JP2012219233A - Apparatus for recycling carbon dioxide - Google Patents

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Masayuki Tsuda
昌幸 津田
Yoko Ono
陽子 小野
Yoko Maruo
容子 丸尾
Jiro Nakamura
二朗 中村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the amount of carbon dioxide discharged from an emission source at lower cost.SOLUTION: An apparatus for recycling carbon dioxide includes: a hydrogen source supply unit 101 which supplies a hydrogen source selected from hydrogen and hydrogen-containing materials; a fuel generation unit 103 in which carbon dioxide discharged from a fuel using apparatus 102 that applies the chemical reaction of carbon-containing fuel and hydrogen of the hydrogen source supplied from the hydrogen source supply unit 101 are chemically reacted using a photocatalyst irradiated with light to thereby generate carbon-containing fuel; and a fuel separation unit 104 in which the carbon-containing fuel is separated from the reaction product of the chemical reaction in the fuel generation unit 103.

Description

本発明は、燃料電池などの燃料使用装置より排出される二酸化炭素を資源化する二酸化炭素再資源化装置に関するものである。   The present invention relates to a carbon dioxide recycling apparatus that recycles carbon dioxide emitted from a fuel use apparatus such as a fuel cell.

二酸化炭素は、地球温暖化の原因となる温室効果ガスの一つとして排出量削減が課題とされている。二酸化炭素の大気中への排出量を削減する方法としては、まず、省エネルギー機器の使用により電力使用量を減らし、発電所から発生する二酸化炭素を削減する省エネルギー化がある。また、電気自動車のように二酸化炭素を発生しない機器に交換するクリーン化がある。   Carbon dioxide is one of the greenhouse gases that cause global warming. As a method for reducing the amount of carbon dioxide emitted into the atmosphere, first, there is energy saving by reducing the amount of power used by using energy-saving equipment and reducing carbon dioxide generated from a power plant. In addition, there is a clean-up in which a device that does not generate carbon dioxide such as an electric vehicle is replaced.

これらに加え、排出源から排出された二酸化炭素を固定化し、大気中に放出させない固定化という方法がある。二酸化炭素の固定化の例としては、火力発電所から排出される二酸化炭素を回収し、地中などに貯留する技術開発の事例がある。また、炭化水素ガスを改質するなどして利用する燃料電池から排出される二酸化炭素を回収する技術も提案されている。また、回収した二酸化炭素を尿素やメタノール製造の原料とし、化学工場で使用するなどの実用例もある。   In addition to these, there is a method of fixing carbon dioxide discharged from an emission source and not releasing it into the atmosphere. As an example of carbon dioxide fixation, there is an example of technology development in which carbon dioxide discharged from a thermal power plant is recovered and stored in the ground. In addition, a technique for recovering carbon dioxide discharged from a fuel cell used by reforming hydrocarbon gas has been proposed. There are also practical examples where the recovered carbon dioxide is used as a raw material for urea or methanol production and used in a chemical factory.

特開２００７−２６５７５７号公報JP 2007-265757 A 特開２００８−１０８６１９号公報JP 2008-108619 A 特開２００８−１０８６２１号公報JP 2008-108621 A

財団法人地球環境産業技術研究機構 編、「図解 ＣＯ2貯留テクノロジー」、株式会社工業調査会、初版２刷、２００８年。Edited by the Institute for Global Environmental Industrial Technology, “Illustrated CO2 Storage Technology”, Industrial Research Co., Ltd., first edition, 2nd edition, 2008.

しかしながら、上述した技術では、主に二酸化炭素を回収するものであり、再資源化することがなされていない。また、再資源化する技術では、二酸化炭素排出源ではない化学工場などで利用されるが、このような化学工場が、必ずしも上述した排出源に隣接して立地されているとは限らない。このため、利用を行う場所に搬送する必要がある。しかしながら、このような利用形態では、回収（固定化）した二酸化炭素あるいは二酸化炭素からの生成物質を輸送するためのコストが発生する。このように、従来では、二酸化炭素が削減できるが、コストがかかるという問題がある。   However, the above-described technique mainly recovers carbon dioxide and is not recycled. Moreover, in the technology to recycle, it is used in a chemical factory that is not a carbon dioxide emission source, but such a chemical factory is not necessarily located adjacent to the above-described emission source. For this reason, it is necessary to convey to the place which utilizes. However, in such a utilization form, there is a cost for transporting recovered (immobilized) carbon dioxide or a product produced from carbon dioxide. Thus, conventionally, carbon dioxide can be reduced, but there is a problem that costs are increased.

