JP2011528763A - 環境に優しいエネルギー生産の方法およびシステム - Google Patents

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Abstract

エネルギー生産のプロセスが開示される。該プロセスは、第１のエネルギー生産技術の第１の副生成物が、第２のエネルギー生産技術に適用され、該第２のエネルギー生産技術の第２の副生成物が、第３のエネルギー生産技術に適用されるように、３つもしくはそれ以上のエネルギー生産技術を統合することを含む。該プロセスは、また、第１の副生成物の少なくとも一部分が、第２のエネルギー生産技術の運用に利用され、第２の副生成物の一部分が、第３のエネルギー生産技術の運用に利用されるよう、エネルギーを生産するように、統合されたエネルギー生産技術を運用することも含む。

Description

本出願は、2008年7月18日に出願した米国暫定特許出願第61/129,787号、および、2009年2月17日に出願した米国特許出願第12/379,249号の優先権を主張し、それらの内容は参照することによって本願に組み込まれる。
本開示は、概して、環境に優しいエネルギー生産の方法およびシステムに関し、より具体的には、環境へのエネルギー生産の影響を減少させるように、あるエネルギー生産技術を共に組み合わせることによって、エネルギーを生産する相乗的方法に関する。
現代文明は、エネルギーを生産するために、炭素質材料に大きく依存している。これらの炭素質材料は、燃焼機関に使用される炭化水素に基づく燃料と、発電に使用される石炭および他の燃料とを含む。インドおよび中国等の新興国の燃料需要の増加ならびに限定的な原油生産のため、液体燃料の価格は実質的に増加している。液体燃料の生産を増加させるために、増え続ける需要に応える、低価格の代替的生産手段が必要とされる。多くの国々が、電気生産および燃料生産（本明細書ではまとめてエネルギー生産と呼ぶ）に使用することができる、大量の使用可能な炭素質原料を有する。より一般的な炭素質原料の１つは石炭であり、しばしば発電に使用される。しかしながら、従来のエネルギー生産技術におけるかかる原料の使用は、環境に悪影響を与え得る。
米国で見られる最も豊富な炭素質原料の１つに、石炭がある。一部の推量によると、米国内の石炭の量は、現在の消費速度で２５０〜３００年の間はもつと予測される。石炭の燃焼により、米国では生成される電気の半分以上が生産される。発電に使用される時、大抵石炭は粉砕され、ボイラ付きの炉の中で燃焼される。炉の熱は、ボイラの水を蒸気に変換し、次いで、電気を生み出すために発電機を回すタービンを回転させるように使用される。石炭は、また、一般に石炭ガス化と呼ばれるプロセスによって、ガス燃料に変換されることができる。石炭ガス化では、石炭の分子は、蒸気および測定量の酸素を使用して、大抵高温および高圧にさらすことによって、より小さい分子量の分子に砕かれる。このプロセスは、合成ガスまたはシンガスと呼ばれる、ガス燃料の生産につながる。シンガスは、主に一酸化炭素（CO）および水素（H2）から成る混合物であり、燃料として使用することができる。石炭は、また、例えば、Fischer-Tropsch法、Bergius法、Karrickプロセスなどのいくつかの異なるよく知られるプロセスによって、液体燃料（ガソリン、ディーゼル等）に液化することができる。これらのプロセスの一部では、シンガスまたはスラリーは、触媒が存在する中、異なる条件の温度および圧力にさらされ異なるタイプの液体燃料を生産する。
米国特許出願公開第2007/0244208号明細書 国際公開第WO/2006/006164号明細書 国際公開第WO/2005/046877号明細書
石炭は、電力生産のために燃焼され、ガス燃料を生産するために気化され、或いは、液体燃料を生産するために液化される時、二酸化炭素（CO2）等の温室効果ガス（GHG）ならびに硫黄酸化物（SOx）および窒素酸化物（NOx）等の他の有害な汚染物質を、大気中に放出する。地球温暖化の懸念が高まるにつれ、大気中へ放出されるGHGの量を減少させるよう、圧力が増加している。大気中に放出されるGHGを減少させるために、提案された１つの方法に、ガス状排出物を地下貯蔵施設に隔離することによるものがある。しかしながら、CO2および他の排出物の地下貯蔵により、費用が増加し、地下岩石層からの潜在的漏出または水供給の潜在的汚染に関する懸念が提起されるであろう。
本開示は、上記の欠点および／または既存技術における他の欠点を克服する一方で、エネルギーおよび燃料を生産する、改良された方法ならびにシステムを対象とする。
一態様では、本開示は、エネルギー生産のプロセスを対象とする。該プロセスは、第１のエネルギー生産技術の第１の副生成物が、第２のエネルギー生産技術に適用され、第２のエネルギー生産技術の第２の副生成物が、第３のエネルギー生産技術に適用されるように、３つもしくはそれ以上のエネルギー生産技術を統合することを含む。該プロセスは、また、第１の副生成物の少なくとも一部分が、第２のエネルギー生産技術の運用に利用され、第２の副生成物の一部分が、第３のエネルギー生産技術の運用に利用されるよう、エネルギーを生産するように、統合されたエネルギー生産技術を運用することを含む。
別の態様では、本開示は、エネルギーを生産するためのプロセスを対象とする。該プロセスは、電力、液体燃料およびバイオマスを生産するように、発電施設、炭素質原料ガス化施設ならびにバイオリアクタ施設を統合することを含む。該プロセスは、また、電力、液体燃料およびバイオマスのうちの１つもしくは複数の生産を補助するように、該施設のうちの１つもしくは複数の副生成物を利用することを含む。
さらに別の態様では、本開示は、エネルギー生産の方法を対象とする。該方法は、第１のエネルギー生産技術で第１のエネルギーおよび第１の副生成物を生産することと、第２のエネルギー生産技術で第２のエネルギーおよび第２の副生成物を生産するように、第１の副生成物の少なくとも一部分を利用することとを含む。該方法は、また、第３のエネルギー生産技術で第３のエネルギーおよび第３の副生成物を生産するように、第３の副生成物の少なくとも一部分を利用することを含む。第１の副生成物、第２の副生成物および第３の副生成物は、CO2、硫黄酸化物および窒素酸化物のうちの少なくとも１つを含む。第１の副生成物を利用することと、第２の副生成物を利用することとが、第１の副生成物および第２の副生成物がそのように利用されない場合と比較して、大気に放出されるCO2、硫黄酸化物、または、窒素酸化物のうちの少なくとも１つの濃度を減少させる。
さらなる態様では、本開示は、エネルギー生産の方法を対象とする。該方法は、統合されたエネルギー生産施設を運用することを含み、統合エネルギー生産施設が、相互に流体連結された、少なくとも３つの個々のエネルギー生産施設を含む。個々のエネルギー生産施設のそれぞれが、エネルギーを生産し、CO2、硫黄酸化物および窒素酸化物のうちの少なくとも１つを含む、副生成物を排出し、統合されたエネルギー生産施設を運用することが、エネルギーを生産するように、副生成物のうちの少なくとも一部分を利用することを含む。該方法は、また、副生成物の一部分を大気に放出することを含み、CO2、硫黄酸化物および窒素酸化物のうちの少なくとも１つの濃度が、個々のエネルギー生産施設が統合されない場合より放出部分において低い。
