode electrode. In the upstream section, among the reaction products including CO produced in the CO 2 electrolysis reaction, H 2 produced in the H 2 O electrolysis reaction, and hydrocarbon produced in the fuel synthesis reaction, the number of moles and Amount of CO produced in the CO 2 electrolysis reaction is largest. In the middle portion, among the reaction products, the molar amount of H 2 generated in the H 2 O electrolysis reaction is largest. In the downstream portion, among the reaction products, the molar amount of hydrocarbon generated in the fuel synthesis reaction is largest.

Dadurch kann soweit wie möglich eine große Menge an CO2 in CO vor der Erzeugung von H2 in der H2O-Elektrolysereaktion elektrolysiert werden. Die H2O-Elektrolysereaktion findet in einem Zustand statt, in dem die Konzentration von CO2 verringert ist und die Konzentration von CO erhöht ist. Daher ist es möglich, das Auftreten einer reversen Wassergas-Shift-Reaktion einzuschränken, bei der CO2 und H2 miteinander reagieren. Daher ist es möglich, den Verbrauch von H2 durch eine reverse Wassergas-Shift-Reaktion einzuschränken, und es ist möglich, den Verbrauch der elektrischen Leistung, die für die Erzeugung von H2 verwendet wird, einzuschränken. Dadurch kann die Brennstoffsyntheseeffizienz verbessert werden.Thereby, as much as possible, a large amount of CO 2 can be electrolyzed into CO before generating H 2 in the H 2 O electrolysis reaction. The H 2 O electrolysis reaction takes place in a state where the concentration of CO 2 is decreased and the concentration of CO is increased. Therefore, it is possible to restrain the occurrence of a water gas reverse shift reaction in which CO 2 and H 2 react with each other. Therefore, it is possible to restrain consumption of H 2 by reverse water gas shift reaction, and it is possible to restrain consumption of electric power used for generation of H 2 . Thereby, the fuel synthesis efficiency can be improved.

Außerdem wird in dem Stromababschnitt die Brennstoffsynthesereaktion mit hoher Priorität ausgeführt, sodass die Brennstoffsynthese effizient unter Verwendung von CO, das in dem Stromaufabschnitt erzeugt wird, und H2, das in dem mittleren Abschnitt erzeugt wird, durchgeführt werden kann.In addition, in the downstream section, the fuel synthesis reaction is carried out with high priority, so that the fuel synthesis can be efficiently performed using CO generated in the upstream section and H 2 generated in the middle section.

Figurenlistecharacter list

Die vorliegende Erfindung wird zusammen mit weiteren Aufgaben, Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen deutlich.

  • 1 ist ein Diagramm, das eine Gesamtstruktur eines Energiewandlungssystems einer ersten Ausführungsform zeigt.
  • 2 ist ein Diagramm, das eine Struktur einer Brennstoffsynthetisierungsvorrichtung der ersten Ausführungsform zeigt.
  • 3 ist ein Diagramm, das eine Struktur einer Brennstoffsynthetisierungsvorrichtung einer zweiten Ausführungsform zeigt.
  • 4 ist ein Diagramm, das eine Struktur einer Brennstoffsynthetisierungsvorrichtung einer dritten Ausführungsform zeigt.
  • 5 ist ein Diagramm, das eine Struktur einer Brennstoffsynthetisierungsvorrichtung einer vierten Ausführungsform zeigt.
The present invention, together with other objects, features and advantages, will become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings.
  • 1 12 is a diagram showing an overall structure of a power conversion system of a first embodiment.
  • 2 14 is a diagram showing a structure of a fuel synthesizing device of the first embodiment.
  • 3 FIG. 14 is a diagram showing a structure of a fuel synthesizing device of a second embodiment.
  • 4 14 is a diagram showing a structure of a fuel synthesizing device of a third embodiment.
  • 5 14 is a diagram showing a structure of a fuel synthesizing device of a fourth embodiment.

Detaillierte BeschreibungDetailed description

Erste AusführungsformFirst embodiment

Ein Energiewandlungssystem einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.A power conversion system of a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

Wie es in 1 gezeigt ist, enthält das Energiewandlungssystem eine Brennstoffsynthetisierungsvorrichtung 10. Die Brennstoffsynthetisierungsvorrichtung 10 ist eine Festoxid-Elektrolyseurzelle (SOEC). Die Brennstoffsynthetisierungsvorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform kann H2 und CO mittels Elektrolyse von H2O und Elektrolyse von CO2 erzeugen und Kohlenwasserstoff aus H2 und CO synthetisieren. Kohlenwasserstoff ist ein Brennstoff und kann beispielsweise bei der Erzeugung von elektrischer Leistung in einer Brennstoffzelle verwendet werden.like it in 1 As shown, the power conversion system includes a fuel synthesizer 10. The fuel synthesizer 10 is a solid oxide electrolyzer cell (SOEC). The fuel synthesizing device 10 of the present embodiment can generate H 2 and CO by electrolysis of H 2 O and electrolysis of CO 2 and synthesize hydrocarbon from H 2 and CO. Hydrocarbon is a fuel and can be used, for example, in the generation of electrical power in a fuel cell.

Die Brennstoffsynthetisierungsvorrichtung 10 enthält einen Elektrolyt 11 und ein Paar Elektroden 12, 13, wobei die Elektroden 12, 13 auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Elektrolyts 11 angeordnet sind. Die Elektroden 12, 13 enthalten eine Kathodenelektrode 12, die auf einer Seite des Elektrolyts angeordnet ist, und eine Anodenelektrode 13, die auf einer anderen Seite des Elektrolyts 11 angeordnet ist.The fuel synthesizing device 10 includes an electrolyte 11 and a pair of electrodes 12, 13, the electrodes 12, 13 being disposed on two opposite sides of the electrolyte 11. As shown in FIG. The electrodes 12, 13 include a cathode electrode 12 placed on one side of the electrolyte and an anode electrode 13 placed on another side of the electrolyte 11. FIG.

Der Elektrolyt 11 ist ein festes Material mit einer Sauerstoffionenleitfähigkeit und kann beispielsweise aus ZrO2 bestehen, das ein auf Zirkonium basiertes Oxid ist. Die Kathodenelektrode 12 und die Anodenelektrode 13 bestehen jeweils aus Cermet. Cermet kann durch Mischen von einem oder mehreren Metallkatalysatoren und Keramiken und Sintern dieser Mischung ausgebildet werden.The electrolyte 11 is a solid material having oxygen ion conductivity, and may be made of ZrO 2 , which is a zirconium-based oxide, for example. The cathode electrode 12 and the anode electrode 13 are each made of cermet. Cermet can be formed by mixing one or more metal catalysts and ceramics and sintering this mixture.

Die Anodenelektrode 13 enthält einen Metallkatalysator, der eine Reaktion einer O2-Erzeugung durch Kombinieren von O2- mit Elektronen fördert. Der Metallkatalysator der Anodenelektrode 13 kann beispielsweise Ni und/oder Pt enthalten.The anode electrode 13 contains a metal catalyst that promotes a reaction of O 2 generation by combining O 2- with electrons. The metal catalyst of the anode electrode 13 may contain Ni and/or Pt, for example.

Die Kathodenelektrode 12 enthält mehrere Arten von Metallkatalysatoren. Diese Arten von Metallkatalysatoren enthalten: einen Metallkatalysator, der eine CO2-Elektrolysereaktion fördert; einen Metallkatalysator, der eine H2O-Elektrolysereaktion fördert; und einen Metallkatalysator, der eine Brennstoffsynthesereaktion fördert. Im Folgenden wird der Metallkatalysator, der die CO2-Elektrolysereaktion fördert, auch als CO2-Elektrolysekatalysator bezeichnet, und der Metallkatalysator, der die H2O-Elektrolysereaktion fördert, wird auch als H2O-Elektrolysekatalysator bezeichnet. Weiterhin wird der Metallkatalysator, der die Brennstoffsynthesereaktion fördert, auch als Brennstoffsynthesekatalysator bezeichnet.The cathode electrode 12 contains several types of metal catalysts. These types of metal catalysts include: a metal catalyst that promotes a CO 2 electrolysis reaction; a metal catalyst that promotes an H 2 O electrolysis reaction; and a metal catalyst that promotes a fuel synthesis reaction. Hereinafter, the metal catalyst that promotes the CO 2 electrolysis reaction is also referred to as the CO 2 electrolysis catalyst, and the metal catalyst that promotes the H 2 O electrolysis reaction is also referred to as the H 2 O electrolysis catalyst. Furthermore, the metal catalyst that promotes the fuel synthesis reaction is also called a fuel synthesis catalyst.

Der CO2-Elektrolysekatalysator kann beispielsweise Cu enthalten. Der H2O-Elektrolysekatalysator kann beispielsweise Ni und/oder Ruthenium enthalten. Der Brennstoffsynthesekatalysator kann beispielsweise Kobalt und/oder Fe enthalten. In der Kathodenelektrode 12 unterscheidet sich ein Zusammensetzungsverhältnis der Arten von Metallkatalysatoren zwischen mehreren Bereichen, die in einer Gasfließrichtung angeordnet sind. Dieser Punkt wird später beschrieben.The CO 2 electrolysis catalyst can contain Cu, for example. The H 2 O electrolysis catalyst can contain, for example, Ni and/or ruthenium. For example, the fuel synthesis catalyst may contain cobalt and/or Fe. In the cathode electrode 12, a composition ratio of types of metal catalysts differs between plural regions arranged in a gas flow direction. This point will be described later.

Elektrische Leistung wird der Brennstoffsynthetisierungsvorrichtung 10 von einer Elektrische-Leistung-Zufuhrvorrichtung 14 zugeführt, die eine externe Leistungsquelle bzw. Stromquelle ist. In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Elektrische-Leistung-Erzeugungsvorrichtung, die natürliche Energie verwendet, als Elektrische-Leistung-Zufuhrvorrichtung 14 verwendet. Es kann beispielsweise eine Solarleistungserzeugungsvorrichtung als Elektrische-Leistung-Zufuhrvorrichtung 14 verwendet werden.Electric power is supplied to the fuel synthesizing device 10 from an electric power supply device 14 which is an external power source. In the present embodiment, an electric power generation device using natural energy is used as the electric power supply device 14 . For example, a solar power generation device can be used as the electric power supply device 14 .

In der Brennstoffsynthetisierungsvorrichtung 10 werden der Kathodenelektrode 12 H2O und CO2 in einem Zustand zugeführt, in dem der Brennstoffsynthetisierungsvorrichtung 10 elektrische Leistung zugeführt wird. H2O und CO2 bilden ein Quellengas zum Synthetisieren des Kohlenwasserstoffes. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Innendruck der Kathodenelektrode 12, der H2O und CO2 zugeführt wird, auf etwa den Atmosphärendruck eingestellt.In the fuel synthesizing device 10 , H 2 O and CO 2 are supplied to the cathode electrode 12 in a state where electric power is supplied to the fuel synthesizing device 10 . H 2 O and CO 2 form a source gas for synthesizing the hydrocarbon. In the present embodiment, an internal pressure of the cathode electrode 12 to which H 2 O and CO 2 are supplied is set to around the atmospheric pressure.

H2O wird der Kathodenelektrode 12 von einem H2O-Speicher 20 über eine H2O-Zufuhrpassage 21 zugeführt. Der H2O-Speicher 20 der vorliegenden Ausführungsform speichert H2O in einem flüssigen Zustand. Eine H2O-Pumpe 22, die H2O pumpt, ist in der H2O-Zufuhrpassage 21 installiert. H2O kann im flüssigen Zustand der Kathodenelektrode 12 zugeführt werden, oder es kann H2O in einem Wasserdampfzustand der Kathodenelektrode zugeführt werden. Die H2O-Pumpe 22 wird auf der Grundlage eines Steuerungssignals betrieben, das von einer später beschriebenen Steuerungsvorrichtung 29 ausgegeben wird. Der H2O-Speicher 20 und die H2O-Pumpe 22 dienen als eine H2O-Zufuhreinheit.H 2 O is supplied to the cathode electrode 12 from an H 2 O storage 20 via an H 2 O supply passage 21 . The H 2 O storage 20 of the present embodiment stores H 2 O in a liquid state. An H 2 O pump 22 that pumps H 2 O is installed in the H 2 O supply passage 21 . H 2 O may be supplied to the cathode electrode 12 in a liquid state, or H 2 O may be supplied to the cathode electrode in a water vapor state. The H 2 O pump 22 is operated based on a control signal output from a controller 29 described later. The H 2 O storage 20 and the H 2 O pump 22 serve as an H 2 O supply unit.

CO2 wird der Brennstoffsynthetisierungsvorrichtung 10 von einem CO2-Speicher 23 über eine CO2-Zufuhrpassage 24 zugeführt. CO2 wird in dem CO2-Speicher 23 der vorliegenden Ausführungsform in einem flüssigen Zustand gespeichert. Das CO2, das in dem CO2-Speicher 23 gespeichert ist, ist unter Druck gesetzt.CO 2 is supplied to the fuel synthesizing device 10 from a CO 2 storage 23 via a CO 2 supply passage 24 . CO 2 is stored in a liquid state in the CO 2 storage device 23 of the present embodiment. The CO 2 stored in the CO 2 storage 23 is pressurized.