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、排出源から排出される二酸化炭素の削減がより低コストで行えるようにすることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to reduce carbon dioxide discharged from an emission source at a lower cost.

本発明に係る二酸化炭素再資源化装置は、水素および水素を含む物質より選択された水素源を供給する水素源供給手段と、炭素を含んで構成された燃料の化学反応を利用する燃料使用装置より排出される二酸化炭素と、水素源供給手段より供給された水素源の水素とを、光が照射された光触媒を用いて化学反応させ、炭素を含んで構成された燃料を生成する燃料生成手段と、燃料生成手段における化学反応の反応生成物質より炭素を含んで構成された燃料を分離する燃料分離手段とを少なくとも備える。   A carbon dioxide recycling apparatus according to the present invention includes a hydrogen source supply means for supplying a hydrogen source selected from hydrogen and a substance containing hydrogen, and a fuel use apparatus that utilizes a chemical reaction of fuel containing carbon. The fuel generating means for generating a fuel containing carbon by chemically reacting the carbon dioxide discharged from the hydrogen source and the hydrogen of the hydrogen source supplied from the hydrogen source supplying means by using a photocatalyst irradiated with light. And a fuel separation means for separating the fuel containing carbon from the reaction product of the chemical reaction in the fuel generation means.

上記二酸化炭素再資源化装置において、燃料使用装置より排出されるガスより二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離手段を備え、燃料生成手段は、二酸化炭素分離手段で分離された二酸化炭素と水素とを、光が照射された光触媒を用いて化学反応させるようにしてもよい。また、燃料使用装置より排出される二酸化炭素を一時保存して燃料生成手段に供給する二酸化炭素の供給量を制御する供給量制御手段を備えるようにしてもよい。   The carbon dioxide recycling apparatus includes a carbon dioxide separation unit that separates carbon dioxide from a gas discharged from the fuel use device, and the fuel generation unit includes the carbon dioxide and hydrogen separated by the carbon dioxide separation unit. You may make it make it chemically react using the photocatalyst irradiated with light. Moreover, you may make it provide the supply amount control means which controls the supply amount of the carbon dioxide which temporarily preserve | saves the carbon dioxide discharged | emitted from a fuel using apparatus, and supplies to a fuel production | generation means.

上記二酸化炭素再資源化装置において、光が照射された光触媒を用いた二酸化炭素と水素との化学反応を促進させる反応助剤を燃料生成手段に供給する反応助剤供給手段を備えるようにしてもよい。なお、燃料使用装置は、発電機であり、発電機は、一酸化炭素，ギ酸，ホルムアルデヒド，メタノール，メタンの中より選択された物質を燃料として発電するものであればよい。また、発電機は、燃料電池から構成されたものであればよい。   The carbon dioxide recycling apparatus may further include a reaction auxiliary supply unit that supplies a reaction auxiliary that promotes a chemical reaction between carbon dioxide and hydrogen using a photocatalyst irradiated with light to the fuel generation unit. Good. The fuel usage device is a generator, and the generator may be any device that generates electricity using a substance selected from carbon monoxide, formic acid, formaldehyde, methanol, and methane as fuel. Moreover, the generator should just be comprised from the fuel cell.

以上説明したように、本発明によれば、炭素を含んで構成された燃料の化学反応を利用する燃料使用装置より排出される二酸化炭素と、水素源供給手段より供給された水素源の水素とを、光が照射された光触媒を用いて化学反応させ、炭素を含んで構成された燃料を生成するようにしたので、排出源である燃料使用装置から排出される二酸化炭素の削減がより低コストで行えるようになるという優れた効果が得られる。   As described above, according to the present invention, carbon dioxide discharged from a fuel use device that uses a chemical reaction of a fuel containing carbon, hydrogen of a hydrogen source supplied from a hydrogen source supply means, Is produced by using a photocatalyst irradiated with light to produce a fuel containing carbon, so the cost of carbon dioxide emitted from the fuel use device that is the emission source can be reduced. The excellent effect of being able to do this is obtained.