３つの統合されたエネルギー生産技術（EPT）を使用する、例示的な環境に優しいエネルギー生産の方法の略図である。 図１の統合された技術のうちの１つとして使用することができる、例示的EPTの略図である。 図２のEPTと統合され、図１の統合された技術のうちの１つとして使用することができる、別の例示的EPTを示す略図である。 図３のEPTと統合される図１の統合された技術のうちの１つとして使用することができる、別の例示的EPTを示す略図である。 石炭液化（CTL）施設および生物工学に基づくエネルギー生産施設と統合された、発電施設を示す略図である。 石炭液化（CTL）施設および生物工学に基づくエネルギー生産施設と統合された、粉炭燃焼発電所を示す略図である。 石炭液化（CTL）施設および生物工学に基づくエネルギー生産施設と統合された、石炭発電施設の別の実施形態を示す略図である。 一部の副生成物が隔離される、３つの統合されたエネルギー生産技術の実施形態を示す略図である。 石炭液化（CTL）施設および種子作物に基づくバイオマス生成施設と統合された、熱分解リアクタ施設を示す略図である。 石炭液化（CTL）施設および生物工学に基づくエネルギー生産施設と統合された、ごみ焼却炉を基礎とする発電施設を示す略図である。 石炭液化（CTL）施設および生物工学に基づくエネルギー生産施設と統合された、プラズマ焼却炉を基礎とする発電施設を示す略図である。 石炭液化（CTL）施設および生物工学に基づくエネルギー生産施設と統合された、キャビテーション処理を基礎とするエネルギー生成施設を示す略図である。 石炭液化（CTL）施設および生物工学に基づくエネルギー生産施設と統合された、フレアガスを利用するエネルギー生成施設を示す略図である。 水素原料を使用する石炭液化（CTL）施設および生物工学に基づくエネルギー生産施設と統合された、発電施設を示す略図である。 石炭液化（CTL）施設および生物工学に基づくエネルギー生産施設と統合された、原子力発電施設を示す略図である。 石炭液化（CTL）施設および生物工学に基づくエネルギー生産施設と統合された、炭素排出物分離ユニットを利用する石炭発電所を示す略図である。 炭素質液状化処理ユニットおよび生物工学に基づくエネルギー生産施設と統合された、石炭発電所を示す略図である。
本明細書に組み込まれ本明細書の一部を構成する添付図面は本開示の実施形態を示している。
以下、本開示の例示的実施形態を参照し、添付の図面にその実施例を説明する。可能である場合、同一の参照番号が、図面中に渡って、同一または類似の部分を指示するように使用される。
図１は、例示的な環境に優しいエネルギー生産の方法の概略図を示す。概して、エネルギー生産技術EPT100、EPT200、EPT300は、エネルギーを生産する何れの既知の技術であるだけでなく、本開示の一部として使用することができる未来の技術であってもよい。該エネルギー生産技術によって生産されるエネルギーは、電力、または、エネルギーを生産し機能する（ガソリン、ジェット燃料、ＬＰＧ、プロパン等）ように使用することができる、いかなるタイプの燃料（固体、液体、ガス状）も含むことができる。EPT100、EPT200、EPT300の非限定的実施例は、石炭発電所、石炭ガス化設備、石炭液化（CTL）施設、石油精製所、原子力発電所、バイオリアクタ、ごみ焼却発電施設、プラズマ焼却発電施設およびキャビテーション処理施設を含むことができる。
投入物１１２は、エネルギー１１４を生産するEPT100の中に送り込むことができる。投入物１１２からエネルギーを生産するプロセスでは、EPT100は、また、副生成物１１６を放出することができる。これらの副生成物は、EPT100のプロセスで生産することができる、排出物（CO2、NOx、SOx等）および固体または液体材料を含む場合がある。副生成物１１６は、硫黄酸化物および窒素酸化物を含む場合がある。例えば、EPT100が、石炭を燃焼することによって電気を生産する石炭発電所である実施形態では、投入物１１２は、石炭発電所の炉およびボイラそれぞれの中に送り込まれる石炭ならびに水を含むことができる。石炭は、ボイラの中で蒸気を生産するように、炉で燃焼することができる。この蒸気は、電力を生産するように、発電機に連結される１つまたは複数のタービンを駆動することができる。本実施例では、これらの発電機によって生産される電気がエネルギー１１４となる。石炭の燃焼により生産される、大気中に放出される廃熱および廃蒸気、排煙ならびに固体灰は、石炭発電所の副生成物１１６を構成するであろう。
これら副生成物１１６の一部分１１８は、廃棄物固体および排出物として分離することができる一方、残余部１２２は、EPT200、EPT300または両方の中に送り込むことができる。副生成物の分離部分１１８の複数部は、他のプロセスで使用することができ、或いは、大気中に捨てることができる。図１には明示されていないが、副生成物１１６の一部分は、また、EPT100の中に戻って再循環することもできる。石炭発電所の実施形態では、分離部分１１８は、石炭の燃焼により生産される灰および他の固体廃棄物を含むことができ、EPT200の中に送り込まれた残り部分１２２は、また、石炭発電所によって生産された、排煙ならびに廃熱および廃蒸気の一部または全てを含むことができる。廃蒸気および廃熱の一部分は、効率を増加させる、或いは、石炭発電所で消費するエネルギーを最小化するように、石炭発電所で再使用することができる。この場合、再使用部分は、副生成物１１６の再循環部を形成することができる。本開示の他の実施形態では、分離部分１１８の灰の一部を、建築材料および他のかかる製品を生産するように、再生利用および使用することができる。
概して、EPT100によって生産される副生成物のいかなる部分も、その結果生じた組み合わせにより、エネルギー生産の効率が減少するか、或いは、環境に有害な副生成物の放出が減少するかのいずれか、好ましくは両方であれば、EPT200またはEPT300の中に送り込むことができる。好ましくは、異なるEPTに送り込まれる副生成物の割合は、ユーザの目標を達成するように最適化される。これらの目標および最適化は、EPTの特定の特徴、エネルギーの代替資源の商業費用、政府の規制、環境に関する懸念を含む種々の要素に依存するであろう。いくつかの実施形態では、副生成物１１６の実質的に全てが、EPT200等の別のEPTに送り込むことができる。
EPT100からEPT200へ供給される副生成物（残余部１２２）に加えて、投入物１２６は、また、エネルギー１３４を生産する、EPT200の中へ送り込むことができる。エネルギー１３４に加えて、副生成物１３６もまた、EPT200によって生産することができる。これらの副生成物１３６の一部分１３８は分離することができ、残余部１４２はEPT300の中またはEPT100に送り込むことができる。分離部分１３８の一部は、他の生成物を生産するように使用することができ、別の一部は捨てることができる。EPT100の副生成物１１６に関して、副生成物１３６の一部分は、また、再循環されEPT200で使用することができる（図１に図示せず）。
残余部１４２に加えて、投入物１４６は、また、EPT300の中に送り込むことができる。EPT300は、エネルギー１５４を生産し、副生成物１５８を生み出すように、投入物１４６および残余部１４２を使用することができる。副生成物１１６および１３６の場合と同様に、副生成物１５８の複数部分は、他の生成物を生産するように捕捉されるか、EPT300に戻って再循環されるか、捨てられるか、或いは、他のエネルギー生産技術の中に送り込むことができる。３つのEPTのみが図１に示されているが、本開示の実施形態は、別のEPTによって生み出される副生成物の少なくともある部分を使用して、エネルギーを生産するように共に連結される、或いは、そうでなければ統合される、任意の数のEPTを含むことができることが、強調されるべきである。
先に述べた通り、エネルギー１１４、１３４、１５４は、機械的作用を引き起こすように、直接使用することができる形態から成ることができ、或いは、作用を引き起こすように燃やすことができる（または別の方式で使用することができる）燃料源であってもよい。例えば、EPT100が石炭発電所であり、EPT200およびEPT300がそれぞれ石炭液化（CTL）施設ならびにバイオリアクタである実施形態では、EPT100によって生産されるエネルギー１１４は電力であってもよく、EPT200によって生産されるエネルギー１３４は、種々の液体およびガス状形態の燃料を含むことができ、EPT300によって生産されるエネルギー１５４は、食糧および／または異なる形態の燃料を含むことができる。生産されるエネルギーが食物源である場合には、この食物源は、エネルギーを生み出し作用するように、人間または動物によって消費することができ、生産されるエネルギーが燃料である場合には、この燃料は、作用するように、それに続くプロセスで燃やす（または別の方法で処理する）ことができる。