Ein Druckregulierungsventil 25 ist in der CO2-Zufuhrpassage 24 installiert. Das Druckregulierungsventil 25 verringert den Druck des CO2, das in dem CO2-Speicher 23 gespeichert ist. Das Druckregulierungsventil 25 ist ein Ausdehnungsventil, das CO2 ausdehnt. Das Druckregulierungsventil 25 wird auf der Grundlage eines Steuerungssignals betrieben, das von der später beschriebenen Steuerungsvorrichtung 29 ausgegeben wird. Der CO2-Speicher 23 und das Druckregulierungsventil 25 dienen als eine CO2-Zufuhreinheit.A pressure regulating valve 25 is installed in the CO 2 supply passage 24 . The pressure regulating valve 25 reduces the pressure of the CO 2 stored in the CO 2 storage 23 . The pressure regulating valve 25 is an expansion valve that expands CO 2 . The pressure regulating valve 25 operates based on a control signal output from the control device 29 described later. The CO 2 storage 23 and the pressure regulating valve 25 serve as a CO 2 supply unit.

Bei der Kathodenelektrode 12 der Brennstoffsynthetisierungsvorrichtung 10 wird H2 durch Elektrolyse von H2O erzeugt, und es wird CO durch Elektrolyse von CO2 erzeugt. Bei der Kathodenelektrode 12 wird der Kohlenwasserstoff aus H2 und CO synthetisiert, die jeweils durch die oben beschriebenen Elektrolysen erzeugt werden. Der synthetisierte Kohlenwasserstoff ist in einem Brennstoffsyntheseabgas enthalten und wird aus der Kathodenelektrode 12 ausgelassen. Der Kohlenwasserstoff, der in dem Brennstoffsyntheseabgas enthalten ist, kann beispielsweise Methan sein.In the cathode electrode 12 of the fuel synthesizing device 10, H 2 is generated by electrolysis of H 2 O, and CO is generated by electrolysis of CO 2 . At the cathode electrode 12, the hydrocarbon is synthesized from H 2 and CO each generated by the electrolysis described above. The synthesized hydrocarbon is contained in a fuel synthesis off-gas and is discharged from the cathode electrode 12 . The hydrocarbon contained in the fuel synthesis off-gas may be methane, for example.

Das Brennstoffsyntheseabgas passiert eine Brennstoffsyntheseabgaspassage 26. Ein Brennstofftrenner 27 ist in der Brennstoffsyntheseabgaspassage 26 installiert. Der Brennstofftrenner 27 trennt den Kohlenwasserstoff von bzw. aus dem Brennstoffsyntheseabgas. Der Kohlenwasserstoff kann durch beispielsweise eine Destillationstrennung von dem Brennstoffsyntheseabgas getrennt werden.The fuel synthesis off-gas passes through a fuel synthesis off-gas passage 26 . A fuel separator 27 is installed in the fuel synthesis off-gas passage 26 . The fuel separator 27 separates the hydrocarbon from the fuel synthesis off-gas. The hydrocarbon may be separated from the fuel synthesis off-gas by, for example, a distillation separation.

Der Kohlenwasserstoff, der an dem Brennstofftrenner 27 abgetrennt wird, wird in einem Brennstoffspeicher 28 gespeichert. Der Brennstoffspeicher 28 der vorliegenden Ausführungsform speichert den Kohlenwasserstoff in einem flüssigen Zustand.The hydrocarbon separated at the fuel separator 27 is stored in a fuel storage tank 28 . The fuel storage 28 of the present embodiment stores the hydrocarbon in a liquid state.

Das Energiewandlungssystem enthält die Steuerungsvorrichtung 29. Die Steuerungsvorrichtung 29 enthält einen bekannten Mikrocomputer, der eine CPU, einen ROM, einen RAM und Ähnliches enthält, und eine periphere Schaltung des Mikrocomputers. Die Steuerungsvorrichtung 29 führt verschiedene Berechnungen und Prozesse auf der Grundlage eines Klimatisierungssteuerungsprogramms durch, das in dem ROM gespeichert ist, und die Steuerungsvorrichtung 29 steuert die Betriebe der verschiedenen Zielvorrichtungen wie beispielsweise der Elektrische-Leistung-Zufuhrvorrichtung 14, der H2O-Pumpe 22 und des Druckregulierungsventils 25. Verschiedene Sensoren (nicht gezeigt) sind mit einer Eingangsseite der Steuerungsvorrichtung 29 verbunden.The power conversion system includes the controller 29. The controller 29 includes a known microcomputer including a CPU, ROM, RAM and the like, and a peripheral circuit of the microcomputer. The control device 29 performs various calculations and processes based on an air conditioning control program stored in the ROM, and the control device 29 controls the operations of various target devices such as the electric power supply device 14, the H 2 O pump 22, and of the pressure regulating valve 25. Various sensors (not shown) are connected to an input side of the control device 29. FIG.

Im Folgenden werden chemische Reaktionen beschrieben, die bei der Brennstoffsynthetisierungsvorrichtung 10 stattfinden. In der Brennstoffsynthetisierungsvorrichtung 10 finden in dem Zustand, in dem der Brennstoffsynthetisierungsvorrichtung 10 elektrische Leistung von der Elektrische-Leistung-Zufuhrvorrichtung 14 zugeführt wird, wenn H2O und CO2 der Kathodenelektrode 12 zugeführt werden, eine H2O-Elektrolysereaktion und eine CO2-Elektrolysereaktion an der Kathodenelektrode 12 statt, um H2, CO und O2- zu erzeugen. O2-, das an der Kathodenelektrode 12 erzeugt wird, bewegt sich über den Elektrolyten 11 zu der Anodenelektrode 13. Bei der Anodenelektrode 13 wird O2- mit den Elektronen gekoppelt, um O2 zu erzeugen.Chemical reactions that take place in the fuel synthesizing device 10 will be described below. In the fuel synthesizing device 10, in the state where electric power is supplied to the fuel synthesizing device 10 from the electric power supply device 14, when H 2 O and CO 2 are supplied to the cathode electrode 12, H 2 O electrolysis reaction and CO 2 occur -Electrolysis reaction taking place at the cathode electrode 12 to produce H 2 , CO and O 2- . O 2- generated at the cathode electrode 12 moves to the anode electrode 13 via the electrolyte 11. At the anode electrode 13, O 2- couples with the electrons to generate O 2 .

Eine Brennstoffsynthesereaktion, die CH4 aus H2 und CO synthetisiert, die durch die Elektrolysereaktionen erzeugt werden, findet an der Kathodenelektrode 12 statt. A fuel synthesis reaction that synthesizes CH 4 from H 2 and CO generated by the electrolysis reactions takes place at the cathode electrode 12 .

CH4, das an der Kathodenelektrode 12 erzeugt wird, wird als Brennstoffsyntheseabgas von der Brennstoffsynthetisierungsvorrichtung 10 über die Brennstoffsyntheseabgaspassage 26 ausgelassen. CH4, das in dem Brennstoffsyntheseabgas enthalten ist, wird an dem Brennstofftrenner 27 abgetrennt und als Kohlenwasserstoff-Brennstoff in dem Brennstoffspeicher 28 gespeichert. Das verbleibende Brennstoffsyntheseabgas, von dem der CH4 abgetrennt wurde, wird zur Außenseite ausgelassen.CH 4 generated at the cathode electrode 12 is discharged as fuel synthesis off-gas from the fuel synthesizing device 10 via the fuel synthesis off-gas passage 26 . CH 4 contained in the fuel synthesis off-gas is separated at the fuel separator 27 and stored in the fuel storage 28 as hydrocarbon fuel. The remaining fuel synthesis off-gas from which the CH 4 has been separated is discharged to the outside.

Die H2O-Elektrolysereaktion, die CO2-Elektrolysereaktion und die Brennstoffsynthesereaktion, die unten beschrieben werden, treten an der Kathodenelektrode 12 der Brennstoffsynthetisierungsvorrichtung 10 auf. [H2O-Elektrolysereaktion] H2O+2e-→H2+O2- [CO2-Elektrolysereaktion 1] CO2+2e-→CO+O2- [CO2-Elektrolysereaktion 2] CO2+H2→CO+H2O The H 2 O electrolysis reaction, the CO 2 electrolysis reaction, and the fuel synthesis reaction described below occur at the cathode electrode 12 of the fuel synthesizing device 10 . [H 2 O electrolysis reaction] H 2 O+2e - →H 2 +O 2- [CO 2 electrolysis reaction 1] CO 2 +2e - →CO+O 2- [CO 2 electrolysis reaction 2] CO2 + H2 →CO+ H2O

[Brennstoffsynthesereaktion][Fuel Synthesis Reaction]

3H2+CO→CH4+H2O 3H2 +CO→ CH4 + H2O

In der H2O-Elektrolysereaktion wird H2O elektrolysiert, um H2 zu erzeugen. In der CO2-Elektrolysereaktion wird CO2 elektrolysiert, um CO zu erzeugen. Die CO2-Elektrolysereaktion enthält eine CO2-Elektrolysereaktion 1 und eine CO2-Elektrolysereaktion 2.In the H 2 O electrolysis reaction, H 2 O is electrolyzed to produce H 2 . In the CO 2 electrolysis reaction, CO 2 is electrolyzed to generate CO. The CO 2 electrolysis reaction includes a CO 2 electrolysis reaction 1 and a CO 2 electrolysis reaction 2.

Die CO2-Elektrolysereaktion 2 ist eine reverse Wassergas-Shift-Reaktion, bei der H2, das in der H2O-Elektrolysereaktion erzeugt wird, verbraucht wird, um H2O zu erzeugen. Unter den beiden Arten von CO2-Elektrolysereaktionen wird, wenn ein Anteil der CO2-Elektrolysereaktion 2 erhöht wird, eine große Menge an elektrischer Leistung benötigt, um H2 durch die H2O-Elektrolysereaktion zu erzeugen, und dadurch verschlechtert sich die Systemeffizienz. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, das Auftreten der CO2-Elektrolysereaktion 2 soweit wie möglich zu begrenzen.The CO 2 electrolysis reaction 2 is a reverse water gas shift reaction in which H 2 produced in the H 2 O electrolysis reaction is consumed to produce H 2 O. Among the two types of CO 2 electrolysis reaction, when a proportion of the CO 2 electrolysis reaction 2 is increased, a large amount of electric power is required to generate H 2 through the H 2 O electrolysis reaction, and thereby system efficiency deteriorates . For this reason, it is desirable to limit the occurrence of the CO 2 electrolysis reaction 2 as much as possible.

In der Brennstoffsynthesereaktion wird CH4 aus H2 und CO synthetisiert. In der Brennstoffsynthesereaktion wird H2O als Nebenprodukt der Synthese von CH4 erzeugt. H2O, das in der Brennstoffsynthesereaktion erzeugt wird, wird in der H2O-Elektrolysereaktion elektrolysiert. Um CH4 durch die Brennstoffsynthesereaktion effizient zu synthetisieren, ist es wünschenswert, H2O, das als Nebenprodukt erzeugt wird, schnell zu entfernen.In the fuel synthesis reaction, CH 4 is synthesized from H 2 and CO. In the fuel synthesis reaction, H 2 O is produced as a by-product of the synthesis of CH 4 . H 2 O generated in the fuel synthesis reaction is electrolyzed in the H 2 O electrolysis reaction. In order to efficiently synthesize CH 4 through the fuel synthesis reaction, it is desirable to quickly remove H 2 O produced as a by-product.

Im Folgenden wird die Struktur der Kathodenelektrode 12 der Brennstoffsynthetisierungsvorrichtung 10 mit Bezug auf 2 beschrieben. In 2 ist eine Links-nachrechts-Richtung eine Gasfließrichtung des Quellengases, das H2O und CO2 enthält. Die Gasfließrichtung verläuft entlang einer Grenzfläche zwischen dem Elektrolyten 11 und der Kathodenelektrode 12.In the following, the structure of the cathode electrode 12 of the fuel synthesizing device 10 is explained with reference to FIG 2 described. In 2 a left-to-right direction is a gas flow direction of the source gas containing H 2 O and CO 2 . The gas flow direction is along an interface between the electrolyte 11 and the cathode electrode 12.