図１は、本発明の実施の形態１における二酸化炭素再資源化装置の構成を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing the configuration of the carbon dioxide recycling apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. 図２は、本発明の実施の形態２における二酸化炭素再資源化装置２００の構成を示す構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram showing the configuration of the carbon dioxide recycling apparatus 200 according to Embodiment 2 of the present invention. 図３は、本発明の実施の形態３における二酸化炭素再資源化装置３００の構成を示す構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram showing the configuration of the carbon dioxide recycling apparatus 300 according to Embodiment 3 of the present invention.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

[実施の形態１]
はじめに、本発明の実施の形態１について図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１における二酸化炭素再資源化装置の構成を示す構成図である。この装置は、水素および水素を含む物質より選択された水素源を供給する水素源供給部１０１と、炭素を含んで構成された燃料の化学反応を利用する燃料使用装置１０２より排出される二酸化炭素と、水素源供給部１０１より供給された水素源の水素とを、光が照射された光触媒を用いて化学反応させ、炭素を含んで構成された燃料を生成する燃料生成部１０３と、燃料生成部１０３における化学反応の反応生成物質より炭素を含んで構成された燃料を分離する燃料分離部１０４とを備える。 [Embodiment 1]
First, Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a configuration diagram showing the configuration of the carbon dioxide recycling apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. This apparatus includes a hydrogen source supply unit 101 that supplies a hydrogen source selected from hydrogen and a substance containing hydrogen, and carbon dioxide exhausted from a fuel use apparatus 102 that uses a chemical reaction of a fuel that includes carbon. And a hydrogen generation source 103 supplied from the hydrogen source supply unit 101 using a photocatalyst irradiated with light to produce a fuel containing carbon, and a fuel generation unit A fuel separation unit 104 that separates a fuel containing carbon from a reaction product of a chemical reaction in the unit 103.

水素源供給部１０１は、例えば、水素ガスを燃料生成部１０３に供給する。また、水素源供給部１０１は、水素を含む物質として水を燃料生成部１０３に供給する。燃料使用装置１０２は、例えば、炭化水素ガスや炭化水素ガスを改質して生成した水素ガスを燃料ガスとして用いる燃料電池システムである。   The hydrogen source supply unit 101 supplies hydrogen gas to the fuel generation unit 103, for example. The hydrogen source supply unit 101 supplies water as a substance containing hydrogen to the fuel generation unit 103. The fuel using apparatus 102 is, for example, a fuel cell system that uses hydrocarbon gas or hydrogen gas generated by reforming hydrocarbon gas as fuel gas.

燃料生成部１０３では、燃料使用装置１０２より排出される二酸化炭素と水素源供給部１０１より供給される水素源の水素とを、光が照射された光触媒を用いて化学反応させ、例えば、炭化水素化合物を燃料（燃料ガス）として生成する。この場合、上記化学反応により、炭化水素化合物とともに、水（Ｈ2Ｏ）が生成されるが、燃料分離部１０４は、これら生成物より炭化水素化合物を分離する。 In the fuel generation unit 103, the carbon dioxide discharged from the fuel use apparatus 102 and the hydrogen of the hydrogen source supplied from the hydrogen source supply unit 101 are chemically reacted using a photocatalyst irradiated with light, for example, hydrocarbons. A compound is produced as a fuel (fuel gas). In this case, although water (H 2 O) is generated together with the hydrocarbon compound by the chemical reaction, the fuel separation unit 104 separates the hydrocarbon compound from these products.