図１は、連続的に共に連結されたEPT100、EPT200、EPT300を示すが、統合の他の構成もまた熟慮される。例えば、EPT100、EPT200、EPT300からの副生成物１１６、１３６、１５８の複数部分は、いずれかまたは全てのEPT100、EPT200、EPT300の中に送り込むことができる。EPT統合および別のEPTのプロセスにおいて１つのEPTによって生産される副生成物の複数部分の利用の結果、大気中に放出される（または別の方法で捨てられる）副生成物の構成物の一部が減少することができる。例えば、EPT100、EPT200、EPT300の統合によって、大気中に放出される温室効果ガスCO2の合計は、EPT100、EPT200、EPT300が独立して運用される（すなわち、統合されていない）場合に放出されるであろうCO2の量より、好ましくは低い。同様に、システムを運用するのに必要とされる投入物の合計は、１つのシステムからのエネルギー源を適用し、別のエネルギー源を送り込むことによって、減少することができる。例えば、システム１００（例えば、石炭発電所１００）で生成される過剰な熱および／または圧力は、システム２００（例えば、石炭液化燃料システム２００）に適用され、それによって、そうでない場合にシステム２００を運用するのに必要とされるエネルギー投入量を減少させることができる。システム３００がバイオリアクタを含む時、適用されるエネルギーの一部は太陽エネルギーであってもよく、それによって、容易に使用可能で自由なエネルギー源を使用する。加えて、システム３００がバイオリアクタを含む時、システム１００、２００のうちの１つまたは両方からの副生成物（CO2、硫黄酸化物、窒素酸化物等）は、バイオリアクタに適用することができる。
次の段落では、開示する環境に優しいエネルギー生産の方法の一部の例示的実施形態を記載する。これらの実施形態は、本開示の種々の態様をよりよく記載し強調するのにのみ使用され、潜在的実施形態の包括的一覧として意図されてはいない。
EPT100は、石炭の燃焼熱を使用して電力を生産することによって、電気を生産する石炭発電所であってもよい。図２は、EPT100の運用を示す概略図である。EPT100は、工業使用が認められた地域５００に建築することができ、一部の例では、人口密度の高い地域から離れて設置される。地域５００は、石炭および水の豊富な供給と、石炭および水を投入物（112Aおよび112B）としてEPT100に送達するように構成されるインフラとを有することができる。このインフラは、石炭をEPT100に適する形態に変えるように構成される、粉砕機および他の機器を含み、職員および原材料を地域５００に送達する、鉄道ならびに他の輸送システムへアクセスすることができる。地域５００は、また、周辺の共同体からEPT100を分離する大面積の未使用の土地へのアクセスも有することができる。
石炭発電所の運用は当該分野でよく知られているため、EPT100の運用は本明細書で詳細に記載しない。概して、EPT100は、ボイラの中で水（投入物112B）を沸騰させ、蒸気を生み出すように、炉の中で石炭投入物112Aを燃やすことができる。この蒸気は、電力を生産する発電機に連結されるタービンを回転させるように使用することができる。この電力は、そこに連結される配電網を供給するように使用することができる。ある場合には、EPT100によって生成される電力は一定でない場合があり、必要に応じて時間と共に変化することができる。例えば、EPT100による発電は、配電網における最大消費の時間にはより高くなり、消費が減少する時間にはより低くなることができる。あるかかる場合には、より高速およびさらに一定の速度で炉ならびにボイラを運用し、必要性が減少する時間中は、タービンからの蒸気の一部を側管に通すことが、より経済的であり得る。これらの場合には、ボイラによって生産される蒸気の全てが、タービンを回転させるのに使用されるとは限らない場合があり、一部の蒸気（および熱）は、側管に通されるか或いは廃棄することができる。本開示の適用において、かかる未使用蒸気（および熱）は他のEPTに適用され、それによって、エネルギーを節約し、運用効率を向上させる。
タービンを回転させた後、蒸気は復水器で水に凝結され、ボイラに戻って閉ループの中で再循環することができる。EPT100は、また、復水器で蒸気を凝結するように使用することができる、循環冷却水システムを含むことができる。この冷却水システムは、地域５００で復水器を通して、水源（水路、川、湖または別の類似の水域等）からの冷水を循環させ、より暖かい水を水源に戻して排出することができる。炉の中での石炭の燃焼により、CO2、NOx、SOxおよび残留灰またはスラグ等の燃焼生成物を生産することができる。EPT100の中で廃棄される蒸気および熱を伴うこれらの燃焼生成物は、EPT100の副生成物１１６を形成することができる。これらの副生成物（CO2、NOx、SOx等）のいくつかは、環境に有害である場合があり、種々の政府によって規制されている場合がある。またこれらの有害構成物の排出により、新しい設備を建設するのに必要な政府の承認または一般の支持を獲得するのに成功するのが、政治的に困難である場合もある。副生成物１１６中のこれら規制種の濃度を減少させるために、封じ込めおよび／またはスクラビング等のプロセスを、EPT100の一部として採用することができる。次いで副生成物１１６を、大気中に放出することができる。
図３は、地域５００で石炭発電所に連結することができるEPT200の概略図を示す。EPT200は、通常、合成燃料と呼ばれる、異なるタイプの燃料油を生産するように、間接ガス化または直接溶媒抽出を使用して、石炭を液化するCTL設備であってもよい。石炭から合成燃料を生産する、直接的（Bergius法に従う施設等）および間接的（Fischer-Tropsch法に従う施設等）CTL施設の両方の運用は、当該分野ではよく知られており、これらのプロセスの詳細な説明は本明細書では提供しない。EPT100、EPT200の統合から影響を受ける場合があるCTLプロセスの詳細は、本明細書に記載する。EPT200は、確立されたインフラおよびEPT100の後方支援を利用するように、地域５００に設置することができる。地域５００の広い自由空間ならびに地域５００における石炭および水の先在する供給により、EPT200の実装費用を削減することができる。加えて、既存のインフラ（石炭および水送達システム等）およびEPT200用の土地の使用により、必要とされる政府の承認の確保が容易になり、CTL施設開発への一般からの抵抗を減少することができる。一実施形態では、EPT100およびEPT200は、相互に、かつ、石炭源および水源に極めて接近して設置される。
石炭および水は、投入物126A、126BとしてEPT200の中へ送り込むことができる。地域５００にEPT200を設置することによって、EPT100の投入物112AおよびEPT200の126Aの源は同一であってもよく、EPT100の投入物112BおよびEPT200の投入物126Bの源も同一であってもよい。EPT100の副生成物１１６は、また、EPT200の中に送り込むことができる。いくつかの実施形態では、図１を参照の上説明した通り、副生成物１１６の一部分（例えば、図１の部分１２２）のみが、EPT200の中に送り込むことができる。
EPT200内では、EPT200の中に投入される石炭（投入物126A）は、既知の石炭液化プロセスに従い、一酸化炭素および水素の混合物（「シンガス」として知られる）に変換することができる。この変換プロセスは、高温での石炭と制御量の蒸気との間の反応に関与する。本開示に従い、この反応は、石炭をシンガスに変換するように、必要とされるエネルギーの一部として、EPT100からの廃熱および廃蒸気を使用することができる。副生成物１１６の水分含量もまた、EPT200でその構成物である水素および酸素に変換することができる。いくつかの実施形態では、EPT200によって生産されるシンガスの量は、EPT200へのさらなる投入物として、EPT100からの副生成物１１６の中のCO2の一部または全てを適用することによって、さらに増加することができる。このCO2は、逆水性ガスシフト反応等の既知のプロセスによって、或いは、アミンを基礎とする溶媒の使用によって、一酸化炭素に還元することができる。副生成物１１６に包含されるCO2を炭化水素に変換するのに使用することができるプロセスの一部の実施例は、Shulenberger et al.の米国特許出願公開第2007/0244208号および国際公開第WO/2006/006164号に記載されている。これらの公報は、参照することにより本明細書に組み込まれる。