Wie es in 2 gezeigt ist, weist die Kathodenelektrode 12 einen Stromaufabschnitt 12a, einen mittleren Abschnitt 12b und Stromababschnitte 12c, 12d auf, die in der Gasfließrichtung von der Stromaufseite zu der Stromabseite angeordnet sind. Die Stromababschnitte 12c, 12d enthalten einen ersten Stromababschnitt 12c und einen zweiten Stromababschnitt 12d, wobei der zweite Stromababschnitt 12d auf der Stromabseite des ersten Stromababschnittes 12c angeordnet ist. Man beachte, dass der erste Stromababschnitt 12c und der zweite Stromababschnitt 12d in der Beschreibung auch gemeinsam als Stromababschnitt 12c, 12d bezeichnet werden. Das Zusammensetzungsverhältnis der Metallkatalysatoren unterscheidet sich jeweils zwischen dem Stromaufabschnitt 12a, dem mittleren Abschnitt 12b und dem Stromababschnitt 12c, 12d, und dadurch ein Auftrittsverhältnis zwischen der CO2-Elektrolysereaktion, der H2O-Elektrolysereaktion und der Brennstoffsynthesereaktion bei jeweils dem Stromaufabschnitt 12a, dem mittleren Abschnitt 12b und dem Stromababschnitt 12c, 12d. Hinsichtlich der CO2-Elektrolysereaktion, der H2O-Elektrolysereaktion und der Brennstoffsynthesereaktion sind die Prioritäten dieser Reaktionen zwischen dem Stromaufabschnitt 12a, dem mittleren Abschnitt 12b und dem Stromababschnitt 12c, 12d unterschiedlich bzw. anders. In dem Stromaufabschnitt 12a wird die CO2-Elektrolysereaktion mit hoher Priorität ausgeführt. In dem mittleren Abschnitt 12b wird die H2O-Elektrolysereaktion mit einer hohen Priorität ausgeführt. In dem Stromababschnitt 12c, 12d wird die Brennstoffsynthesereaktion mit einer hohen Priorität ausgeführt.like it in 2 As shown, the cathode electrode 12 has an upstream portion 12a, a middle portion 12b, and downstream portions 12c, 12d arranged in the gas flow direction from the upstream side to the downstream side. The downstream sections 12c, 12d include a first downstream section 12c and a second downstream section 12d, with the second downstream section 12d being located on the downstream side of the first downstream section 12c. Note that the first downstream portion 12c and the second downstream portion 12d are also collectively referred to as downstream portion 12c, 12d in the specification. The composition ratio of the metal catalysts differs between the upstream section 12a, the middle section 12b and the downstream section 12c, 12d, and thereby an occurrence ratio between the CO 2 electrolysis reaction, the H 2 O electrolysis reaction and the fuel synthesis reaction at each of the upstream section 12a, the middle section 12b and the downstream section 12c, 12d. Regarding the CO 2 electrolysis reaction, the H 2 O electrolysis reaction and the fuel synthesis reaction, the priorities of these reactions are different among the upstream section 12a, the middle section 12b and the downstream section 12c, 12d. In the upstream section 12a, the CO 2 electrolysis reaction is carried out with high priority. In the middle section 12b, the H 2 O electrolysis reaction is carried out with a high priority. In the downstream section 12c, 12d, the fuel synthesis reaction is carried out with a high priority.

In dem Stromaufabschnitt 12a ist unter den Reaktionsprodukten, die CO, das in der CO2-Elektrolysereaktion erzeugt wird, H2, das in der H2O-Elektrolysereaktion erzeugt wird, und Kohlenwasserstoff, das in der Brennstoffsynthesereaktion erzeugt wird, enthalten, die Stoffmenge (Molzahl) von CO, das in der CO2-Elektrolysereaktion erzeugt wird, am größten. In dem mittleren Abschnitt 12b ist unter den Reaktionsprodukten, die CO, H2 und Kohlenwasserstoff enthalten, die Stoffmenge von H2, das in der H2O-Elektrolysereaktion erzeugt wird, am größten. In dem Stromababschnitt 12c, 12d ist unter den Reaktionsprodukten, die CO, H2 und Kohlenwasserstoff enthalten, die Stoffmenge von Kohlenwasserstoff, das in der Brennstoffsynthesereaktion erzeugt wird, am größten.In the upstream portion 12a, among the reaction products including CO produced in the CO 2 electrolysis reaction, H 2 produced in the H 2 O electrolysis reaction, and hydrocarbon produced in the fuel synthesis reaction, is the mole amount (number of moles) of CO generated in the CO 2 electrolysis reaction is largest. In the middle portion 12b, among the reaction products containing CO, H 2 and hydrocarbon, the molar amount of H 2 generated in the H 2 O electrolysis reaction is largest. In the downstream portion 12c, 12d, among the reaction products containing CO, H 2 and hydrocarbon, the molar amount of hydrocarbon generated in the fuel synthesis reaction is largest.

In 2 wird die Priorität einer jeweiligen Reaktion durch die Ungleichheitszeichen ">>" und „>“ repräsentiert. In der vorliegenden Beschreibung sind die Ungleichheitszeichen ">>" und „>“ durch ein Herstellungsverhältnis der Reaktionsprodukte definiert, die in den jeweiligen Reaktionen erzeugt werden. Das Ungleichheitszeichen ">>" gibt an, dass die Stoffmenge des Reaktionsproduktes, das auf der linken Seite angeordnet ist, mindestens zweimal so groß wie die Stoffmenge des Reaktionsproduktes ist, das auf der rechten Seite angeordnet ist. Das Ungleichheitszeichen „>“ gibt an, dass die Stoffmenge des Reaktionsproduktes, das auf der linken Seite angeordnet ist, größer als die Stoffmenge des Reaktionsproduktes ist, das auf der rechten Seite angeordnet ist.In 2 the priority of a respective reaction is represented by the inequality signs ">>" and ">". In the present specification, the inequality signs ">>" and ">" are defined by a production ratio of the reaction products generated in the respective reactions. The inequality sign ">>" indicates that the mole of reaction product located on the left is at least twice the mole of reaction product located on the right. The inequality sign ">" indicates that the mole of the reaction product, which is located on the left, is greater than the mole of the Reaction product is located on the right side.

In dem Stromaufabschnitt 12a gilt die Beziehung von CO2-Elektrolysereaktion >> H2O-Elektrolysereaktion > Brennstoffsynthesereaktion. Insbesondere ist in dem Stromaufabschnitt 12a die Stoffmenge des Reaktionsproduktes CO, das in der CO2-Elektrolysereaktion erzeugt wird, mindestens zweimal so groß wie die Stoffmenge des Reaktionsproduktes H2, das in der H2O-Elektrolysereaktion erzeugt wird, und die Stoffmenge des Reaktionsproduktes CO, das in der CO2-Elektrolysereaktion erzeugt wird, ist mindestens zweimal so groß wie die Stoffmenge des Reaktionsproduktes CH4, das in der Brennstoffsynthesereaktion erzeugt wird. Weiterhin ist in dem Stromaufabschnitt 12a die Stoffmenge des Reaktionsproduktes H2, das in der H2O-Elektrolysereaktion erzeugt wird, größer als die Stoffmenge des Reaktionsproduktes CH4, das in der Brennstoffsynthesereaktion erzeugt wird.In the upstream portion 12a, the relationship of CO 2 electrolysis reaction >> H 2 O electrolysis reaction > fuel synthesis reaction holds. Specifically, in the upstream section 12a, the molar amount of the reaction product CO generated in the CO 2 electrolysis reaction is at least twice the molar amount of the reaction product H 2 generated in the H 2 O electrolysis reaction and the molar amount of the reaction product CO produced in the CO 2 electrolysis reaction is at least twice the molar amount of the reaction product CH 4 produced in the fuel synthesis reaction. Further, in the upstream portion 12a, the molar amount of the reaction product H 2 generated in the H 2 O electrolysis reaction is larger than the molar amount of the reaction product CH 4 generated in the fuel synthesis reaction.

In dem Stromaufabschnitt 12a ist die Stoffmenge des Reaktionsproduktes CO, das in der CO2-Elektrolysereaktion erzeugt wird, gleich oder größer als 50 % der Summe aus der Stoffmengen der Reaktionsprodukte, die in der CO2-Elektrolysereaktion, der H2O-Elektrolysereaktion und der Brennstoffsynthesereaktion erzeugt werden. In dem Stromaufabschnitt 12a ist es wünschenswert, wenn die Stoffmenge des Reaktionsproduktes CO, das in der CO2-Elektrolysereaktion erzeugt wird, 80 % oder mehr von der Summe der Stoffmengen der Reaktionsprodukte ist, die in der CO2-Elektrolysereaktion, der H2O-Elektrolysereaktion und der Brennstoffsynthesereaktion erzeugt werden.In the upstream section 12a, the molar amount of the reaction product CO generated in the CO 2 electrolysis reaction is equal to or greater than 50% of the sum of the molar amounts of the reaction products generated in the CO 2 electrolysis reaction, the H 2 O electrolysis reaction and of the fuel synthesis reaction. In the upstream section 12a, it is desirable that the molar amount of the reaction product CO generated in the CO 2 electrolysis reaction is 80% or more of the sum of the molar amounts of the reaction products generated in the CO 2 electrolysis reaction, the H 2 O -electrolysis reaction and the fuel synthesis reaction.

In dem mittleren Abschnitt 12b gilt die Beziehung von H2O-Elektrolysereaktion >> Brennstoffsynthesereaktion > CO2-Elektrolysereaktion. In dem mittleren Abschnitt 12b ist insbesondere die Stoffmenge des Reaktionsproduktes H2, das in der H2O-Elektrolysereaktion erzeugt wird, mindestens zweimal so groß wie die Stoffmenge des Reaktionsproduktes CH4, das in der Brennstoffsynthesereaktion erzeugt wird, und die Stoffmenge des Reaktionsproduktes H2, das in der H2O-Elektrolysereaktion erzeugt wird, ist mindestens zweimal so groß wie die Stoffmenge des Reaktionsproduktes CO, das in der CO2-Elektrolysereaktion erzeugt wird. Weiterhin ist in dem mittleren Abschnitt 12b die Stoffmenge des Reaktionsproduktes CH4, das in der Brennstoffsynthesereaktion erzeugt wird, größer als die Stoffmenge des Reaktionsproduktes CO, das in der CO2-Elektrolysereaktion erzeugt wird.In the middle portion 12b, the relationship of H 2 O electrolysis reaction >> fuel synthesis reaction > CO 2 electrolysis reaction holds. Specifically, in the middle section 12b, the molar amount of the reaction product H 2 produced in the H 2 O electrolysis reaction is at least twice the molar amount of the reaction product CH 4 produced in the fuel synthesis reaction and the molar amount of the reaction product H H 2 produced in the H 2 O electrolysis reaction is at least twice the molar amount of the reaction product CO produced in the CO 2 electrolysis reaction. Further, in the central portion 12b, the molar amount of the reaction product CH 4 generated in the fuel synthesis reaction is larger than the molar amount of the reaction product CO generated in the CO 2 electrolysis reaction.

In dem mittleren Abschnitt 12b ist die Stoffmenge des Reaktionsproduktes H2, das in der H2O-Elektrolysereaktion erzeugt wird, gleich oder größer als 50 % der Summe der Stoffmengen der Reaktionsprodukte, die in der CO2-Elektrolysereaktion, der H2O-Elektrolysereaktion und der Brennstoffsynthesereaktion erzeugt werden. In dem mittleren Abschnitt 12b ist es wünschenswert, wenn die Stoffmenge des Reaktionsproduktes H2, das in der H2O-Elektrolysereaktion erzeugt wird, 80 % oder mehr der Summe der Stoffmengen der Reaktionsprodukte ist, die in der CO2-Elektrolysereaktion, der H2O-Elektrolysereaktion und der Brennstoffsynthesereaktion erzeugt werden.In the middle section 12b, the molar amount of the reaction product H 2 produced in the H 2 O electrolysis reaction is equal to or greater than 50% of the sum of the molar amounts of the reaction products produced in the CO 2 electrolysis reaction, the H 2 O Electrolysis reaction and the fuel synthesis reaction are generated. In the middle portion 12b, it is desirable that the molar amount of the reaction product H 2 generated in the H 2 O electrolysis reaction is 80% or more of the sum of the molar amounts of the reaction products generated in the CO 2 electrolysis reaction, the H 2 O electrolysis reaction and the fuel synthesis reaction.

In dem ersten Stromababschnitt 12c gilt die Beziehung von Brennstoffsynthesereaktion > H2O-Elektrolysereaktion >> CO2-Elektrolysereaktion. Insbesondere ist in dem ersten Stromababschnitt 12c die Stoffmenge des Reaktionsproduktes CH4, das in der Brennstoffsynthesereaktion erzeugt wird, mindestens zweimal so groß wie die Stoffmenge des Reaktionsproduktes CO, das in der CO2-Elektrolysereaktion erzeugt wird, und die Stoffmenge des Reaktionsproduktes H2, das in der H2O-Elektrolysereaktion erzeugt wird, ist mindestens zweimal so groß wie die Stoffmenge des Reaktionsproduktes CO, das in der CO2-Elektrolysereaktion erzeugt wird. Weiterhin ist in dem ersten Stromababschnitt 12c die Stoffmenge des Reaktionsproduktes CH4, das in der Brennstoffsynthesereaktion erzeugt wird, größer als die Stoffmenge des Reaktionsproduktes H2, das in der H2O-Elektrolysereaktion erzeugt wird.In the first downstream portion 12c, the relationship of fuel synthesis reaction>H 2 O electrolysis reaction>>CO 2 electrolysis reaction holds. Specifically, in the first downstream portion 12c, the molar amount of the reaction product CH 4 produced in the fuel synthesis reaction is at least twice the molar amount of the reaction product CO produced in the CO 2 electrolysis reaction and the molar amount of the reaction product H 2 , produced in the H 2 O electrolysis reaction is at least twice the molar amount of the reaction product CO produced in the CO 2 electrolysis reaction. Further, in the first downstream portion 12c, the molar amount of the reaction product CH 4 generated in the fuel synthesis reaction is larger than the molar amount of the reaction product H 2 generated in the H 2 O electrolysis reaction.