また、燃料生成部１０３では、燃料使用装置１０２より排出される二酸化炭素と水素源供給部１０１より供給される水素源の水素とを、光が照射された光触媒を用いて化学反応させ、例えば、一酸化炭素を燃料として生成する。この場合、上記化学反応により、一酸化炭素とともに水（Ｈ2Ｏ）が生成されるが、燃料分離部１０４は、これら生成物より一酸化炭素を分離する。一酸化炭素は、炭素を含んで構成された燃料であり、燃料使用装置１０２で利用できる。 Further, in the fuel generation unit 103, the carbon dioxide discharged from the fuel use apparatus 102 and the hydrogen of the hydrogen source supplied from the hydrogen source supply unit 101 are chemically reacted using a photocatalyst irradiated with light, for example, Carbon monoxide is produced as fuel. In this case, although water (H 2 O) is generated together with carbon monoxide by the chemical reaction, the fuel separation unit 104 separates carbon monoxide from these products. Carbon monoxide is a fuel containing carbon and can be used in the fuel use apparatus 102.

ここで、例えば、上記化学反応では、主に、炭化水素や一酸化炭素などの燃料とＨ2Ｏとが生成される。この場合、燃料分離部１０４は、冷却などにより水を液化し、気液分離膜を用いて、気体の燃料ガスを分離する。 Here, for example, in the above chemical reaction, fuels such as hydrocarbons and carbon monoxide and H 2 O are mainly generated. In this case, the fuel separation unit 104 liquefies water by cooling or the like, and separates the gaseous fuel gas using a gas-liquid separation membrane.

なお、光触媒としては、例えば二酸化チタンを用いればよい。また、光触媒として、レニウム錯体などの錯体を用いてもよい。これらの光触媒に、例えば、太陽光を照射することで、上述した化学反応を起こさせることができる。   As the photocatalyst, for example, titanium dioxide may be used. Moreover, you may use complexes, such as a rhenium complex, as a photocatalyst. For example, the above-described chemical reaction can be caused by irradiating these photocatalysts with sunlight.

上述した本実施の形態によれば、排出源である燃料使用装置１０２より排出される二酸化炭素を、燃料使用装置１０２で利用できる燃料に再資源化するので、まず、排出される二酸化炭素が削減できるようになる。また、削減される二酸化炭素は、燃料に再資源化し、燃料使用装置１０２で燃料として利用できるので、コストが低減できるようになる。また、燃料への再資源化は、光を照射した光触媒を用いた化学反応により行っているため、例えば、太陽光を利用することができ、電力などを使用する必要がなく、この点でもコストの低減が図れる。また、水素源として水を用いる場合、再資源化のためのコストが大幅に削減できるようになる。   According to the present embodiment described above, carbon dioxide discharged from the fuel use device 102 that is an emission source is recycled into fuel that can be used in the fuel use device 102. become able to. Moreover, since the carbon dioxide to be reduced is recycled into fuel and can be used as fuel by the fuel use apparatus 102, the cost can be reduced. In addition, since recycling to fuel is performed by a chemical reaction using a photocatalyst irradiated with light, for example, sunlight can be used, and it is not necessary to use electric power. Can be reduced. In addition, when water is used as a hydrogen source, the cost for recycling can be greatly reduced.

例えば、小規模な排出源の場合、排出される二酸化炭素の量が少ないため、規模の拡大による二酸化炭素の削減処理コストの低減効果が得られにくい。例えば、従来では、回収した二酸化炭素を尿素やメタノール製造の原料とし、化学工場で利用できるようにしているが、この場合、再資源化した原料を輸送するなどのコストがかかる。規模が小さい場合、このようなコストを回収することが容易ではない。これに対し、上述した本実施の形態によれば、再資源化した燃料を異なる工場に輸送する必要がないなど、小規模な排出源に特に効果的である。   For example, in the case of a small emission source, since the amount of carbon dioxide emitted is small, it is difficult to obtain the effect of reducing the carbon dioxide reduction processing cost due to the expansion of the scale. For example, conventionally, the recovered carbon dioxide is used as a raw material for urea or methanol production and can be used in a chemical factory. In this case, however, costs such as transportation of the recycled raw material are required. When the scale is small, it is not easy to recover such costs. On the other hand, according to the present embodiment described above, it is particularly effective for a small-scale emission source such that it is not necessary to transport the recycled fuel to a different factory.