間接的CTLに関して、生産されるシンガスは、Fischer-Tropsch（FT）法等の既知のプロセスによって、炭化水素燃料および他の化学生成物に変換することができる。このプロセスでは、石炭のガス化（および副生成物１１６の中のCO2の減少）によって生産されるシンガスは、金属触媒の存在する中で、高温および高圧にさらされる場合がある。使用される温度、圧力および触媒によって、シンガスは、例えば、ジェット燃料134A、ガソリン134Bおよびディーゼル134Cといった、種々の形態の液体炭化水素に変換することができる。CTLプロセスを使用する液体燃料の生産は、また、CO2ならびにNOxおよびSOx等の他の有害な汚染ガスも生産する。いくつかの実施形態では、EPT200によって生産される副生成物１３６の一部分は、EPT200の中に戻って再循環することができ、或いは、発電に使用することができる。加えて、EPT100によって生産される電力は、EPT200の種々のシステムに電力を提供することができ、その結果電力消費の削減になる。過剰な電力は、また、電力網に転送することができる。副生成物１３６の少なくとも一部分は、以下により完全に記載する通り、EPT300に適用することができる。
EPT200のプロセスでEPT100の副生成物１１６を利用することにより、このプロセスで使用される熱および蒸気を生成するために、石炭を燃焼させる必要性を減少させることによって、EPT200のエネルギー生成プロセスを、より効率的することができる。先に記載した通り、本開示のいくつかの実施形態では、EPT200は、また、副生成物１１６および１３６の中のCO2の一部分を、炭化水素系燃料に変換するように構成することができる。この場合、EPT200の効率は、廃棄CO2の有用な燃料への変換により、さらに向上することができる。加えて、CTL設備（EPT200）用の既存の石炭発電所（EPT100）のインフラおよび後方支援を利用することにより、CTL設備の実装費用を削減し、必要な政府の承認を確保するために拡張しなくてはならない場合がある供給源を減少させることができる。さらに、CO2が既知の温室効果ガスであることを考えれば、EPT100、EPT200の大気排出物の中のCO2含有量を減少させることにより、炭素クレジットの形態でさらなる節約をもたらし、一般の支援を得て、価値ある広報の機会を提供することができる。
EPT200の中で必要とされる場合がある、どんな追加加熱も、追加燃焼、プラズマ発電機、キャビテーションポンプ、マイクロ波、超音波、原子炉および種々の他の加熱技術によって達成することができる。一部の副生成物１３６の廃材および排出物は、電力生産または液体燃料の製造に適さない場合がある。これらの材料は、備蓄材として収集され売却することができ、或いは、適切に処分することができる。副生成物１３６の中にあるこれらの構成物の濃度が、規制量を超過する場合、これらの構成物は適切な方法で、隔離および／または処分することができる。
図４は、地域５００で石炭発電所（EPT100）およびCTL施設（EPT200）と統合することができる、EPT300の概略図を示す。EPT300は、生物工学に基づくエネルギー生成施設を含むことができる。EPT300は、異なるタイプのエネルギーの創造のために、植物を育て使用する、何れのタイプのエネルギー生成施設を含むことができる。EPT300は何れのタイプの植物をエネルギーに変換する施設を含むことができるが、続く記載の中では、EPT300は、微細藻類（緑藻類）によるバイオリアクタとして記載する。微細藻類は、水性環境で育つ微細な単細胞植物である。従来の農作物のように、微細藻類は、育つために日光、水およびCO2を必要とする。しかしながら、概して、面積当たりの微細藻類の生産性は、従来の農作物より著しく高い（例えば、１０倍から１００倍高い）場合があり、微細藻類を育てるのにより品質の低い水を使用することができる。
微細藻類は、炭素固定として一般に知られるプロセスを通して、排煙からCO2（およびNOx）を除去することができる。示す実施例では、EPT100からの副生成物（または排出物）はEPT200に送り込まれ、次いでEPT200からの副生成物がEPT300に送り込まれる。本開示では、EPT100、EPT200のうちの１つまたは両方からの副生成物の全てあるいは一部分を、EPT300に直接または間接的に送り込むことができる。副生成物に存在するCO2およびNOxは、藻類の生長を活性化することができる。図４に示す実施形態では、副生成物１１６および１３６の中のCO2（およびNOx）は、微細藻類の生長を活性化する、一連の生化学反応（カルヴィン回路およびクレブス回路）で有機化合物に変換することができる。微細藻類からのエネルギー生産は当該分野ではよく知られているため、開示する環境に優しいエネルギー生産の方法を記載するのに役立つプロセスのそれら詳細のみを、本明細書に記載する。
EPT300は、エネルギーおよび他の生成物を生産するために、微細藻類を育て、微細藻類によって生み出されたバイオマスを使用する、藻類養殖場を含むことができる。EPT300の微細藻類は、地域５００で育てることができる。ある場合には、石炭発電所およびCTL施設を囲む土地が、従来の食物栽培に適さない不毛の土地である場合がある。しかしながら、多くの微細藻類種は、地域５００の生態系および水の中で成長するように操作することができる。微細藻類栽培用の従来の養殖を支援しない土地の利用により、食料品市場への影響を最小限に抑えながら、EPT300を使用するエネルギー生産を可能にすることができる。EPT200からの副生成物１３６のガス状構成要素は、EPT300に送達され、微細藻類を育てるバイオリアクタを通して泡立てることができる。微細藻類は、副生成物１３６の中のCO2およびNOxを消費し、酸素154Eおよび水を放出することができる。
放出される水は、地域５００の水源の中へ戻るよう送り込むことができ、或いは、バイオリアクタ施設で再生利用され使用することができる。生産された酸素154Eは、大気中へ放出し、瓶に詰め、或いは、投入物として別のEPTに送り込むことができる。例えば、酸素154Eは、石炭の燃焼を助けるように、石炭発電所の炉に送り込むことができる。酸素は、また、CTL施設の中において生じる化学反応を助けるように、CTL施設のガス化または液化プロセスに送り込むこともできる。放出される酸素は、炭素クレジットと交換することができることもまた熟慮される。
微細藻類は、バイオマスを生産するために収穫することができる。次いで、このバイオマスは、油を抽出するように処理することができる。何れの既知のプロセスも、バイオマスから油を抽出するために使用することができる。いくつかの実施形態では、EPT300で育った微細藻類種を、微細藻類の油含有量を増加するように選択または操作することができる。数々の微細藻類種が、それらの質量の５０％より高い油含有量を有するため、EPT300の微細藻類は、著しい量の油を生産するように合わせて作ることができる。バイオマスから抽出された油は処理され、ジェット燃料154Cおよびバイオディーゼル154D等、種々のタイプの燃料に精製することができる。抽出プロセスで生産することができる何れの排出物も、バイオリアクタの中に戻って再循環することができる。いくつかの実施形態では、これらの排出物および／または収穫されたバイオマスの水含有量は、分離することができる。この分離した水は、地域５００の中の水源に送り込むことができ、或いは、発電施設で使用することができる。
油抽出後、残りのバイオマスは、エタノール154Bを生み出すように使用することができる。当該分野で既知の何れのプロセスも、残留バイオマスからエタノール154Bを生み出すために使用することができる。例示的技術では、バイオマスは、該バイオマスを単糖に変換するために、種々の酵素で処理することができるマッシュを生み出すように、水と混合することができる。次いで、マッシュは、砂糖をエタノール154Bおよび二酸化炭素158Aに変換することができる酵母で処理することができる。排出された二酸化炭素158Aは、バイオリアクタの中に戻るよう送り込むことができる。このプロセスで生産された過剰な水は、全て分離され、地域５００の水源に戻るよう送り込むことができ、或いは、発電施設で使用することができる。エタノール154Bはさらに、燃料および飲料等の生成物を生産するように蒸留することができる。エタノール抽出後に残る固体副生成物は、乾燥され、原料154A用の沈殿物になることができる。EPT300の中で消費されず、或いは、他のEPT100またはEPT200にも適用されない、あらゆる副生成物１５８を大気中に放出することができる。