In dem ersten Stromababschnitt 12c ist die Summe aus der Stoffmenge des Reaktionsproduktes CH4, das in der Brennstoffsynthesereaktion erzeugt wird, und der Stoffmenge des Reaktionsproduktes H2, das in der H2O-Elektrolysereaktion erzeugt wird, gleich oder größer als 80 % der Summe der Stoffmengen der Reaktionsprodukte, die in der CO2-Elektrolysereaktion, der H2O-Elektrolysereaktion und der Brennstoffsynthesereaktion erzeugt werden. In dem ersten Stromababschnitt 12c ist es wünschenswert, wenn die Summe aus der Stoffmenge des Reaktionsproduktes CH4, das in der Brennstoffsynthesereaktion erzeugt wird, und der Stoffmenge des Reaktionsproduktes H2, das in der H2O-Elektrolysereaktion erzeugt wird, gleich oder größer als 90 % der Summe der Stoffmengen der Reaktionsprodukte ist, die in der CO2-Elektrolysereaktion, der H2O-Elektrolysereaktion und der Brennstoffsynthesereaktion erzeugt werden.In the first downstream portion 12c, the sum of the molar amount of the reaction product CH 4 produced in the fuel synthesis reaction and the molar amount of the reaction product H 2 produced in the H 2 O electrolysis reaction is equal to or greater than 80% of the sum the moles of the reaction products generated in the CO 2 electrolysis reaction, the H 2 O electrolysis reaction, and the fuel synthesis reaction. In the first downstream portion 12c, it is desirable if the sum of the molar amount of the reaction product CH 4 produced in the fuel synthesis reaction and the molar amount of the reaction product H 2 produced in the H 2 O electrolysis reaction is equal to or greater than is 90% of the sum of the moles of the reaction products generated in the CO 2 electrolysis reaction, the H 2 O electrolysis reaction, and the fuel synthesis reaction.

In dem zweiten Stromababschnitt 12d gilt die Beziehung von Brennstoffsynthesereaktion >> H2O-Elektrolysereaktion > CO2-Elektrolysereaktion. Insbesondere ist in dem zweiten Stromababschnitt 12d die Stoffmenge des Reaktionsproduktes CH4, das in der Brennstoffsynthesereaktion erzeugt wird, mindestens zweimal so groß wie die Stoffmenge des Reaktionsproduktes H2, das in der H2O Elektrolysereaktion erzeugt wird, und die Stoffmenge des Reaktionsproduktes CH4, das in der Brennstoffsynthesereaktion erzeugt wird, ist mindestens zweimal so groß wie die Stoffmenge des Reaktionsproduktes CO, das in der CO2-Elektrolysereaktion erzeugt wird. Außerdem ist in dem zweiten Stromababschnitt 12d die Stoffmenge des Reaktionsproduktes H2, das in der H2O-Elektrolysereaktion erzeugt wird, größer als die Stoffmenge des Reaktionsproduktes CO, das in der CO2-Elektrolysereaktion erzeugt wird.In the second downstream portion 12d, the relation of fuel synthesis reaction >> H 2 O electrolysis reaction > CO 2 electrolysis reaction holds. Specifically, in the second downstream section 12d, the molar amount of the reaction product CH 4 produced in the fuel synthesis reaction is at least twice the molar amount of the reaction product H 2 produced in the H 2 O electrolysis reaction and the molar amount of the reaction product CH 4 , which is used in fuel synthesis produced in the reaction is at least twice the molar amount of the reaction product CO produced in the CO 2 electrolysis reaction. Also, in the second downstream section 12d, the molar amount of the reaction product H 2 generated in the H 2 O electrolysis reaction is larger than the molar amount of the reaction product CO generated in the CO 2 electrolysis reaction.

In dem zweiten Stromababschnitt 12d ist die Stoffmenge des Reaktionsproduktes CH4, das in der Brennstoffsynthesereaktion erzeugt wird, gleich oder größer als 50 % der Summe der Stoffmengen der Reaktionsprodukte, die in der CO2-Elektrolysereaktion, der H2O-Elektrolysereaktion und der Brennstoffsynthesereaktion erzeugt werden. In dem zweiten Stromababschnitt 12d ist es wünschenswert, wenn die Stoffmenge des Reaktionsproduktes CH4, das in der Brennstoffsynthesereaktion erzeugt wird, 80 % oder mehr der Summe der Stoffmengen der Reaktionsprodukte ist, die in der CO2-Elektrolysereaktion, der H2O-Elektrolysereaktion und der Brennstoffsynthesereaktion erzeugt werden.In the second downstream section 12d, the molar amount of the reaction product CH 4 produced in the fuel synthesis reaction is equal to or greater than 50% of the sum of the molar amounts of the reaction products produced in the CO 2 electrolysis reaction, the H 2 O electrolysis reaction and the fuel synthesis reaction be generated. In the second downstream portion 12d, it is desirable that the molar amount of the reaction product CH 4 generated in the fuel synthesis reaction is 80% or more of the sum of the molar amounts of the reaction products generated in the CO 2 electrolysis reaction, the H 2 O electrolysis reaction and the fuel synthesis reaction.

In der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet das sich Verhältnis des CO2-Elektrolysekatalysators, des H2O-Elektrolysekatalysatorsund des Brennstoffsynthesekatalysators zwischen dem Stromaufabschnitt 12a, dem mittleren Abschnitt 12b, dem ersten Stromababschnitt 12c und dem zweiten Stromababschnitt 12d. Durch unterschiedliches Einstellen des Verhältnisses dieser Katalysatoren in jeweils dem Stromaufabschnitt 12a, dem mittleren Abschnitt 12b, dem ersten Stromababschnitt 12c und dem zweiten Stromababschnitt 12d wird der Erzeugungsanteil bzw. das Erzeugungsverhältnis der Reaktionsprodukte, die in der CO2-Elektrolysereaktion, der H2O-Elektrolysereaktion und der Brennstoffsynthesereaktion erzeugt werden, in jeweils dem Stromaufabschnitt 12a, dem mittleren Abschnitt 12b, dem ersten Stromababschnitt 12c und dem zweiten Stromababschnitt 12d unterschiedlich.In the present embodiment, the different ratio of the CO 2 electrolysis catalyst, the H 2 O electrolysis catalyst and the fuel synthesis catalyst differs among the upstream section 12a, the middle section 12b, the first downstream section 12c and the second downstream section 12d. By adjusting the ratio of these catalysts differently in each of the upstream section 12a, the middle section 12b, the first downstream section 12c and the second downstream section 12d, the generation rate of the reaction products used in the CO 2 electrolysis reaction, the H 2 O electrolysis reaction and the fuel synthesis reaction are different in each of the upstream section 12a, the middle section 12b, the first downstream section 12c and the second downstream section 12d.

In dem Stromaufabschnitt 12a wird das Verhältnis des CO2-Elektrolysekatalysators, des H2O-Elektrolysekatalysatorsund des Brennstoffsynthesekatalysators derart eingestellt, dass die Stoffmenge von CO mindestens zweimal so groß wie die Stoffmenge von H2 ist und die Stoffmenge von CO mindestens zweimal so groß wie die Stoffmenge von CH4 ist. Weiterhin wird in dem Stromaufabschnitt 12a das Verhältnis des H2O-Elektrolysekatalysators und des Brennstoffsynthesekatalysators derart eingestellt, dass die Stoffmenge von H2 größer als die Stoffmenge von CH4 ist.In the upstream section 12a, the ratio of the CO 2 electrolysis catalyst, the H 2 O electrolysis catalyst and the fuel synthesis catalyst is adjusted such that the molar amount of CO is at least twice the molar amount of H 2 and the molar amount of CO is at least twice the molar amount is the mole of CH 4 . Further, in the upstream section 12a, the ratio of the H 2 O electrolysis catalyst and the fuel synthesis catalyst is adjusted such that the molar amount of H 2 is larger than the molar amount of CH 4 .

In dem mittleren Abschnitt 12b wird das Verhältnis des CO2-Elektrolysekatalysators, des H2O-Elektrolysekatalysatorsund des Brennstoffsynthesekatalysators derart eingestellt, dass die Stoffmenge von H2 mindestens zweimal so groß wie die Stoffmenge von CH4 ist und die Stoffmenge von H2 mindestens zweimal so groß wie die Stoffmenge von CO ist. Weiterhin wird in dem mittleren Abschnitt 12b das Verhältnis des CO2-Elektrolysekatalysators und des Brennstoffsynthesekatalysators derart eingestellt, dass die Stoffmenge von CH4 größer als die Stoffmenge von CO ist.In the middle section 12b, the ratio of the CO 2 electrolysis catalyst, the H 2 O electrolysis catalyst and the fuel synthesis catalyst is adjusted such that the molar amount of H 2 is at least twice the molar amount of CH 4 and the molar amount of H 2 is at least twice as large as the amount of substance of CO. Further, in the middle section 12b, the ratio of the CO 2 electrolysis catalyst and the fuel synthesis catalyst is adjusted such that the molar amount of CH 4 is larger than the molar amount of CO.

In dem ersten Stromababschnitt 12c wird das Verhältnis des CO2-Elektrolysekatalysators, des H2O-Elektrolysekatalysatorsund des Brennstoffsynthesekatalysators derart eingestellt, dass die Stoffmenge von CH4 mindestens zweimal so groß wie die Stoffmenge von CO ist und die Stoffmenge von H2 mindestens zweimal so groß wie die Stoffmenge von CO ist. Weiterhin wird in dem ersten Stromababschnitt 12c das Verhältnis des H2O-Elektrolysekatalysators und des Brennstoffsynthesekatalysators derart eingestellt, dass die Stoffmenge von CH4 größer als die Stoffmenge von H2 ist.In the first downstream section 12c, the ratio of the CO 2 electrolysis catalyst, the H 2 O electrolysis catalyst and the fuel synthesis catalyst is adjusted such that the molar amount of CH 4 is at least twice the molar amount of CO and the molar amount of H 2 is at least twice the molar amount is as large as the amount of substance of CO. Further, in the first downstream portion 12c, the ratio of the H 2 O electrolysis catalyst and the fuel synthesis catalyst is adjusted such that the molar amount of CH 4 is larger than the molar amount of H 2 .

In dem zweiten Stromababschnitt 12d wird das Verhältnis des CO2-Elektrolysekatalysators, des H2O-Elektrolysekatalysatorsund des Brennstoffsynthesekatalysators derart eingestellt, dass die Stoffmenge von CH4 mindestens zweimal so groß wie die Stoffmenge von H2 ist und die Stoffmenge von CH4 mindestens zweimal so groß wie die Stoffmenge von CO ist. Weiterhin wird in dem zweiten Stromababschnitt 12d das Verhältnis des CO2-Elektrolysekatalysators und des Brennstoffsynthesekatalysators derart eingestellt, dass die Stoffmenge von H2 größer als die Stoffmenge von CO ist.In the second downstream section 12d, the ratio of the CO 2 electrolysis catalyst, the H 2 O electrolysis catalyst and the fuel synthesis catalyst is adjusted such that the molar amount of CH 4 is at least twice the molar amount of H 2 and the molar amount of CH 4 is at least twice as large as the amount of substance of CO. Further, in the second downstream portion 12d, the ratio of the CO 2 electrolysis catalyst and the fuel synthesis catalyst is adjusted such that the molar amount of H 2 is larger than the molar amount of CO.

Im Folgenden werden die chemischen Reaktionen, die an der Kathodenelektrode 12 der Brennstoffsynthetisierungsvorrichtung 10 zu dem Zeitpunkt der Zufuhr von CO2 und H2O zu der Kathodenelektrode 12 stattfinden, beschrieben.In the following, the chemical reactions that take place at the cathode electrode 12 of the fuel synthesizing device 10 at the time of supplying CO 2 and H 2 O to the cathode electrode 12 will be described.

In dem Stromaufabschnitt 12a der Kathodenelektrode 12 wird die CO2-Elektrolysereaktion mit hoher Priorität ausgeführt, sodass eine große Menge an CO soweit wie möglich aus CO2 erzeugt wird. In dem Stromaufabschnitt 12a werden die H2O-Elektrolysereaktion und die Brennstoffsynthesereaktion beschränkt bzw. begrenzt. Die H2O-Elektrolysereaktion wird mit höherer Priorität als die Brennstoffsynthesereaktion ausgeführt, und es wird eine relativ kleine Menge von H2 aus H2O erzeugt. CO, das in der CO2-Elektrolysereaktion erzeugt wird, die relativ kleine Menge von H2, das in der H2O-Elektrolysereaktion erzeugt wird, und das meiste von H2O, das in der H2O-Elektrolysereaktion nicht verwendet wird, werden dem mittleren Abschnitt 12b zugeführt.In the upstream portion 12a of the cathode electrode 12, the CO 2 electrolysis reaction is carried out with high priority, so that a large amount of CO is generated from CO 2 as much as possible. In the upstream portion 12a, the H 2 O electrolysis reaction and the fuel synthesis reaction are restricted. The H 2 O electrolysis reaction is performed with higher priority than the fuel synthesis reaction, and a relatively small amount of H 2 is generated from H 2 O. CO generated in the CO 2 electrolysis reaction, the relatively small amount of H 2 generated in the H 2 O electrolysis reaction, and most of H 2 O not used in the H 2 O electrolysis reaction , are supplied to the middle section 12b.