[実施の形態２]
次に、本発明の実施の形態２について図２を用いて説明する。図２は、本発明の実施の形態２における二酸化炭素再資源化装置２００の構成を示す構成図である。二酸化炭素再資源化装置２００は、反応部２０２，水素源供給部２０４，二酸化炭素分離部２０５，二酸化炭素貯留部（供給量制御手段）２０６，反応助剤貯留部（反応助剤供給手段）２０７を備える。 [Embodiment 2]
Next, Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a configuration diagram showing the configuration of the carbon dioxide recycling apparatus 200 according to Embodiment 2 of the present invention. The carbon dioxide recycling apparatus 200 includes a reaction unit 202, a hydrogen source supply unit 204, a carbon dioxide separation unit 205, a carbon dioxide storage unit (supply amount control unit) 206, and a reaction assistant storage unit (reaction auxiliary agent supply unit) 207. Is provided.

反応部２０２には、光エネルギー２２１を用いて二酸化炭素を燃料に化学変化させる光触媒２０３が収納されている。光触媒２０３は、二酸化炭素排出源である発電設備（発電機）２１５で用いることができる燃料を生成する水素と二酸化炭素との化学変化を、光エネルギー２２１を用いて促進（起こ）させる。この化学反応において必要となる水素は、水素源供給部２０４より供給される。水素源供給部２０４は、水素および水などの水素を含む物質より選択された水素源を供給する。   The reaction unit 202 contains a photocatalyst 203 that chemically changes carbon dioxide into fuel using light energy 221. The photocatalyst 203 uses the light energy 221 to promote (cause) a chemical change between hydrogen and carbon dioxide that generate fuel that can be used in the power generation facility (generator) 215 that is a carbon dioxide emission source. Hydrogen necessary for this chemical reaction is supplied from the hydrogen source supply unit 204. The hydrogen source supply unit 204 supplies a hydrogen source selected from a substance containing hydrogen such as hydrogen and water.

例えば、発電設備２１５では、燃料電池により発電を行っている場合、この燃料として、一酸化炭素、ギ酸、ホルムアルデヒド、メタノール、メタンの少なくとも１種類を用いることができ、これら以外にも利用できる燃料の種類が多い。また、燃料電池では、二酸化炭素濃度の高い排ガスを排出し、二酸化炭素以外の排ガス成分としては水蒸気が主成分であり二酸化炭素回収後の排ガスがクリーンである。   For example, in the power generation facility 215, when power is generated by a fuel cell, at least one of carbon monoxide, formic acid, formaldehyde, methanol, and methane can be used as the fuel. There are many varieties. Further, in the fuel cell, exhaust gas having a high carbon dioxide concentration is discharged. As exhaust gas components other than carbon dioxide, water vapor is the main component, and the exhaust gas after carbon dioxide recovery is clean.

光触媒２０３は、発電設備２１５である燃料電池で用いることができる一酸化炭素、ギ酸、ホルムアルデヒド、メタノール、メタンの少なくとも１種類を生成する二酸化炭素と水素との化学反応を発生させるものであればよい。光触媒２０３の種類に特に制限はなく、金属系、酸化物系、硫化物系、有機金属錯体系など、種々の光触媒を用いることができるが、二酸化炭素排出源である発電設備２１５において用いることができる燃料を生成する光触媒の種類を、発電設備２１５に合わせて選択する。   The photocatalyst 203 only needs to generate a chemical reaction between carbon dioxide and hydrogen that generate at least one of carbon monoxide, formic acid, formaldehyde, methanol, and methane that can be used in the fuel cell that is the power generation facility 215. . The type of the photocatalyst 203 is not particularly limited, and various photocatalysts such as metal, oxide, sulfide, and organometallic complex can be used. However, the photocatalyst 203 is used in the power generation facility 215 that is a carbon dioxide emission source. The type of photocatalyst that generates the possible fuel is selected in accordance with the power generation facility 215.