概して、EPT300によって生産された油154C、154D、154E、エタノール154Bおよび原料154Aの相対量は、所望通りに修正することができる。いくつかの実施形態では、原料154Aの栄養価またはエネルギー含有量を増加させるために、エタノール抽出のステップを削除することができ、油抽出後のバイオマス残留物は、原料154A沈殿物になるように乾燥させることができる。さらに他の実施形態では、油抽出のステップも削除することができ、バイオリアクタから収穫されたバイオマスは、乾燥され、原料154Aに形成することができる。いくつかの実施形態では、原料154Aの代わりに、バイオリアクタから収穫されたバイオマスを、グリーン石炭等の固体燃料に変形することができる。このグリーン石炭は、燃料として売却することができ、或いは、EPT100および／またはEPT200で燃料として使用することができる。
概して、EPT300の大きさおよび地域５００の中で養殖される微細藻類の量は、副生成物から除去される必要がある場合のある、CO2、NOxおよび／またはSOxの量と、微細藻類栽培に使用可能な土地と、適用の経済状況とに依存する場合がある。いくつかの実施形態では、EPT300だけは、政府が規制する制限または世論により課された制限等の許容限度より下まで、副生成物１５８の中のCO2、NOxまたはSOxのうちの１つを減少させるほど十分に大型であり得る。他の実施形態では、EPT300の大きさは、EPT100、EPT200、EPT300によって大気中に放出される、CO2、NOxならびにSOxの全ての量を実質的に減少させるほど十分に大型であり得る。全実施形態では、統合されたEPT100、EPT200、EPT300によって大気中に放出されるCO2、NOx、SOxのうちの一部または全ての総量は、好ましくは、独立して運用されるEPT100、EPT200、EPT300によって放出され得る量より低い。EPT100、EPT200、EPT300は、商業的に競争力を有する価格設定で、エネルギー産出量を依然提供する一方で、好ましくは、政府および／または産業標準を大きく下回って、統合されたシステムの排出物を減少させるように統合される。
ある場合には、EPT100、EPT200、EPT300が地域５００に共同設置されれば、著しい利点となることができるが、これは要件ではない。いくつかの実施形態では、発電所に関連する条件により、EPT100、EPT200、EPT300を異なる場所に設置するのを余儀なくされることがある。これらの場合には、EPT100、EPT200、EPT300の間の統合はさらに、１つのEPTから別のEPTへ副生成物を輸送する（パイプラインによって、或いは容器の中等）ことによって、達成することができる。
電力生産施設、ガス化／液化燃料生産施設およびバイオマス排出制御の統合によって、有害な排出物を減少させる一方で、燃料供給を増加させるように、既存の発電インフラを利用することを可能にすることができる。比較的未成熟段階にある、生物工学に基づくエネルギー生成技術が、これらの技術の組み合わせの効率および費用対効果を増加させて、向上し続けるであろうと信じられている。加えて、石炭発電所に代わる原子力発電所等の他の発電システムは、本開示の方法およびシステムに従い使用することができる。原子力システムで生成された熱および／または圧力の一部分は、例えば、エネルギー投入としてEPT200に適用することができる。従って有毒ガスの生成は和らぎ、それによって所与の大きさであるEPT300によってCO2廃ガスのより大きな排除を達成する。石炭発電所、原子力発電所およびCTL施設等の比較的成熟したEPTと、既存および将来の生物工学を統合することによって、生物工学の効率および費用対効果を向上することができる。バイオマス生産および汚染制御のための生物工学が育つにつれて、十分または一層完璧に有害な排出物を排除し、元の石炭を基盤とする発電所に送り込むのに十分なグリーン石炭を生産する、自己充足的な統合されたエネルギー生産システムを実現することができる。
続く段落および図５〜１７は、先の段落で述べたエネルギー生産の統合された方法の一部実施形態を示す。簡潔にするため、前に述べた実施形態と異なる実施形態のそれらの態様のみが述べられる。図５は、CTL施設（EPT200）および生物工学に基づくエネルギー生産設備（EPT300）と、EPT100を統合することによって達成される、環境に優しいエネルギー生産の方法の別の実施形態の図である。EPT100は、以下、下流EPTに送達することができる、廃熱３、廃蒸気４または排出物２のうちの少なくとも１つを有することができる、何れの発電施設であってもよい。本実施形態では、EPT100からの熱３、蒸気４または排出物２のうちの１つあるいは複数の、全てもしくは一部分が、ガス化システム５に適用される。追加投入物は、別のプロセス６からの原料として、システム５に送り込むことができる。原料は、また、炭素質材料、水素またはプロセスに必要とされる場合がある、任意の他の備蓄材を含むことができる。
EPT200に送達された廃棄生成物および原料は、備蓄材のそれらの元素成分（COおよびH2を含む）へのガス化を引き起こすように、加熱および加圧することができる。次いで、これらの元素成分は、チャンバ７および１０の中で種々のFischer-Tropsch（FT）法を通して、所望の炭化水素および化学生成物１１へと処理され合成することができる。その結果得られた副生成物１３６の一部136Aは、発電機９の中でのさらなる発電のために回収することができ、一部136Bは、ガス化プロセス５の中に送り戻すことができる。発電機９は、可燃性ガスおよび熱から電力を生成する、任意の既知の発電機器を含むことができる。例えば、発電機９は、例えば、燃焼機関およびタービンエンジンを含むことができる。炭化水素生産またはガス化に使用されない、過剰な廃材および廃ガスは、分離することができ（副生成物１４２）、かつEPT300の中に貯蔵され或いは送り込むことができる。
EPT300はバイオリアクタ１３を含むことができる。バイオリアクタ１３は、微細藻類等の特定の生物体の生長のために設計される、何れのタイプのリアクタであってもよい。副生成物１４２に加えて、バイオマスストック１５（例えば、種または培養物）の形態の備蓄材もまた、バイオリアクタ１３の中に送り込むことができる。示す通り、本実施形態では、電力施設１およびガス化システム５の両方からの排出物が、バイオリアクタ１３に適用される。光および栄養分もまた、バイオマスの生長を促進させるために、バイオマスストックと共にバイオリアクタ１３に供給することができる。バイオリアクタ１３の中のバイオマスは、さらなるバイオマス１８を育て生み出すように、光合成を通して排出物および栄養分を消費することができる。次いで、このバイオマス１８は、食物（または食糧備蓄材）として収穫し貯蔵することができ或いは種々の生成物１９を生み出すように、さらなる処理に使用することができる。例えば、きれいな排出物（酸素のような）および水１６といった、その結果得られた副生成物の一部は、環境上安全である可能性があり、したがって環境中に放出することができる。大気中へ処分されない副生成物は、適切な処分方法に従い、捕捉し対処することができる。
図６は、開示する環境に優しいエネルギー生産の方法の別の実施形態を示す。図６の実施形態では、石炭は、従来の手段を通して粉砕機２１に輸送され、かつ粉炭を燃焼するために、きれいな水２８および酸素２６を利用する、循環ガス化器およびボイラ２９の複合型で使用するために準備することができる。該酸素は、大気の空気２３から提供され、窒素２５および酸素２６を単離することができる空気分離ユニット２４によって分離することができる。窒素の分離は、石炭を燃焼した結果として形成されるNOx排出物の量を減少させることができる。
石炭の燃焼は以下のように記載することができる：CxHy＋O2→COx＋H2O＋熱。石炭の中の硫黄（Ｓ）および窒素（Ｎ）の存在により、排出物の中にSOxおよびNOxを生じることができる。他の不純物および重金属は、燃焼中、種々のタイプのスラグ３０および灰３２の形成をもたらすことができる。このスラグ３０および灰３２は、ガス化器の底に定着することができ、単離し貯蔵することができる。ガス化器の中の管は、加熱され蒸気３４を形成することができる水を包含することができる。この蒸気は、蒸気タービン３５のブレードを回転させるように使用することができる。タービン３５は、電力を生成することができる、発電機３６に接続することができる。次いで、生産された電力は、電力を増大させ配電網３８に供給する、変圧器３７に伝えることができる。このプロセスによって生産される電力は、また、機能または監視のために電力を必要とする、サブプロセスおよびユニットに使用することができる。