In dem mittleren Abschnitt 12b wird die H2O-Elektrolysereaktion mit der hohen Priorität ausgeführt, sodass eine große Menge von H2 soweit wie möglich aus H2O erzeugt wird. In dem mittleren Abschnitt 12b sind die Brennstoffsynthesereaktion und die CO2-Elektrolysereaktion begrenzt. Die Brennstoffsynthesereaktion wird mit einer höheren Priorität als die CO2-Elektrolysereaktion ausgeführt, sodass eine relativ kleine Menge von CH4 aus CO und H2 erzeugt wird. CO, das von dem Stromaufabschnitt 12a zugeführt wird, und H2, das durch die H2O-Elektrolysereaktion in dem mittleren Abschnitt 12b erzeugt wird, werden dem ersten Stromababschnitt 12c zugeführt.In the middle section 12b, the H 2 O electrolysis reaction is carried out with the high priority leads, so that a large amount of H 2 is generated from H 2 O as much as possible. In the middle portion 12b, the fuel synthesis reaction and the CO 2 electrolysis reaction are limited. The fuel synthesis reaction is performed with a higher priority than the CO 2 electrolysis reaction, so a relatively small amount of CH 4 is generated from CO and H 2 . CO supplied from the upstream section 12a and H 2 generated by the H 2 O electrolysis reaction in the middle section 12b are supplied to the first downstream section 12c.

In dem ersten Stromababschnitt 12c wird die Brennstoffsynthesereaktion mit der hohen Priorität ausgeführt, sodass CH4 aus CO und H2 synthetisiert wird. In dem ersten Stromababschnitt 12c wird die H2O-Elektrolysereaktion ebenfalls mit der hohen Priorität ausgeführt, sodass H2O, das in der Brennstoffsynthesereaktion als Nebenprodukt erzeugt wird, elektrolysiert wird. In dem ersten Stromababschnitt 12c ist die CO2-Elektrolysereaktion begrenzt. CH4, das in der Brennstoffsynthesereaktion synthetisiert wird, und CO und H2, die in der Brennstoffsynthesereaktion nicht verwendet werden, werden dem zweiten Stromababschnitt 12d zugeführt.In the first downstream section 12c, the fuel synthesis reaction is carried out with the high priority, so that CH 4 is synthesized from CO and H 2 . In the first downstream portion 12c, the H 2 O electrolysis reaction is also performed with the high priority, so that H 2 O by-produced in the fuel synthesis reaction is electrolyzed. In the first downstream portion 12c, the CO 2 electrolysis reaction is limited. CH 4 synthesized in the fuel synthesis reaction and CO and H 2 not used in the fuel synthesis reaction are supplied to the second downstream portion 12d.

In dem zweiten Stromababschnitt 12d wird die Brennstoffsynthesereaktion mit der hohen Priorität ausgeführt, sodass CH4 aus CO und H2 synthetisiert wird. In dem zweiten Stromababschnitt 12d findet die Brennstoffsynthesereaktion unter Verwendung von CO und H2 statt, die nicht verwendet wurden und in der Brennstoffsynthesereaktion in dem ersten Stromababschnitt 12c belassen wurden.In the second downstream section 12d, the fuel synthesis reaction is carried out with the high priority, so that CH 4 is synthesized from CO and H 2 . In the second downstream section 12d, the fuel synthesis reaction takes place using CO and H 2 which were not used and left in the fuel synthesis reaction in the first downstream section 12c.

In der Brennstoffsynthetisierungsvorrichtung 10 der oben beschriebenen Ausführungsform unterscheidet sich das Auftrittsverhältnis der CO2-Elektrolysereaktion, der H2O-Elektrolysereaktion und der Brennstoffsynthesereaktion zwischen dem Stromaufabschnitt 12a, dem mittleren Abschnitt 12b und dem Stromababschnitt 12c, 12d der Kathodenelektrode 12. In dem Stromaufabschnitt 12a wird die CO2-Elektrolysereaktion mit der hohen Priorität ausgeführt, und in dem mittleren Abschnitt 12d wird die H2O-Elektrolysereaktion mit der hohen Priorität ausgeführt. Weiterhin wird in dem Stromababschnitt 12c, 12d die Brennstoffsynthesereaktion mit der hohen Priorität ausgeführt.In the fuel synthesizing apparatus 10 of the embodiment described above, the occurrence ratio of the CO 2 electrolysis reaction, the H 2 O electrolysis reaction and the fuel synthesis reaction differs among the upstream portion 12a, the middle portion 12b and the downstream portion 12c, 12d of the cathode electrode 12. In the upstream portion 12a the CO 2 electrolysis reaction is carried out with the high priority, and in the middle section 12d the H 2 O electrolysis reaction with the high priority is carried out. Furthermore, in the downstream portion 12c, 12d, the fuel synthesis reaction is carried out with the high priority.

Dadurch kann soweit wie möglich eine große Menge an CO2 in CO vor der Erzeugung von H2 in der H2O-Elektrolysereaktion elektrolysiert werden. Die H2O-Elektrolysereaktion findet in dem Zustand statt, in dem die Konzentration von CO2 verringert ist und die Konzentration von CO erhöht ist. Daher ist es möglich, das Auftreten der CO2-Elektrolysereaktion 2 (der reversen Wassergas-Shift-Reaktion) zu begrenzen, bei der CO2 und H2 miteinander reagieren. Daher ist es möglich, den Verbrauch von H2 durch die Elektrolysereaktion 2 zu beschränken, und es ist möglich, den Verbrauch der elektrischen Leistung, die für die Erzeugung von H2 verwendet wird, zu begrenzen. Dadurch kann die Brennstoffsyntheseeffizienz verbessert werden.Thereby, as much as possible, a large amount of CO 2 can be electrolyzed into CO before generating H 2 in the H 2 O electrolysis reaction. The H 2 O electrolysis reaction takes place in the state where the concentration of CO 2 is decreased and the concentration of CO is increased. Therefore, it is possible to restrain the occurrence of the CO 2 electrolysis reaction 2 (the reverse water gas shift reaction) in which CO 2 and H 2 react with each other. Therefore, it is possible to limit the consumption of H 2 by the electrolysis reaction 2, and it is possible to limit the consumption of electric power used for the generation of H 2 . Thereby, the fuel synthesis efficiency can be improved.

Außerdem wird in dem ersten Stromababschnitt 12c und dem zweiten Stromababschnitt 12d die Synthesereaktion mit der hohen Priorität ausgeführt, sodass die Brennstoffsynthese unter Verwendung von CO, das in dem Stromaufabschnitt 12a erzeugt wird, und H2, das in dem mittleren Abschnitt 12b erzeugt wird, effizient durchgeführt werden kann.In addition, in the first downstream section 12c and the second downstream section 12d, the synthesis reaction is performed with the high priority, so the fuel synthesis using CO generated in the upstream section 12a and H 2 generated in the middle section 12b efficiently can be carried out.

Weiterhin wird in dem ersten Stromababschnitt 12c die H2O-Elektrolysereaktion mit der zweiten Priorität ausgeführt, während die Brennstoffsynthesereaktion mit der ersten Priorität ausgeführt wird. Dadurch können die Brennstoffsynthesereaktion und die H2O-Elektrolysereaktion gleichzeitig stattfinden, und H2O, das als Nebenprodukt in der Brennstoffsynthesereaktion erzeugt wird, kann durch die H2O-Elektrolysereaktion in H2 elektrolysiert werden. Somit kann H2O, das als Nebenprodukt in der Brennstoffsynthesereaktion erzeugt wird, schnell entfernt werden, und dadurch kann die Brennstoffsyntheseeffizienz verbessert werden.Furthermore, in the first downstream portion 12c, the H 2 O electrolysis reaction is carried out with the second priority, while the fuel synthesis reaction is carried out with the first priority. Thereby, the fuel synthesis reaction and the H 2 O electrolysis reaction can take place simultaneously, and H 2 O produced as a by-product in the fuel synthesis reaction can be electrolyzed into H 2 by the H 2 O electrolysis reaction. Thus, H 2 O produced as a by-product in the fuel synthesis reaction can be quickly removed, and thereby fuel synthesis efficiency can be improved.

Außerdem ist der zweite Stromababschnitt 12d, in dem die Brennstoffsynthesereaktion mit der hohen Priorität ausgeführt wird, auf der Stromabseite des ersten Stromababschnittes 12c angeordnet. Dadurch kann die Brennstoffsynthesereaktion in dem zweiten Stromababschnitt 12d unter Verwendung von nicht reagiertem CO und H2 durchgeführt werden, die in der Brennstoffsynthesereaktion in dem ersten Stromababschnitt 12c nicht verwendet wurden, sodass die Brennstoffsyntheseeffizienz verbessert werden kann.Also, the second downstream portion 12d in which the fuel synthesis reaction is carried out with the high priority is arranged on the downstream side of the first downstream portion 12c. Thereby, the fuel synthesis reaction in the second downstream section 12d can be performed using unreacted CO and H 2 that have not been used in the fuel synthesis reaction in the first downstream section 12c, so that the fuel synthesis efficiency can be improved.

Zweite AusführungsformSecond embodiment

Im Folgenden wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. In der zweiten Ausführungsform werden nur die Unterschiede zu der ersten Ausführungsform beschrieben.A second embodiment of the present invention will be described below. In the second embodiment, only the differences from the first embodiment will be described.

Wie es in 3 gezeigt ist, sind in der zweiten Ausführungsform mehrere Elektrische-Leistung-Zufuhrvorrichtungen 14a - 14c angeordnet. Die erste Elektrische-Leistung-Zufuhrvorrichtung 14a legt eine Spannung zwischen dem Stromaufabschnitt 12a der Kathodenelektrode 12 und der Anodenelektrode 13 an. Die zweite Elektrische-Leistung-Zufuhrvorrichtung 14b legt eine Spannung zwischen dem mittleren Abschnitt 12b der Kathodenelektrode 12 und der Anodenelektrode 13 an. Die dritte Elektrische-Leistung-Zufuhrvorrichtung 14c legt eine Spannung zwischen dem ersten Stromababschnitt 12c sowie dem zweiten Stromababschnitt 12d der Kathodenelektrode 12 und der Anodenelektrode 13 an. Diese Elektrische-Leistung-Zufuhrvorrichtungen 14a - 14c werden durch die Steuerungsvorrichtung 29 gesteuert.like it in 3 1, a plurality of electric power supply devices 14a-14c are arranged in the second embodiment. The first electric power supply device 14a applies a voltage between the upstream portion 12a of the cathode electrode 12 and the anode electrode 13 . The second electric power supply device 14 b applies a voltage between the central portion 12 b of the cathode electrode 12 and the anode electrode 13 . The third electric power supply device 14c applies a voltage between the first downstream portion 12c and the second downstream portion 12d of the cathode electrode 12 and the anode electrode 13. These electric power supply devices 14a - 14c are controlled by the control device 29 .

Die Elektrische-Leistung-Zufuhrvorrichtungen 14a - 14c können jeweilige unterschiedliche Spannungen anlegen. Die CO2-Elektrolysereaktion und die H2O-Elektrolysereaktion weisen unterschiedliche effektive Spannungen auf. Die erste Elektrische-Leistung-Zufuhrvorrichtung 14a legt eine Spannung an, die für die CO2-Elektrolysereaktion geeignet ist. Die zweite Elektrische-Leistung-Zufuhrvorrichtung 14b legt eine Spannung an, die für die H2O-Elektrolysereaktion geeignet ist. Die dritte Elektrische-Leistung-Zufuhrvorrichtung 14c legt eine Spannung an, die für die H2O-Elektrolysereaktion geeignet ist.The electric power supply devices 14a - 14c can apply different voltages, respectively. The CO 2 electrolysis reaction and the H 2 O electrolysis reaction have different effective voltages. The first electric power supply device 14a applies a voltage suitable for the CO 2 electrolysis reaction. The second electric power supply device 14b applies a voltage suitable for the H 2 O electrolysis reaction. The third electric power supply device 14c applies a voltage suitable for the H 2 O electrolysis reaction.

Die Spannung, die für die CO2-Elektrolysereaktion geeignet ist, wird auch als CO2-Elektrolysespannung bezeichnet, und die Spannung, die für die H2O-Elektrolysereaktion geeignet ist, wird auch als H2O-Elektrolysespannung bezeichnet. Die CO2-Elektrolysespannung ist größer als die H2O-Elektrolysespannung. Insbesondere liegt die CO2-Elektrolysespannung vorzugsweise in einem Bereich von 1,0 bis 2,5 V und liegt weiter vorzugsweise in einem Bereich von 1,0 bis 1,4 V. Die H2O-Elektrolysespannung liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,9 bis 2,4 V und liegt weiter vorzugsweise in einem Bereich von 0,9 bis 1,3 V.The voltage suitable for the CO 2 electrolysis reaction is also referred to as the CO 2 electrolysis voltage, and the voltage suitable for the H 2 O electrolysis reaction is also referred to as the H 2 O electrolysis voltage. The CO 2 electrolytic voltage is greater than the H 2 O electrolytic voltage. In particular, the CO 2 electrolytic voltage is preferably in a range of 1.0 to 2.5 V, and is more preferably in a range of 1.0 to 1.4 V. The H 2 O electrolytic voltage is preferably in a range of 0 .9 to 2.4 V and is more preferably in a range of 0.9 to 1.3 V.