発電設備２１５からの排ガスは、排ガス流路２０８を通じて排出され、二酸化炭素再資源化装置２００内の二酸化炭素分離部２０５に供給される。二酸化炭素分離部２０５は排ガス中の二酸化炭素を分離する。例えば、アミン系の吸着液を用いた化学吸収法、物理吸収法、膜分離法、吸着分離法などにより、二酸化炭素が分離できる（非特許文献１参照）。また、リチウム複合酸化物から構成された二酸化炭素吸収材を用いて排ガス中の二酸化炭素を吸着し、二酸化炭素を吸着した二酸化炭素吸収材を脱離温度にまで加熱することで、二酸化炭素を分離回収するようにしてもよい。   The exhaust gas from the power generation facility 215 is discharged through the exhaust gas passage 208 and supplied to the carbon dioxide separation unit 205 in the carbon dioxide recycling apparatus 200. The carbon dioxide separator 205 separates carbon dioxide in the exhaust gas. For example, carbon dioxide can be separated by a chemical absorption method using an amine-based adsorbent, a physical absorption method, a membrane separation method, an adsorption separation method, or the like (see Non-Patent Document 1). Also, carbon dioxide in the exhaust gas is adsorbed using a carbon dioxide absorbent composed of lithium composite oxide, and the carbon dioxide absorbent that has adsorbed carbon dioxide is heated to the desorption temperature, thereby separating the carbon dioxide. You may make it collect | recover.

分離された二酸化炭素は、二酸化炭素流路２１０−１を通じて二酸化炭素貯留部２０６に供給される。二酸化炭素貯留部２０６は、例えば、よく知られたバッファタンクから構成すればよい。二酸化炭素を分離した後の二酸化炭素分離後の排ガスは、二酸化炭素分離後排ガス流路２０９を通じて排出される。   The separated carbon dioxide is supplied to the carbon dioxide reservoir 206 through the carbon dioxide channel 210-1. The carbon dioxide storage unit 206 may be configured from a well-known buffer tank, for example. The exhaust gas after carbon dioxide separation after carbon dioxide is separated is discharged through the exhaust gas passage 209 after carbon dioxide separation.

二酸化炭素分離部２０５は、二酸化炭素再資源化装置２００の外部に別の装置として設置されていてもよい。また、発電設備２１５からの排ガスの成分が二酸化炭素のみである場合には、二酸化炭素分離部２０５はなくてもよく、この場合、排ガス流路２０８は二酸化炭素貯留部２０６に接続される。また、二酸化炭素貯留部２０６を設けない場合、発電設備２１５からの排ガス流路２０８は、直接、反応部２０２に接続されることになる。   The carbon dioxide separator 205 may be installed as a separate device outside the carbon dioxide recycling apparatus 200. Further, when the component of the exhaust gas from the power generation facility 215 is only carbon dioxide, the carbon dioxide separation unit 205 may not be provided. In this case, the exhaust gas flow path 208 is connected to the carbon dioxide storage unit 206. Further, when the carbon dioxide storage unit 206 is not provided, the exhaust gas flow path 208 from the power generation facility 215 is directly connected to the reaction unit 202.

二酸化炭素貯留部２０６に貯留された二酸化炭素は、二酸化炭素流路２１０−２を通じて、反応部２０２に供給される。二酸化炭素貯留部２０６は、反応部２０２における光エネルギー２２１を用いた二酸化炭素の燃料への化学変化が、光エネルギー２２１の不足などにより供給される二酸化炭素を処理しきれない場合などに、反応部２０２に供給される二酸化炭素量を制限するために設けられる。   The carbon dioxide stored in the carbon dioxide storage unit 206 is supplied to the reaction unit 202 through the carbon dioxide channel 210-2. The carbon dioxide storage unit 206 is used when the chemical change of carbon dioxide into fuel using the light energy 221 in the reaction unit 202 cannot process the supplied carbon dioxide due to a shortage of the light energy 221 or the like. Provided to limit the amount of carbon dioxide supplied to 202.

反応部２０２における光エネルギー２２１を用いた二酸化炭素の燃料への化学変化が十分に維持できる場合には、二酸化炭素貯留部２０６はなくてもよい。この場合、二酸化炭素は、二酸化炭素分離部２０５から直接、反応部２０２に接続されるか、あるいは、二酸化炭素分離部２０５も存在しない場合には発電設備２１５からの排ガス流路２０８が、直接、反応部２０２に接続される。   If the chemical change of carbon dioxide into fuel using the light energy 221 in the reaction unit 202 can be sufficiently maintained, the carbon dioxide storage unit 206 may not be provided. In this case, carbon dioxide is directly connected to the reaction unit 202 from the carbon dioxide separation unit 205, or when the carbon dioxide separation unit 205 is not present, the exhaust gas flow path 208 from the power generation facility 215 directly Connected to the reaction unit 202.