ガス化器ボイラからの残りの排出物３９は、石炭からの少量の水銀（Hg）および微量の他の不純物と共に、酸化炭素（COx）酸化硫黄（SOx）酸化窒素（NOx）水（蒸気の形態にあるＨ2Ｏ）を包含することができる。これらの化合物および元素は、通常、高熱および高圧下にある。それらは、該排出物からSOxを分離するように、典型的な酸性ガス除去ユニット４０を通過することができる。次いで、該排出物は、硫黄を分離し貯蔵するように処理することができる。硫黄が除去された後、残りのシンガス４３は、種々の化学物質および炭化水素へと処理されるように、FTリアクタ４６に送り込むことができる。さらなる熱または蒸気が所望される場合、蒸気タービン３５からの廃熱および廃蒸気４５を使用することができる。蒸気タービン３５からFTリアクタ４６への廃熱および廃蒸気の抽出および輸送は、配管または他の手段である既知の方法によって達成することができる。
EPT200のFTリアクタ４６は、シンガスを種々の所望の生成物に変換する種々の触媒を包含することができる。重化学物質４７は、分離し貯蔵することができる。貯蔵されると、備蓄材として売却することができ或いは処分することができる。より軽い組成物および炭化水素は、種々の等級の燃料５０に処理することができる。これらの燃料は分離され、貯蔵タンク５２に転送することができる。これらの貯蔵施設は、処理施設の近くに設置することができ或いはパイプラインによって主な燃料分配場所へ転送することができる。FTリアクタ４６から結果的に得られたガスの一部は、これらの熱い高圧ガスの拡張を可能にするように、１つもしくは複数のガスタービン９３に送り込むことができる。これらのタービン９３は、変圧器３７によって増大され、電力網３８に供給することができる、さらなる電力を生産するように、発電機９４を回転することができる。次いで、タービン９３からの排出物５３は、微細藻類または他の適する生物を育てるバイオリアクタ５４に送り込むことができる。
バイオリアクタ５４で使用するには熱すぎる場合がある排出物５３は、バイオリアクタ５４の施設を加温し、微細藻類の生長に適する温度条件を維持するように、管を通過することができる。適切な温度にまで冷却された排出物５３は、バイオリアクタ５４を通って泡立てることができる。排出物５３中に見られない貯蔵藻類および藻類栄養分は、きれいな水または廃水５７と共に、バイオリアクタ５４の中へ送り込むことができる。日中は、藻類との光合成を可能にするように、日光を提供することができる。夜または日光の少ない時間中は、EPT100の発電機３６からの電力を、バイオリアクタ５４を照らすように使用することができる。
藻類の生長により水がある粘度に到達すると、水は貯蔵または追加処理５９のため、藻類バイオマス５８をろ過して取り除くように、除去ユニットを通って流れることができる。この藻類は、原料として売却することができ、或いは、結果として得られた藻類粉末６２から藻類油を分離するように、脱脂６２することができる。藻類粉末は、種々のプロセス６３からの廃熱で乾燥され、別個の生成物６４として貯蔵され売却することができる。藻類油６０は売却されるか、或いは、種々のタイプのバイオ燃料へと処理されるように、貯蔵装置６１の中に貯蔵することができる。藻類が育つと、酸素を生産することができる。この酸素は、確実に規制に準拠するように、任意の未使用排出物６５と組み合わせることができる。その結果得られる酸素の豊富な排出物は、また、空気分離ユニット２４またはガス化器ボイラ２９に戻って送り込むことができる。
図７は、開示する環境に優しいエネルギー生産の方法の別の実施形態を示す。図７の実施形態のプロセスは、図６のEPT100が、統合された空気分離ユニットを有さず、燃焼に従来のボイラを使用する場合がある、典型的な既存の石炭発電所を表す以外、図６の実施形態の中のプロセスに類似する。このシステムは、供給される石炭６７の完全ガス化のため、さらなる熱をガス化器ユニット６５に供給することを必要とする場合がある。空気分離ユニットからの排出物４３および空気６６または酸素は、粉炭６７と共にガス化器６５の中に送り込むことができる。この石炭６７は、ガス化器６５の中で燃やすことができる。ガス化器６５およびボイラ２９用の石炭の資源は、同一であってもよい。図７のEPT200は、図６のシステムと比較して、ガス化器６５からより大量の排出物を生産することができる。いくつかの実施形態では、複数のバイオリアクタ５４が、かかるより大量の排出物に対処するのに使用することができる。
図８は、開示する環境に優しいエネルギー生産の方法の別の実施形態を示す。図８の実施形態は、図７の実施形態に類似するが、EPT200のFTリアクタ４６からの排出物５３は、分配のためタンク６９の中に一時的に隔離することができる。一時的隔離を活用することによって、排出物７０を種々の使用に転用することを可能にすることができる。排出物のいくつかの部分は、原油回収のため油田へ転送することができる一方で、他の部分は、投入物としてバイオマス生産施設（EPT300）に送り込むことができる。
図９は、開示する環境に優しいエネルギー生産の方法の別の実施形態を示す。図９の実施形態は、図９の実施形態では、熱分解リアクタ１６０が、炭素質原料の低温炭化に使用される点以外、図８の実施形態に類似する。炭素質原料が、５００℃付近またはそれ以上の温度にさらされる時、その材料の中で化学分解を生じることができ、燃料ガス１６３およびシンクルード液１６２をもたらし、高い炭素含有チャーを残す。このプロセスは、一般に熱分解として知られている。燃料ガスは、燃料処理用の水素１６５におよびガス化用の軽ガス１６４に分離することができる。チャー１６１は、ガス化器用の炭素原料として使用することができ、或いは、EPT300の中のバイオマス施設で使用することができる、栄養分豊富な油であるテラプレタの創造等、他の使用のために分離し貯蔵することができる。図９は、また、EPT200からの排出物５３が、藻類の代わりに種子作物を使用するバイオマス施設（EPT300）に送り込まれるという点で、図８から逸脱する。排出物分配部７０の使用で、排出ガスは、種子作物を育てる複数の温室効果施設７２間に分配することができる。これらの温室効果施設７２では、種子作物は、農業の従来の方法を使用して育てることができる。CO2が植物の生長に有益であるため、上流のEPTからこれらの温室へ排出ガスを送り込むことにより、大気中に排出されるCO2を減少させる一方で、種子作物の生長を強化することができる。
図１０は、開示する環境に優しいエネルギー生産の方法の別の実施形態を示す。図１０の実施形態は、図１０の実施形態では、ごみつまり廃棄物焼却炉７７が、EPT100の中で水を沸騰させるのに使用される点以外、図９の実施形態に類似する。本実施形態では、焼却炉７７の中の廃棄生成物の燃焼熱は、EPT100のタービン３５を駆動する蒸気を生み出すことができる。埋め立て地に埋められた廃棄物が生物分解する時、メタン（別の温室効果ガス）が生み出され、大気中に放出することができる。この廃棄物は、EPTで燃焼源として使用することができる。燃焼のために廃棄生成物を使用することによって、大気中に放出されるメタンガスを減少させ、さらに排除することを可能にすることができる。加えて、エネルギー（電力または燃料）は、EPTの中で廃棄物を燃焼することによって生産することができる。燃焼プロセスによって生産されるCO2は、前に記載した通り、排除または減少することができる。
図１１は、開示する環境に優しいエネルギー生産の方法の別の実施形態を示す。図１１に示す実施形態は、プラズマ焼却炉７８が、図１１のEPT100の中で廃棄生成物を燃焼するように使用される点以外、図１０に示す実施形態に類似する。プラズマ焼却炉はより高温で運用されるので、分離の必要なく、廃棄物流の中に存在することができる、より幅広い材料を気化することを可能にすることができる。