Gemäß der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform werden die Elektrische-Leistung-Zufuhrvorrichtungen 14a - 14c bereitgestellt, und die Spannungen, die jeweils für die entsprechenden priorisierten chemischen Reaktionen geeignet sind, werden jeweils an den Stromaufabschnitt 12a, den mittleren Abschnitt 12b und den Stromababschnitt 12c, 12d der Kathodenelektrode 12 angelegt. Dadurch kann die CO2-Elektrolysereaktion effizient in dem Stromaufabschnitt 12a gefördert werden. In dem mittleren Abschnitt 12b, dem ersten Stromababschnitt 12c und dem zweiten Stromababschnitt 12d kann die H2O-Elektrolysereaktion effizient gefördert werden.According to the second embodiment described above, the electric power supply devices 14a - 14c are provided, and the voltages suitable for the respective prioritized chemical reactions are respectively supplied to the upstream section 12a, the middle section 12b and the downstream section 12c, 12d of the cathode electrode 12 is applied. Thereby, the CO 2 electrolysis reaction can be efficiently promoted in the upstream portion 12a. In the middle portion 12b, the first downstream portion 12c, and the second downstream portion 12d, the H 2 O electrolysis reaction can be efficiently promoted.

Dritte AusführungsformThird embodiment

Im Folgenden wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. In der dritten Ausführungsform werden nur die Unterschiede zu den obigen Ausführungsformen beschrieben.A third embodiment of the present invention will be described below. In the third embodiment, only the differences from the above embodiments will be described.

Wie es in 4 gezeigt ist, sind in der dritten Ausführungsform mehrere Elektrolyte 11, 15 angeordnet. In dem Beispiel, das in 4 gezeigt ist, ist die Anzahl der Elektrolyte 11, 15 gleich 2, und diese beiden Elektrolyte 11, 15 sind auf jeweiligen gegenüberliegenden Seiten der Kathodenelektrode 12 angeordnet. Der erste Elektrolyt 11 dient als Elektrolyt für die CO2-Elektrolysereaktion, und der zweite Elektrolyt 15 dient als Elektrolyt für die H2O-Elektrolysereaktion.like it in 4 is shown, a plurality of electrolytes 11, 15 are arranged in the third embodiment. In the example that in 4 1, the number of the electrolytes 11, 15 is 2, and these two electrolytes 11, 15 are arranged on respective opposite sides of the cathode electrode 12. As shown in FIG. The first electrolyte 11 serves as an electrolyte for the CO 2 electrolysis reaction, and the second electrolyte 15 serves as an electrolyte for the H 2 O electrolysis reaction.

Eine Dicke des zweiten Elektrolyts 15, die in der Oben-unten-Richtung in 4 gemessen wird, ist kleiner als eine Dicke des ersten Elektrolyts 11, die in der Oben-unten-Richtung in 4 gemessen wird. In der Brennstoffsynthesereaktion ist die benötigte Stoffmenge von H2 dreimal so groß wie die benötigte Stoffmenge von CO. Außerdem ist die Stoffmenge von O2-, das in der H2O-Elektrolysereaktion erzeugt wird, dreimal so groß wie die Stoffmenge von O2-, das in der CO2-Elektrolysereaktion erzeugt wird. Die Menge von O2-, das in der H2O-Elektrolysereaktion erzeugt wird, ist größer als die Menge von O2-, das in der CO2-Elektrolysereaktion erzeugt wird, sodass es notwendig ist, O2-, das in der Kathodenelektrode 12 erzeugt wird, effizient zu dem zweiten Elektrolyten 15 zu leiten. Diesbezüglich wird gemäß der dritten Ausführungsform die Dicke des zweiten Elektrolyts 15 verringert, um O2-, das in der H2O-Elektrolysereaktion erzeugt wird, effizient durch den zweiten Elektrolyten 15 zu leiten.A thickness of the second electrolyte 15 measured in the top-bottom direction in 4 is measured is smaller than a thickness of the first electrolyte 11 measured in the top-bottom direction in 4 is measured. In the fuel synthesis reaction, the required molar amount of H 2 is three times the required molar amount of CO. In addition, the molar amount of O 2- generated in the H 2 O electrolysis reaction is three times the molar amount of O 2- generated in the CO 2 electrolysis reaction. The amount of O 2- generated in the H 2 O electrolysis reaction is larger than the amount of O 2- generated in the CO 2 electrolysis reaction, so it is necessary to remove O 2- generated in the Cathode electrode 12 is generated to conduct to the second electrolyte 15 efficiently. In this regard, according to the third embodiment, the thickness of the second electrolyte 15 is reduced in order to efficiently pass O 2- generated in the H 2 O electrolysis reaction through the second electrolyte 15 .

Eine erste Anodenelektrode 13 ist auf einer Seite des ersten Elektrolyten 11 angeordnet, die von der Kathodenelektrode 12 abgewandt ist. Eine zweite Anodenelektrode 16 ist auf einer Seite des zweiten Elektrolyten 15 angeordnet, die von der Kathodenelektrode 12 abgewandt ist.A first anode electrode 13 is arranged on a side of the first electrolyte 11 which faces away from the cathode electrode 12 . A second anode electrode 16 is arranged on a side of the second electrolyte 15 which faces away from the cathode electrode 12 .

Auch in der dritten Ausführungsform sind die Elektrische-Leistung-Zufuhrvorrichtungen 14a - 14c wie in der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform angeordnet. Die erste Elektrische-Leistung-Zufuhrvorrichtung 14a legt eine Spannung zwischen dem Stromaufabschnitt 12a der Kathodenelektrode 12 und der ersten Anodenelektrode 13 an. Die zweite Elektrische-Leistung-Zufuhrvorrichtung 14b legt eine Spannung zwischen dem mittleren Abschnitt 12b der Kathodenelektrode 12 und der zweiten Anodenelektrode 16 an. Die dritte Elektrische-Leistung-Zufuhrvorrichtung 14c legt eine Spannung zwischen dem Stromababschnitt 12c, 12d der Kathodenelektrode 12 und der zweiten Anodenelektrode 16 an.Also in the third embodiment, the electric power supply devices 14a - 14c are arranged as in the second embodiment described above. The first electric power supply device 14a applies a voltage between the upstream portion 12a of the cathode electrode 12 and the first anode electrode 13 . The second electric power supply device 14 b applies a voltage between the central portion 12 b of the cathode electrode 12 and the second anode electrode 16 . The third electric power supply device 14c applies a voltage between the downstream portion 12c, 12d of the cathode electrode 12 and the second anode electrode 16. FIG.

In der oben beschriebenen dritten Ausführungsform sind die Elektrolyten 11, 15 derart angeordnet, dass der erste Elektrolyt 11 als Elektrolyt für die CO2-Elektrolysereaktion verwendet wird und der zweite Elektrolyt 15 als Elektrolyt für die H2O-Elektrolysereaktion verwendet wird. Dadurch können die Elektrolyten 11, 15 jeweils geeignet für die CO2-Elektrolysereaktion oder die H2O-Elektrolysereaktion ausgebildet werden, und dadurch kann die Effizienz einer jeweiligen Reaktion verbessert werden.In the third embodiment described above, the electrolytes 11, 15 are arranged such that the first electrolyte 11 is used as an electrolyte for the CO 2 electrolysis reaction and the second electrolyte 15 is used as an electrolyte for the H 2 O electrolysis reaction. Thereby, the electrolytes 11, 15 can be made suitable for the CO 2 electrolysis reaction or the H 2 O electrolysis reaction, respectively, and thereby the efficiency of each reaction can be improved.

Vierte AusführungsformFourth embodiment

Im Folgenden wird eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. In der vierten Ausführungsform werden nur die Unterschiede zu den obigen Ausführungsformen beschrieben.A fourth embodiment of the present invention will be described below. In the fourth embodiment, only the differences from the above embodiments will be described.

Wie es in 5 gezeigt ist, weist die Kathodenelektrode 12 in der vierten Ausführungsform mehrere Gastrennmembranen 12e - 12h auf. Die Gastrennmembranen 12e - 12h enthalten eine erste Gastrennmembran 12e, eine zweite Gastrennmembran 12f, eine dritte Gastrennmembran 12g und eine vierte Gastrennmembran 12h.like it in 5 As shown, the cathode electrode 12 in the fourth embodiment has a plurality of gas separation membranes 12e - 12h. The gas separation membranes 12e-12h include a first gas separation membrane 12e, a second gas separation membrane 12f, a third gas separation membrane 12g, and a fourth gas separation membrane 12h.

Die erste Gastrennmembran 12e ist in der Gasfließrichtung auf einer Stromabseite des Stromaufabschnittes 12a angeordnet. Die zweite Gastrennmembran 12f ist in der Gasfließrichtung auf einer Stromabseite des mittleren Abschnittes 12b angeordnet. Die dritte Gastrennmembran 12g ist in der Gasfließrichtung auf einer Stromabseite des ersten Stromababschnittes 12c angeordnet. Die vierte Gastrennmembran 12h ist in der Gasfließrichtung auf einer Stromabseite des zweiten Stromababschnittes 12d angeordnet. Die erste Gastrennmembran 12e dient als eine Stromaufabschnitts-Gastrennmembran, und die zweite Gastrennmembran 12f dient als eine Mittelabschnitts-Gastrennmembran. Außerdem dienen die dritte Gastrennmembran 12g und die vierte Gastrennmembran 12h als Stromababschnitts-Gastrennmembranen.The first gas separation membrane 12e is arranged on a downstream side of the upstream portion 12a in the gas flow direction. The second gas separation membrane 12f is arranged on a downstream side of the middle portion 12b in the gas flow direction. The third gas separation membrane 12g is arranged on a downstream side of the first downstream portion 12c in the gas flow direction. The fourth gas separation membrane 12h is arranged on a downstream side of the second downstream portion 12d in the gas flow direction. The first gas separation membrane 12e serves as an upstream section gas separation membrane, and the second gas separation membrane 12f serves as a middle section gas separation membrane. In addition, the third gas separation membrane 12g and the fourth gas separation membrane 12h serve as downstream portion gas separation membranes.

Die erste Gastrennmembran 12e wird zwischen dem Stromaufabschnitt 12a und dem mittleren Abschnitt 12b gehalten. Die zweite Gastrennmembran 12f wird zwischen dem mittleren Abschnitt 12b und dem ersten Stromababschnitt 12c gehalten. Die dritte Gastrennmembran 12g wird zwischen dem ersten Stromababschnitt 12c und dem zweiten Stromababschnitt 12d gehalten.The first gas separation membrane 12e is held between the upstream portion 12a and the intermediate portion 12b. The second gas separation membrane 12f is held between the intermediate portion 12b and the first downstream portion 12c. The third gas separation membrane 12g is held between the first downstream portion 12c and the second downstream portion 12d.

Die Gastrennmembranen 12e - 12h weisen jeweils eine Funktion zum Beschränken eines Eindringens eines entsprechenden speziellen Gastyps durch diese auf. Die zweite Gastrennmembran 12f, die dritte Gastrennmembran 12g und die vierte Gastrennmembran 12h begrenzen jeweils ein Durchdringen von H2O durch diese.The gas separation membranes 12e - 12h each have a function of restricting permeation of a corresponding specific type of gas therethrough. The second gas separation membrane 12f, the third gas separation membrane 12g, and the fourth gas separation membrane 12h each limit permeation of H 2 O therethrough.

Die Gastrennmembranen 12e - 12h können beispielsweise aus mesoporösem Silika bestehen. Durch Auswählen einer Porengröße des mesoporösen Silikas entsprechend dem zu trennenden Gastyp kann das mesoporöse Silika geeignet für die Gastrennmembranen 12e - 12h verwendet werden.The gas separation membranes 12e-12h can be made of mesoporous silica, for example. By selecting a pore size of the mesoporous silica according to the type of gas to be separated, the mesoporous silica can be suitably used for the gas separation membranes 12e - 12h.

Gemäß der oben beschriebenen vierten Ausführungsform wird in dem Stromaufabschnitt 12a das Fließen von CO2 zur Stromabseite durch die erste Gastrennmembran 12e beschränkt. Dadurch kann die CO2-Elektrolysereaktion in dem Stromaufabschnitt 12a effizient durchgeführt werden.According to the fourth embodiment described above, in the upstream portion 12a, the flow of CO 2 to the downstream side is restricted by the first gas separation membrane 12e. Thereby, the CO 2 electrolysis reaction in the upstream portion 12a can be performed efficiently.