反応部２０２では、二酸化炭素および水素源が供給され、光エネルギー２２１を用いて二酸化炭素は燃料に化学変化される。燃料以外の副生成物は、副生成物流路２１２を通じて二酸化炭素再資源化装置２００の外部に排出される。本実施の形態では、反応部２０２が、上記化学反応の反応生成物質より炭素を含んで構成された燃料を分離する分離部の機能を備えている。   In the reaction unit 202, carbon dioxide and a hydrogen source are supplied, and the carbon dioxide is chemically converted into fuel using the light energy 221. By-products other than fuel are discharged to the outside of the carbon dioxide recycling apparatus 200 through the by-product flow path 212. In the present embodiment, the reaction unit 202 has a function of a separation unit that separates fuel composed of carbon from the reaction product of the chemical reaction.

反応部２０２における二酸化炭素の燃料への化学変化において、反応助剤が必要となる場合には、反応助剤も反応部２０２に供給される。反応助剤は二酸化炭素再資源化装置２００の外部から反応助剤流路２１１−１を通じて供給され、反応助剤貯留部２０７に貯留した後、必要量が反応助剤流路２１１−２を通じて、反応部２０２に供給される。   In the chemical change of carbon dioxide to fuel in the reaction unit 202, when a reaction aid is required, the reaction aid is also supplied to the reaction unit 202. The reaction aid is supplied from the outside of the carbon dioxide recycling apparatus 200 through the reaction aid flow channel 211-1, stored in the reaction aid storage unit 207, and then the required amount passes through the reaction aid flow channel 211-2. It is supplied to the reaction unit 202.

貯留の必要なく反応助剤を反応部２０２に供給できる場合には、反応助剤流路２１１−１は、直接、反応部２０２に接続してもよい。この場合、反応助剤貯留部２０７と反応助剤流路２１１−２は、なくてもよい。また、反応助剤は、反応助剤流路２１１−１を通じての供給ではなく、人為的に反応助剤貯留部２０７に供給、あるいは、反応助剤貯留部２０７をカートリッジ形式として交換してもよく、供給手段は限定されない。   When the reaction aid can be supplied to the reaction unit 202 without the need for storage, the reaction aid channel 211-1 may be directly connected to the reaction unit 202. In this case, the reaction aid reservoir 207 and the reaction aid flow path 211-2 may be omitted. In addition, the reaction aid is not supplied through the reaction aid flow channel 211-1, but may be artificially supplied to the reaction aid storage portion 207, or the reaction aid storage portion 207 may be replaced as a cartridge. The supply means is not limited.

反応部２０２で二酸化炭素から化学変化で生成された燃料は、燃料流路２１３−１を通じて、発電設備２１５に燃料を供給する燃料貯留部２１４に供給される。燃料貯留部２１４は、燃料流路２１３−２を通じて発電設備２１５に燃料を供給する。また、燃料流路２１３−３を通じて外部から燃料が供給される。反応部２０２で二酸化炭素から化学変化で生成された燃料は、燃料貯留部２１４に供給されることで、発電設備２１５の燃料として再利用される。   The fuel generated by the chemical change from carbon dioxide in the reaction unit 202 is supplied to the fuel storage unit 214 that supplies the fuel to the power generation facility 215 through the fuel flow path 213-1. The fuel storage unit 214 supplies fuel to the power generation facility 215 through the fuel flow path 213-2. Further, fuel is supplied from the outside through the fuel flow path 213-3. The fuel generated by the chemical change from the carbon dioxide in the reaction unit 202 is supplied to the fuel storage unit 214 and is reused as the fuel for the power generation facility 215.