図１２は、開示する環境に優しいエネルギー生産の方法の別の実施形態を示す。図１２の実施形態では、キャビテーション処理ユニット８３は、EPT100の中で使用することができる。該キャビテーション処理には、処理のために石炭スラリー８２を利用することができる。石炭スラリー８２は、水８１または溶媒および他の液体を、粉炭７９と混合することによって調製することができる。このスラリー８２は、熱および圧力を生成するように、小さい微細気泡の崩壊からの熱の放出を使用する、キャビテーションポンプの中に送り込むことができる。この熱および圧力は、スラリーの中の石炭の、シンガス４３への変換をもたらすことができる。スラリーの他の構成物は、固体廃棄物８４として分離することができる。
図１３は、開示する環境に優しいエネルギー生産の方法の別の実施形態を示す。図１３の実施形態では、フレアガス８６は、また、EPT100のガス化器ボイラ２９の中に導入することができる。フレアガスは、化学処理の結果生じるどんな廃ガスであってもよい。フレアガスは、種々の他の炭化水素構成物に加え、メタンを包含することができる。ガス化ボイラ２９の中でフレアガス８６を燃焼することによって、GHGおよび汚染物質の大気中への放出を、さらに減少させることができる。
図１４は、開示する環境に優しいエネルギー生産の方法の別の実施形態を示す。図１４の実施形態では、水素原料８７は、また、EPT200のFTリアクタ４６の中に導入することができる。このさらなる水素は、炭化水素（燃料５０および化学物質４７）形成のために、水素が豊富な環境を形成することができる。この水素原料８７は、当該分野において既知の方法によって生成され、FTリアクタ４６に送達することができる。FTリアクタ４６の中で増加した水素は、石炭の分解によって形成される一酸化炭素の量を増加することができ、またCO2（排出物の中に包含される）の増加した量をCOに還元することができる。COおよびH2の量の増加により、FTリアクタ４６の中で形成されるシンガスの量が増加することができる。それゆえ、FTリアクタ４６の中の過剰な水素が、EPT200で燃料の生産を増加することができる。
図１５は、開示する環境に優しいエネルギー生産の方法の別の実施形態を示す。図１５の実施形態では、天然ガス８９を伴う原子力発電所８８からの廃蒸気３４およびフレアガス８６は、プラズマガス化器４４の中に送り込むことができる。天然ガス８９およびフレアガス８６は、炭化水素の形成に必要な炭素を提供することができ、原子炉発電所からの蒸気３４は、炭化水素の形成に必要な水素を提供することができる。プラズマガス化器４４は、FTリアクタ４６に必要な温度および圧力にまで、これらのガスおよび蒸気を加熱することができる。プラズマガス化器４４の中のウォータージャケットは、蒸気タービン３５を回転させるのに使用される、原子炉８８からの蒸気３４を補充することができる、さらなる蒸気３４Ａを生み出すことができる。次いで、排気４５は、水素原料としてガス化器４４の中に送り込むことができる。
図１６は、開示する環境に優しいエネルギー生産の方法の別の実施形態を示す。図１６の実施形態では、電気力学的な炭素排出物分離ユニット９０は、EPT100の排出物３９から、炭素および水を除去するように使用することができる。排出物３９からの炭素の除去により、統合された発電所から大気中へ排出されるCO2の総計を減少させることができる。空中の二酸化炭素および二酸化硫黄を電気力学的に除去するのに使用することができる、例示的プロセスが、国際公開第WO/2005/046877号に記載されており、参照することによって本明細書に組み込まれる。
図１７は、開示する環境に優しいエネルギー生産の方法の別の実施形態を示す。図１７の実施形態では、石炭スラリー８２は調製され、直接触媒または溶媒炭素質液状化処理ユニット９４に送り込まれる。溶媒または触媒は、液状化処理ユニット９４に送り込まれる前に、スラリー８２と混合することができる。液状化処理ユニット９４は、スラリー８２の中の石炭を合成原油（「シンクルード」）に変換し、それは、液体処理および浄化ユニット９５の中に送り込むことができる。液体からの化学物質および酸の抽出後、残りのシンクルードは、種々の燃料生成物５０を生じることができる、分離および分別ユニット９６の中に送り込むことができる。分離および分別ユニット９６からの排出物の中の廃棄物エネルギーの一部は、これらの排出物がバイオリアクタ５４の中に送り込むことができる前に、ガスタービン９３および発電機９４を通して回収することができる。
開示する実施形態から明白であるように、既存のエネルギー生産施設は、環境に有害な排出物を減少させる一方で、それらの運用効率を向上するように、共に統合することができる。これらの既存のエネルギー生産施設は、１つのエネルギー生産施設の長所が、別のエネルギー生産施設の短所との平衡を保つように使用されるようなかかる方式で、共に統合される。複数のエネルギー生産技術を統合することによって、大気中に放出される環境に有害なGHGの総量は、これらのエネルギー生産技術を独立して（すなわち、未統合で）運営することによって放出され得る量より低くなる。
種々の改変および変形が、本開示の範囲から逸脱することなく、開示する環境に優しいエネルギー生産の方法に対してなされ得ることは、当業者には明らかであろう。他の実施形態も、本明細書の考慮から当業者には明らかであろう。本明細書および実施例は、例示としてのみ考慮されるべきであることが意図され、続く請求項およびそれらの等価物によって、真の範囲が示されている。
３ 廃熱
４ 廃蒸気
５ ガス化システム
６ プロセス
７ チャンバ
９ 発電機
１１ 化学生成物
１８ バイオマス
１９ 生成物
１３ バイオリアクタ
１５ バイオマスストック
１６ 水
２１ 粉砕機
２３ 空気
２４ 空気分離ユニット
２５ 窒素
２６ 酸素
２８ 水
２９ ボイラ
３０ スラグ
３２ 灰
３４ 廃蒸気
３５ 蒸気タービン
３６ 発電機
３７ 変圧器
３８ 電力網（配電網）
３９ 排出物
４０ 酸性ガス除去ユニット
４３ シンガス
４４ プラズマガス化器
４５ 廃蒸気
４６ リアクタ
４７ 重化学物質
５０ 燃料生成物
５２ 貯蔵タンク
５３ 排出物
５４ バイオリアクタ
５７ 廃水
５８ 藻類バイオマス
５９ 追加処理
６０ 藻類油
６１ 貯蔵装置
６２ 藻類粉末
６３ プロセス
６４ 生成物
６５ ガス化器ユニット
６６ 空気
６７ 石炭
６９ タンク
７０ 排出物
７７ 廃棄物焼却炉
７８ プラズマ焼却炉
７９ 粉炭
８１ 水
８２ 石炭スラリー
８３ キャビテーション処理ユニット
８４ 固体廃棄物
８６ フレアガス
８７ 水素原料
８８ 原子力発電所
８９ 天然ガス
９０ 炭素排出物分離ユニット
９３ ガスタービン
９４ 液状化処理ユニット
９５ 浄化ユニット
９６ 分別ユニット
１００ システム
１１２ 投入物
１１４ エネルギー
１１６ 副生成物
１２２ 残余部
１２６ 投入物
１３４ エネルギー
１３４Ａ ジェット燃料
１３４Ｂ ガソリン
１３４Ｃ ディーゼル
１３６ 副生成物
１３８ 分離部分
１４２ 残余部
１４２ 副生成物
１４６ 投入物
１５４ エネルギー
１５４Ａ 原料
１５４Ｂ エタノール
１５４Ｃ ジェット燃料
１５４Ｄ バイオディーゼル
１５４Ｅ 酸素
１５８ 副生成物
１５８Ａ 二酸化炭素
１６０ 熱分解リアクタ
１６１ チャー
１６２ シンクルード液
１６３ 燃料ガス
１６４ 軽ガス
１６５ 水素
２００ 石炭液化燃料システム
３００ システム
５００ 地域

Claims (35)

  1. エネルギー生産のプロセスにおいて、
    第１のエネルギー生産技術の第１の副生成物が、第２のエネルギー生産技術に適用され、前記第２のエネルギー生産技術の第２の副生成物が、第３のエネルギー生産技術に適用されるように、３つもしくはそれ以上のエネルギー生産技術を統合することと、
    前記第１の副生成物の少なくとも一部分が、前記第２のエネルギー生産技術の運用に利用され、前記第２の副生成物の一部分が、前記第３のエネルギー生産技術の運用に利用されるよう、エネルギーを生産するように、前記統合されたエネルギー生産技術を運用することとを含むプロセス。
  2. 前記第１の副生成物および前記第２の副生成物が、蒸気、熱およびガス状排出物から成る群より選択され、前記ガス状排出物が、CO2、硫黄酸化物および窒素酸化物のうちの１つもしくは複数を含む請求項１に記載のプロセス。
  3. 前記第１の副生成物が、蒸気および熱のうちの１つもしくは複数を含み、前記第２の副生成物が、CO2、前記硫黄酸化物および前記窒素酸化物のうちの１つもしくは複数を含む、ガス状排出物を含む請求項２に記載のプロセス。