In dem mittleren Abschnitt 12b, dem ersten Stromababschnitt 12c und dem zweiten Stromababschnitt 12d wird das Fließen von H2O zu der Stromabseite durch die zweite Gastrennmembran 12f, die dritte Gastrennmembran 12g und die vierte Gastrennmembran 12h beschränkt. Dadurch kann die H2O-Elektrolysereaktion in dem mittleren Abschnitt 12b, dem ersten Stromababschnitt 12c und dem zweiten Stromababschnitt 12d effizient durchgeführt werden.In the middle section 12b, the first downstream section 12c and the second downstream section 12d, the flow of H 2 O to the downstream side is restricted by the second gas separation membrane 12f, the third gas separation membrane 12g and the fourth gas separation membrane 12h. Thereby, the H 2 O electrolysis reaction in the intermediate portion 12b, the first downstream portion 12c, and the second downstream portion 12d can be efficiently performed.

Weitere AusführungsformenOther embodiments

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt und kann auf verschiedene Weise wie unten angegeben innerhalb des Bereiches der vorliegenden Erfindung modifiziert werden. Ein oder mehrere der Bestandteile, die in den jeweiligen obigen Ausführungsformen beschrieben sind, können geeignet mit einem oder mehreren der Bestandteile von anderen der obigen Ausführungsformen innerhalb eines praktikablen Bereiches kombiniert werden.The present invention is not limited to the above embodiments and can be modified in various ways as given below within the scope of the present invention. One or more of the components described in each of the above embodiments may be appropriately combined with one or more of the components of other of the above embodiments within a practicable range.

In den jeweiligen obigen Ausführungsformen ist Methan als Beispiel des Kohlenwasserstoffes angegeben, das in der Brennstoffsynthetisierungsvorrichtung 10 synthetisiert wird. Alternativ kann eine andere Art von Kohlenwasserstoff, die nicht Methan ist, in der Brennstoffsynthetisierungsvorrichtung 10 synthetisiert werden. Die Art von Kohlenwasserstoff, die in der Brennstoffsynthetisierungsvorrichtung 10 synthetisiert wird, kann durch Ändern des Typs des in der Kathodenelektrode 12 verwendeten Katalysators und/oder der Reaktionstemperatur an der Kathodenelektrode 12 geändert werden. Beispiele der unterschiedlichen Arten von Kohlenwasserstoffen können Kohlenwasserstoffe, die mehr Kohlenstoffatome als Methan haben, beispielsweise Ethan, Propan, sowie Kohlenwasserstoffe enthalten, die Sauerstoffatome enthalten, beispielsweise Alkohole oder Ether.In the above respective embodiments, methane is given as an example of the hydrocarbon synthesized in the fuel synthesizing device 10 . Alternatively, another type of hydrocarbon other than methane can be synthesized in the fuel synthesizing device 10 . The type of hydrocarbon synthesized in the fuel synthesizing device 10 can be changed by changing the type of catalyst used in the cathode electrode 12 and/or the reaction temperature at the cathode electrode 12 . Examples of the different types of hydrocarbons may include hydrocarbons that have more carbon atoms than methane, such as ethane, propane, and hydrocarbons that contain oxygen atoms, such as alcohols or ethers.

In den jeweiligen obigen Ausführungsformen wird der Innendruck der Kathodenelektrode 12 auf etwa den Atmosphärendruck eingestellt. Alternativ kann der Innendruck der Kathodenelektrode 12 auf größer als der Atmosphärendruck eingestellt werden. Durch Erhöhen des Innendruckes der Kathodenelektrode 12 kann die jeweilige Reaktionsrate der H2O-Elektrolysereaktion, der CO2-Elektrolysereaktion und der Brennstoffsynthesereaktion erhöht werden, und es kann die Systemeffizienz erhöht werden.In the above respective embodiments, the internal pressure of the cathode electrode 12 is set to about the atmospheric pressure. Alternatively, the internal pressure of the cathode electrode 12 can be set to be higher than the atmospheric pressure. By increasing the internal pressure of the cathode electrode 12, each of the reaction rates of the H 2 O electrolysis reaction, the CO 2 electrolysis reaction, and the fuel synthesis reaction can be increased, and the system efficiency can be increased.

Um den Innendruck der Kathodenelektrode 12 auf einen hohen Druck zu erhöhen, kann beispielsweise ein Gegendruckregulierungsventil, das den Innendruck der Kathodenelektrode 12 reguliert, in der Brennstoffsyntheseabgaspassage 26 installiert sein. Der Innendruck der Kathodenelektrode 12 kann durch Zuführen von H2O mit einem höheren Druck als dem Atmosphärendruck von der H2O-Zufuhrpassage 21 und Zuführen von CO2 mit einem höheren Druck als dem Atmosphärendruck von der CO2-Zufuhrpassage 24 auf den hohen Druck erhöht werden. Außerdem ist es wünschenswert, wenn die Brennstoffsynthetisierungsvorrichtung 10 eine druckfeste Struktur aufweist. In dem Fall, in dem der Innendruck der Kathodenelektrode 12 auf den hohen Druck erhöht wird, ist es wünschenswert, wenn eine obere Grenze des hohen Druckes etwa 100 atm beträgt.In order to increase the internal pressure of the cathode electrode 12 to a high pressure, a back pressure regulating valve that regulates the internal pressure of the cathode electrode 12 may be installed in the fuel synthesis off-gas passage 26, for example. The internal pressure of the cathode electrode 12 can be increased to the high pressure by supplying H 2 O having a pressure higher than atmospheric pressure from the H 2 O supply passage 21 and supplying CO 2 having a pressure higher than atmospheric pressure from the CO 2 supply passage 24 increase. In addition, it is desirable that the fuel synthesizing device 10 has a pressure-resistant structure. In the case where the internal pressure of the cathode electrode 12 is increased to the high pressure, it is desirable that an upper limit of the high pressure is about 100 atm.

Außerdem kann in der zweiten Ausführungsform die Dicke des Elektrolyts 11 derart variiert bzw. geändert werden, dass sie dem Stromaufabschnitt 12a, dem mittleren Abschnitt 12b und dem Stromababschnitt 12c, 12d der Kathodenelektrode 12 entspricht bzw. jeweils zu diesen korrespondiert. Die Menge von O2-, das in der H2O-Elektrolysereaktion erzeugt wird, die mit der hohen Priorität in dem mittleren Abschnitt 12b ausgeführt wird, ist größer als die Menge von O2-, das in der CO2-Elektrolysereaktion erzeugt wird, sodass es notwendig ist, O2-, das an der Kathodenelektrode 12 erzeugt wird, effizient durch den Elektrolyten 11 zu leiten. Somit kann durch Verringern der Dicke eines Abschnittes des Elektrolyts 11, der dem mittleren Abschnitt 12b entspricht, im Vergleich zu der Dicke eines anderen Abschnittes des Elektrolyts 11, der dem Stromaufabschnitt 12a entspricht, O2- effizient durch den Elektrolyten 11 geleitet werden.Also, in the second embodiment, the thickness of the electrolyte 11 can be varied to correspond to the upstream portion 12a, the middle portion 12b, and the downstream portion 12c, 12d of the cathode electrode 12, respectively. The amount of O 2- generated in the H 2 O electrolysis reaction performed with the high priority in the middle portion 12b is larger than the amount of O 2- generated in the CO 2 electrolysis reaction , so that it is necessary to efficiently pass O 2- generated at the cathode electrode 12 through the electrolyte 11 . Thus, by reducing the thickness of a portion of the electrolyte 11 corresponding to the middle portion 12b compared to the thickness of another portion of the electrolyte 11 corresponding to the upstream portion 12a, O 2- can be passed through the electrolyte 11 efficiently.

Claims (14)

Energiewandlungssystem, das aufweist: eine Brennstoffsynthetisierungsvorrichtung (10), die enthält: einen Elektrolyt (11, 15), der ein Sauerstoffionenleitvermögen aufweist; eine Kathodenelektrode (12), die auf einer Seite des Elektrolyts (11, 15) angeordnet ist; und eine Anodenelektrode (13, 16), die auf einer anderen Seite des Elektrolyts (11, 15) angeordnet ist; eine Elektrische-Leistung-Zufuhrvorrichtung (14), die ausgelegt ist, der Brennstoffsynthetisierungsvorrichtung (10) elektrische Leistung zuzuführen; eine H2O-Zufuhreinheit (20, 22), die ausgelegt ist, der Kathodenelektrode (12) H2O zuzuführen; und eine CO2-Zufuhreinheit (23, 25), die ausgelegt ist, der Kathodenelektrode (12) CO2 zuzuführen, wobei die Kathodenelektrode (12) ausgelegt ist, H2O, das von der H2O-Zufuhreinheit (20, 22) zugeführt wird, und CO2, das von der CO2-Zufuhreinheit (23, 25) zugeführt wird, in einer vorbestimmten Gasfließrichtung zu leiten; die Kathodenelektrode (12) aufweist: eine H2O-Elektrolysereaktion, die H2O elektrolysiert, um H2 zu erzeugen; eine CO2-Elektrolysereaktion, die CO2 elektrolysiert, um CO zu erzeugen; und eine Brennstoffsynthesereaktion, die Kohlenwasserstoff aus H2, das in der H2O-Elektrolysereaktion erzeugt wird, und CO, das in der CO2-Elektrolysereaktion erzeugt wird, synthetisiert; die Kathodenelektrode (12) mehrere Katalysatoren aufweist, die enthalten: einen H2O-Elektrolysekatalysator, der die H2O-Elektrolysereaktion fördert; einen CO2-Elektrolysekatalysator, der die CO2-Elektrolysereaktion fördert; und einen Brennstoffsynthesekatalysator, der die Brennstoffsynthesereaktion fördert; ein Verhältnis des CO2-Elektrolysekatalysators, des H2O-Elektrolysekatalysators und des Brennstoffsynthesekatalysators, die in den Katalysatoren enthalten sind, sich zwischen einem Stromaufabschnitt (12a), einem mittleren Abschnitt (12b) und einem Stromababschnitt (12c, 12d), die in der vorbestimmten Gasfließrichtung der Kathodenelektrode (12) angeordnet sind, unterscheidet; in dem Stromaufabschnitt (12a) unter den Reaktionsprodukten, die CO, das in der CO2-Elektrolysereaktion erzeugt wird, H2, das in der H2O-Elektrolysereaktion erzeugt wird, und der Kohlenwasserstoff, der in der Brennstoffsynthesereaktion erzeugt wird, enthalten, eine Stoffmenge von CO, das in der CO2-Elektrolysereaktion erzeugt wird, am größten ist; in dem mittleren Abschnitt (12b) unter den Reaktionsprodukten eine Stoffmenge von H2, das in der H2O-Elektrolysereaktion erzeugt wird, am größten ist; und in dem Stromababschnitt (12c, 12d) unter den Reaktionsprodukten eine Stoffmenge des Kohlenwasserstoffes, der in der Brennstoffsynthesereaktion erzeugt wird, am größten ist.A power conversion system comprising: a fuel synthesizing device (10) including: an electrolyte (11, 15) having oxygen ion conductivity; a cathode electrode (12) arranged on one side of the electrolyte (11, 15); and an anode electrode (13, 16) arranged on another side of the electrolyte (11, 15); an electric power supply device (14) configured to supply electric power to the fuel synthesizing device (10); an H 2 O supply unit (20, 22) configured to supply H 2 O to the cathode electrode (12); and a CO 2 supply unit (23, 25) configured to supply CO 2 to the cathode electrode (12), the cathode electrode (12) being configured to supply H 2 O supplied by the H 2 O supply unit (20, 22 ) is supplied and CO 2 supplied from the CO 2 supply unit (23, 25) to flow in a predetermined gas flow direction; the cathode electrode (12) comprises: an H 2 O electrolysis reaction that electrolyzes H 2 O to produce H 2 ; a CO 2 electrolysis reaction that electrolyzes CO 2 to generate CO; and a fuel synthesis reaction that synthesizes hydrocarbon from H 2 produced in the H 2 O electrolysis reaction and CO produced in the CO 2 electrolysis reaction; the cathode electrode (12) has a plurality of catalysts including: an H 2 O electrolysis catalyst that promotes the H 2 O electrolysis reaction; a CO 2 electrolysis catalyst that promotes the CO 2 electrolysis reaction; and a fuel synthesis catalyst that promotes the fuel synthesis reaction; a ratio of the CO 2 electrolysis catalyst, the H 2 O electrolysis catalyst and the fuel synthesis catalyst contained in the catalysts varies between an upstream portion (12a), a middle portion (12b) and a downstream portion (12c, 12d) which are in arranged in the predetermined gas flow direction of the cathode electrode (12); in the upstream section (12a), among the reaction products including CO produced in the CO 2 electrolysis reaction, H 2 produced in the H 2 O electrolysis reaction, and the hydrocarbon produced in the fuel synthesis reaction, a molar amount of CO generated in the CO 2 electrolysis reaction is largest; in the middle portion (12b), among the reaction products, a molar amount of H 2 generated in the H 2 O electrolysis reaction is largest; and in the downstream portion (12c, 12d), among the reaction products, a molar amount of the hydrocarbon produced in the fuel synthesis reaction is largest. Energiewandlungssystem nach Anspruch 1, wobei in dem Stromaufabschnitt (12a) die Stoffmenge von CO, das in der CO2-Elektrolysereaktion erzeugt wird, mindestens zweimal so groß wie die Stoffmenge von H2 ist, das in der H2O-Elektrolysereaktion erzeugt wird, und die Stoffmenge von CO, das in der CO2-Elektrolysereaktion erzeugt wird, mindestens zweimal so groß wie die Stoffmenge des Kohlenwasserstoffes ist, der in der Brennstoffsynthesereaktion erzeugt wird.energy conversion system claim 1 , wherein in the upstream section (12a), the molar amount of CO generated in the CO 2 electrolysis reaction is at least twice the molar amount of H 2 generated in the H 2 O electrolysis reaction and the molar amount of CO produced in the CO 2 electrolysis reaction is at least twice the mole amount of the hydrocarbon produced in the fuel synthesis reaction. Energiewandlungssystem nach Anspruch 2, wobei in dem Stromaufabschnitt (12a) die Stoffmenge von H2, das in der H2O-Elektrolysereaktion erzeugt wird, größer als die Stoffmenge des Kohlenwasserstoffes ist, der in der Brennstoffsynthesereaktion erzeugt wird.energy conversion system claim 2 wherein, in the upstream section (12a), the molar amount of H 2 produced in the H 2 O electrolysis reaction is greater than the molar amount of hydrocarbon produced in the fuel synthesis reaction. Energiewandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in dem mittleren Abschnitt (12b) die Stoffmenge von H2, das in der H2O-Elektrolysereaktion erzeugt wird, mindestens zweimal so groß wie die Stoffmenge des Kohlenwasserstoffes ist, der in der Brennstoffsynthesereaktion erzeugt wird, und die Stoffmenge von H2, das in der H2O-Elektrolysereaktion erzeugt wird, mindestens zweimal so groß wie die Stoffmenge von CO ist, das in der CO2-Elektrolysereaktion erzeugt wird.Energy conversion system according to one of Claims 1 until 3 wherein in the middle section (12b) the molar amount of H 2 produced in the H 2 O electrolysis reaction is at least twice the molar amount of the hydrocarbon produced in the fuel synthesis reaction and the molar amount of H 2 produced in the H 2 O electrolysis reaction is at least twice the molar amount of CO produced in the CO 2 electrolysis reaction. Energiewandlungssystem nach Anspruch 4, wobei in dem mittleren Abschnitt (12b) die Stoffmenge des Kohlenwasserstoffes, der in der Brennstoffsynthesereaktion erzeugt wird, größer als die Stoffmenge von CO ist, das in der CO2-Elektrolysereaktion erzeugt wird.energy conversion system claim 4 wherein in the middle portion (12b) the molar amount of hydrocarbon produced in the fuel synthesis reaction is greater than the molar amount of CO produced in the CO 2 electrolysis reaction. Energiewandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Stromababschnitt (12c, 12d) einen ersten Stromababschnitt (12c) und einen zweiten Stromababschnitt (12d) enthält, wobei der zweite Stromababschnitt (12d) auf einer Stromabseite des ersten Stromababschnittes (12c) angeordnet ist; und in dem ersten Stromababschnitt (12c) die Stoffmenge des Kohlenwasserstoffes, der in der Brennstoffsynthesereaktion erzeugt wird, mindestens zweimal so groß wie die Stoffmenge von CO ist, das in der CO2-Elektrolysereaktion erzeugt wird, und die Stoffmenge von H2, das in der H2O-Elektrolysereaktion erzeugt wird, mindestens zweimal so groß wie die Stoffmenge von CO ist, das in der CO2-Elektrolysereaktion erzeugt wird.Energy conversion system according to one of Claims 1 until 5 wherein the downstream section (12c, 12d) includes a first downstream section (12c) and a second downstream section (12d), the second downstream section (12d) being located on a downstream side of the first downstream section (12c); and in the first downstream section (12c) the molar amount of hydrocarbon produced in the fuel synthesis reaction is at least twice the molar amount of CO produced in the CO 2 electrolysis reaction and the molar amount of H 2 produced in produced in the H 2 O electrolysis reaction is at least twice the mole amount of CO produced in the CO 2 electrolysis reaction. Energiewandlungssystem nach Anspruch 6, wobei in dem ersten Stromababschnitt (12c) die Stoffmenge des Kohlenwasserstoffes, der in der Brennstoffsynthesereaktion erzeugt wird, größer als die Stoffmenge von H2 ist, das in der H2O-Elektrolysereaktion erzeugt wird.energy conversion system claim 6 wherein in the first downstream section (12c), the molar amount of hydrocarbon produced in the fuel synthesis reaction is greater than the molar amount of H 2 produced in the H 2 O electrolysis reaction. Energiewandlungssystem nach Anspruch 6 oder 7, wobei in dem zweiten Stromababschnitt (12d) die Stoffmenge des Kohlenwasserstoffes, der in der Brennstoffsynthesereaktion erzeugt wird, mindestens zweimal so groß wie Stoffmenge von H2 ist, das in der H2O-Elektrolysereaktion erzeugt wird, und die Stoffmenge des Kohlenwasserstoffes, der in der Brennstoffsynthesereaktion erzeugt wird, mindestens zweimal so groß wie die Stoffmenge von CO ist, das in der CO2-Elektrolysereaktion erzeugt wird.energy conversion system claim 6 or 7 wherein in the second downstream section (12d) the molar amount of hydrocarbon produced in the fuel synthesis reaction is at least twice the molar amount of H 2 produced in the H 2 O electrolysis reaction and the molar amount of hydrocarbon produced in the produced in the fuel synthesis reaction is at least twice the molar amount of CO produced in the CO 2 electrolysis reaction. Energiewandlungssystem nach Anspruch 8, wobei in dem zweiten Stromababschnitt (12d) die Stoffmenge von H2, das in der H2O-Elektrolysereaktion erzeugt wird, größer als die Stoffmenge von CO ist, das in der CO2-Elektrolysereaktion erzeugt wird.energy conversion system claim 8 wherein in the second downstream section (12d), the molar amount of H 2 generated in the H 2 O electrolysis reaction is greater than the molar amount of CO generated in the CO 2 electrolysis reaction. Energiewandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Elektrische-Leistung-Zufuhrvorrichtung (14) enthält: eine erste Elektrische-Leistung-Zufuhrvorrichtung (14a), die ausgelegt ist, eine Spannung an den Stromaufabschnitt (12a) der Kathodenelektrode (12) anzulegen; und eine zweite Elektrische-Leistung-Zufuhrvorrichtung (14b), die ausgelegt ist, eine Spannung an den mittleren Abschnitt (12b) der Kathodenelektrode (12) anzulegen; und die Spannung, die von der ersten Elektrische-Leistung-Zufuhrvorrichtung (14a) angelegt wird, sich von der Spannung unterscheidet, die von der zweiten Elektrische-Leistung-Zufuhrvorrichtung (14b) angelegt wird.Energy conversion system according to one of Claims 1 until 9 wherein the electric power supply device (14) includes: a first electric power supply device (14a) adapted to apply a voltage to the upstream portion (12a) of the cathode electrode (12); and a second electric power supply device (14b) adapted to apply a voltage to the central portion (12b) of the cathode electrode (12); and the voltage applied from the first electric power supply device (14a) is different from the voltage applied from the second electric power supply device (14b). Energiewandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Elektrolyt (11, 15) einer aus mehreren Elektrolyten ist, die jeweils auf einer entsprechenden Seite von zwei gegenüberliegenden Seiten der Kathodenelektrode (12) angeordnet sind, die der anderen Seite der beiden gegenüberliegenden Seiten der Kathodenelektrode (12) gegenüberliegt, bei der ein anderer der Elektrolyten angeordnet ist; und die Elektrolyten enthalten: einen ersten Elektrolyt (11), der ausgelegt ist, in der CO2-Elektrolysereaktion verwendet zu werden; und einen zweiten Elektrolyt (15), der ausgelegt ist, in der H2O-Elektrolysereaktion verwendet zu werden.Energy conversion system according to one of Claims 1 until 10 wherein the electrolyte (11, 15) is one of a plurality of electrolytes each disposed on a respective one of two opposite sides of the cathode electrode (12) opposite to the other of the two opposite sides of the cathode electrode (12), at which another of the electrolytes is arranged; and the electrolytes include: a first electrolyte (11) adapted to be used in the CO 2 electrolysis reaction; and a second electrolyte (15) adapted to be used in the H 2 O electrolysis reaction. Energiewandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei eine Stromaufabschnitts-Gastrennmembran (12e), die ein Durchdringen von CO2 durch die Stromaufabschnitts-Gastrennmembran (12e) begrenzt, in der vorbestimmten Gasfließrichtung auf einer Stromabseite des Stromababschnittes (12a) angeordnet ist.Energy conversion system according to one of Claims 1 until 11 wherein an upstream-section gas separation membrane (12e) which limits permeation of CO 2 through the upstream-section gas separation membrane (12e) is disposed on a downstream side of the downstream section (12a) in the predetermined gas flow direction. Energiewandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei eine Mittelabschnitts-Gastrennmembran (12f), die ein Durchdringen von H2O durch die Mittelabschnittsgastrennmembran (12f) begrenzt, in der vorbestimmten Gasfließrichtung auf einer Stromabseite des mittleren Abschnittes (12b) angeordnet ist.Energy conversion system according to one of Claims 1 until 12 wherein a mid-section gas separating membrane (12f) which limits permeation of H 2 O through the mid-section gas separating membrane (12f) is disposed on a downstream side of the mid-section (12b) in the predetermined gas flow direction. Energiewandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei eine Stromababschnitts-Gastrennmembran (12g, 12h), die ein Durchdringen von H2O durch die Stromababschnitts-Gastrennmembran (12g, 12h) begrenzt, in der vorbestimmten Gasfließrichtung auf einer Stromabseite des Stromababschnittes (12a) angeordnet ist.Energy conversion system according to one of Claims 1 until 13 wherein a downstream portion gas separating membrane (12g, 12h) limiting permeation of H 2 O through said downstream portion gas separating membrane (12g, 12h) is disposed on a downstream side of said downstream portion (12a) in said predetermined gas flow direction.
DE102020208604.4A 2019-07-18 2020-07-09 ENERGY CONVERSION SYSTEM Active DE102020208604B4 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019-132351 2019-07-18
JP2019132351A JP7147705B2 (en) 2019-07-18 2019-07-18 energy conversion system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102020208604A1 DE102020208604A1 (en) 2021-01-21
DE102020208604B4 true DE102020208604B4 (en) 2023-03-09

Family

ID=74093362

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102020208604.4A Active DE102020208604B4 (en) 2019-07-18 2020-07-09 ENERGY CONVERSION SYSTEM

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP7147705B2 (en)
DE (1) DE102020208604B4 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3137306B1 (en) * 2022-06-30 2024-07-05 Suez Int Carbon dioxide conversion process with production of hydrogen, methane and/or hydrocarbons

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014152219A (en) 2013-02-07 2014-08-25 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Fuel synthesis system and operation method thereof

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013119556A (en) 2011-12-06 2013-06-17 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Fuel fabrication method and fuel fabrication equipment
US10336944B2 (en) 2016-09-27 2019-07-02 University Of South Carolina Direct synthesis of hydrocarbons from co-electrolysis solid oxide cell

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014152219A (en) 2013-02-07 2014-08-25 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Fuel synthesis system and operation method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021017468A (en) 2021-02-15
JP7147705B2 (en) 2022-10-05
DE102020208604A1 (en) 2021-01-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0866890B1 (en) Process for direct electrochemical gaseous phase phosgene synthesis
EP3405602B1 (en) Process and apparatus for electrochemical production of synthesis gas
DE102016203946A1 (en) Process and apparatus for the electrochemical use of carbon dioxide
DE102015201132A1 (en) Process and electrolysis system for carbon dioxide recovery
DE69033828T2 (en) electrolysis cell
WO2020001851A1 (en) Electrochemical low-temperature reverse water-gas shift reaction
DE69033409T2 (en) Electrolytic cell and method of use
DE10048030A1 (en) Process for the electrochemical production of hydrogen peroxide
DE102016218235A1 (en) Process for the preparation of propanol, propionaldehyde and / or propionic acid from carbon dioxide, water and electrical energy
DE102020208604B4 (en) ENERGY CONVERSION SYSTEM
EP3511441A1 (en) Production of a gas product containing carbon monoxide
EP4004259B1 (en) Cross-flow water electrolysis
WO2021077148A1 (en) Soec system and method for operating a soec system
DE10163539A1 (en) Control of the supply of oxidizing agents
DE102016207420A1 (en) Apparatus and method for producing a product gas, in particular synthesis gas
DE102007029168A1 (en) Apparatus for generating hydrogen and fuel cell system using the same
DE4126349C2 (en) Process for the electrolytic production of methanol and methane by reduction of carbon dioxide
WO2017167605A1 (en) Device and method for producing a product gas, in particular a synthesis gas
DE102020208605B4 (en) ENERGY CONVERSION SYSTEM
DE102013105605A1 (en) Process and apparatus for the electrolytic synthesis of methanol and / or methane
WO2003017406A1 (en) Fuel cell combination
WO2020156734A1 (en) Process for the energy-efficient preparation of co
DE102008002108A1 (en) Electrolytic solution for hydrogen generating apparatus and hydrogen generating apparatus with the same
EP3511442A1 (en) Production of a gas product containing carbon monoxide
DE10348698B4 (en) Apparatus and method for generating electrical energy and water from CO-containing hydrogen

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final