  4. 前記統合されたエネルギー生産技術を運用することが、前記３つもしくはそれ以上のエネルギー生産技術が、独立して運用される場合と比較して、前記３つもしくはそれ以上のエネルギー生産技術のうちの少なくとも１つの運用費を削減する請求項３に記載のプロセス。
  5. 前記統合されたエネルギー生産技術を運用することが、前記３つもしくはそれ以上のエネルギー生産技術が、独立して運用される前記場合と比較して、前記CO2、前記硫黄酸化物、または、前記窒素酸化物のうちの少なくとも１つの濃度を減少させることを含む請求項４に記載のプロセス。
  6. 前記３つもしくはそれ以上のエネルギー生産技術のうちの少なくとも２つが、相互に極めて接近して設置される請求項５に記載のプロセス。
  7. 前記３つもしくはそれ以上のエネルギー生産技術が、石炭発電所、原子力発電所、石炭液化燃料施設、石炭ガス化燃料施設およびバイオリアクタから成る群より選択される請求項６に記載のプロセス。
  8. 前記第１の副生成物を利用することが、前記第２のエネルギー生産技術において燃料ガスを生産するように、化学反応で前記第１の副生成物を使用することを含み、前記第２の副生成物を利用することが、有機物を育てるように、生化学反応で前記第２の副生成物を使用することを含む請求項７に記載のプロセス。
  9. エネルギーを生産するためのプロセスにおいて、
    電力、液体燃料およびバイオマスを生産するように、発電施設、炭素質原料ガス化施設ならびにバイオリアクタ施設を統合することと、
    前記電力、前記液体燃料および前記バイオマスのうちの１つもしくは複数の生産を補助するように、前記施設のうちの１つもしくは複数の副生成物を利用することとを含むプロセス。
  10. 前記発電施設の廃熱、廃蒸気およびガス状排出物のうちの少なくとも１つが、前記液体燃料の生産を補助するように、前記炭素質原料ガス化施設で使用される請求項９に記載のプロセス。
  11. 前記炭素質原料ガス化施設からのガス状排出物が、前記バイオリアクタ施設で前記バイオマスの生産を補助するように使用される請求項１０に記載のプロセス。
  12. 前記発電施設および前記炭素質原料ガス化施設からのガス状排出物が、前記バイオリアクタ施設で前記バイオマスの生産を補助するように使用される請求項１１に記載のプロセス。
  13. 前記副生成物の一部分が将来使用するために隔離される請求項９に記載のプロセス。
  14. 前記発電施設が、石炭燃焼発電施設、原子力発電施設、ごみ焼却炉、プラズマ焼却炉、キャビテーション処理ユニットおよび熱分解リアクタのうちの１つを含む請求項９に記載のプロセス。
  15. 前記石炭燃焼発電施設が、空気分離ユニットを有する、循環ガス化器およびボイラの複合型を含む請求項１４に記載のプロセス。
  16. 前記熱分解リアクタが、前記炭素質原料ガス化施設にチャーを提供する請求項１４に記載のプロセス。
  17. 少なくとも前記発電施設および前記炭素質原料ガス化施設が、運用費を削減するように、相互に極めて接近して設置される請求項９に記載のプロセス。
  18. 前記副生成物が、蒸気、熱、CO2、硫黄酸化物および窒素酸化物のうちの１つもしくは複数を含む請求項９に記載のプロセス。
  19. 前記発電施設、前記炭素質原料ガス化施設および前記バイオリアクタ施設を統合することが、前記発電施設、前記炭素質原料ガス化施設および前記バイオリアクタ施設が、統合されない場合と比較して、前記CO2、前記硫黄酸化物、または、前記窒素酸化物のうちの少なくとも１つの濃度を減少させる請求項１８に記載のプロセス。
  20. 前記炭素質原料ガス化施設が、液状化処理ユニットを含み、石炭スラリーが、前記液状化処理ユニットに送り込まれる請求項９に記載のプロセス。
  21. 前記液状化処理ユニットが、前記石炭スラリーの一部分を合成原油に変換する請求項２０に記載のプロセス。
  22. エネルギー生産の方法において、
    第１のエネルギー生産技術で第１のエネルギーおよび第１の副生成物を生産することと、
    第２のエネルギー生産技術で第２のエネルギーおよび第２の副生成物を生産するように、前記第１の副生成物の少なくとも一部分を利用することと、
    第３のエネルギー生産技術で第３のエネルギーおよび第３の副生成物を生産するように、前記第３の副生成物の少なくとも一部分を利用することとを含み、
    前記第１の副生成物、前記第２の副生成物および前記第３の副生成物が、CO2、硫黄酸化物および窒素酸化物のうちの少なくとも１つを含み、
    前記第１の副生成物を利用することと、前記第２の副生成物を利用することとが、前記第１の副生成物および第２の副生成物がそのように利用されない場合と比較して、大気に放出されるCO2、前記硫黄酸化物、または、前記窒素酸化物のうちの少なくとも１つの濃度を減少させる方法。
  23. 前記第１の副生成物を利用することと、前記第２の副生成物を利用することとが、前記第１のエネルギー生産技術、前記第２のエネルギー生産技術、または、前記第３のエネルギー生産技術のうちの少なくとも１つの運用費を低減する請求項２２に記載の方法。
  24. 前記第１のエネルギー生産技術、前記第２のエネルギー生産技術および前記第３のエネルギー生産技術は、発電所、石炭液化施設、石炭ガス化施設およびバイオリアクタを含む群より選択される請求項２２に記載の方法。
  25. 前記第１のエネルギー生産技術、前記第２のエネルギー生産技術および前記第３のエネルギー生産技術のうちの少なくとも２つが、相互に極めて接近して設置される請求項２２に記載の方法。
  26. 前記第１のエネルギー生産技術が、ガス化器ボイラを含み、フレアガスが、前記ガス化器ボイラの中に導入される請求項２２に記載の方法。
  27. 前記第２のエネルギー生産技術が、Fischer-Tropschリアクタを含み、水素原料が、前記Fischer-Tropschリアクタの中に導入される請求項２２に記載の方法。
  28. 前記第１のエネルギー生産技術が、原子力発電所を含み、前記第２のエネルギー生産技術が、プラズマガス化器を含み、前記原子力発電所からの廃蒸気が、前記プラズマガス化器の中に送り込まれる請求項２２に記載の方法。
  29. 天然ガスおよびフレアガスが、前記プラズマガス化器の中に送り込まれる請求項２８に記載の方法。
  30. 前記第１のエネルギー生産技術が、電力を生産する発電所であり、前記第２のエネルギー生産技術が、液体燃料を生産する石炭液化施設であり、前記第３のエネルギー生産技術が、バイオ燃料を生産するバイオリアクタである請求項２２に記載の方法。
  31. エネルギー生産の方法において、
    統合されたエネルギー生産施設を運用することであって、前記統合されたエネルギー生産施設が、相互に流体連結された、少なくとも３つの個々のエネルギー生産施設を含み、前記個々のエネルギー生産施設のそれぞれが、エネルギーを生産し、CO2、硫黄酸化物および窒素酸化物のうちの少なくとも１つを含む、副生成物を排出し、前記統合されたエネルギー生産施設を運用することが、前記エネルギーを生産するように、前記副生成物のうちの少なくとも一部分を利用することを含むことと、
    前記副生成物の一部分を大気に放出することであって、CO2、前記硫黄酸化物および前記窒素酸化物のうちの少なくとも１つの濃度が、前記個々のエネルギー生産施設が統合されない場合より、前記放出部分において低いこととを含む方法。
  32. 前記個々のエネルギー生産施設が、発電所、石炭ガス化施設、石炭液化施設および生物工学に基づく施設を含む群より選択される請求項３１に記載の方法。
  33. 前記統合されたエネルギー生産施設を運用することが、前記３つの個々のエネルギー生産施設が統合されない場合と比較して、前記３つの個々のエネルギー生産施設のうちの少なくとも１つの運用費を削減する請求項３１に記載の方法。
  34. 前記３つの個々のエネルギー生産施設のうちの少なくとも２つが、前記運用費をさらに削減するように、相互に極めて接近して設置される請求項３３に記載の方法。
  35. 前記副生成物の前記部分を大気へ放出することが、電気力学的な炭素排出物分離を含む請求項３１に記載の方法。
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