燃料貯留部２１４は、発電設備２１５内に設置されていてもよい。また、燃料貯留部２１４を設置せずに、反応部２０２で生成された燃料を、直接、発電設備２１５に供給してもよい。この場合、外部から燃料を供給する燃料流路２１３−３は、直接、発電設備２１５に接続するか、燃料流路２１３−１と接続することができる。ただし、反応部２０２への燃料の逆流を防ぐために、外部からの燃料供給量の調整機構、あるいは、燃料流路２１３−１に逆流防止の機構を設置する必要がある。   The fuel storage unit 214 may be installed in the power generation facility 215. Further, the fuel generated in the reaction unit 202 may be directly supplied to the power generation facility 215 without installing the fuel storage unit 214. In this case, the fuel flow path 213-3 for supplying fuel from the outside can be directly connected to the power generation facility 215 or can be connected to the fuel flow path 213-1. However, in order to prevent the backflow of fuel to the reaction section 202, it is necessary to install a mechanism for adjusting the amount of fuel supplied from the outside or a mechanism for preventing backflow in the fuel flow path 213-1.

また、燃料流路２１３−１に限らず、上述した全ての流路には、逆流防止の機構を設置しておくことが望ましい。   Moreover, it is desirable to provide a backflow prevention mechanism not only in the fuel flow path 213-1 but also in all the flow paths described above.

上述した本実施の形態によれば、排出源である発電設備２１５より排出される二酸化炭素を、発電設備２１５で利用できる燃料に再資源化するので、まず、排出される二酸化炭素が削減できるようになる。また、削減される二酸化炭素は、燃料に再資源化し、発電設備２１５で燃料として利用できるので、コストが低減できるようになる。また、燃料への再資源化は、光を照射した光触媒を用いた化学反応により行っているため、例えば、太陽光を利用することができ、電力などを使用する必要がなく、この点でもコストの低減が図れる。   According to the present embodiment described above, carbon dioxide discharged from the power generation facility 215 that is the emission source is recycled into fuel that can be used in the power generation facility 215, so that the discharged carbon dioxide can be reduced first. become. Further, since the carbon dioxide to be reduced is recycled into fuel and can be used as fuel in the power generation facility 215, the cost can be reduced. In addition, since recycling to fuel is performed by a chemical reaction using a photocatalyst irradiated with light, for example, sunlight can be used, and it is not necessary to use electric power. Can be reduced.

[実施の形態３]
次に、本発明の実施の形態３について図３を用いて説明する。図３は、本発明の実施の形態３における二酸化炭素再資源化装置３００の構成を示す構成図である。二酸化炭素再資源化装置３００は、反応部３０２，水素源供給部３０４，二酸化炭素分離部３０５，二酸化炭素貯留部（供給量制御手段）３０６を備える。 [Embodiment 3]
Next, Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a configuration diagram showing the configuration of the carbon dioxide recycling apparatus 300 according to Embodiment 3 of the present invention. The carbon dioxide recycling apparatus 300 includes a reaction unit 302, a hydrogen source supply unit 304, a carbon dioxide separation unit 305, and a carbon dioxide storage unit (supply amount control means) 306.

反応部３０２には、光エネルギー３２１を用いて二酸化炭素を燃料に化学変化させる光触媒として二酸化チタン３０３が収納されている。二酸化チタン３０３は、メタンを生成する水素と二酸化炭素との化学変化を、光エネルギー３２１を用いて起こさせる。メタンは、二酸化炭素排出源である固体酸化物形燃料電池３１５で用いることができる燃料である。この化学反応において必要となる水素は、水素源供給部３０４より供給される。   The reaction section 302 stores titanium dioxide 303 as a photocatalyst that uses light energy 321 to chemically change carbon dioxide into fuel. The titanium dioxide 303 causes a chemical change between hydrogen that generates methane and carbon dioxide using light energy 321. Methane is a fuel that can be used in the solid oxide fuel cell 315 that is a carbon dioxide emission source. Hydrogen necessary for this chemical reaction is supplied from a hydrogen source supply unit 304.

固体酸化物形燃料電池３１５からの排ガスは、排ガス流路３０８を通じて排出され、二酸化炭素再資源化装置３００内の二酸化炭素分離部３０５に供給される。二酸化炭素分離部３０５は排ガス中の二酸化炭素を分離し、分離された二酸化炭素は二酸化炭素流路３１０−１を通じて二酸化炭素貯留部３０６に供給される。二酸化炭素が分離された後の二酸化炭素分離後の排ガスは、二酸化炭素分離後排ガス流路３０９を通じて排出される。   Exhaust gas from the solid oxide fuel cell 315 is discharged through the exhaust gas flow path 308 and supplied to the carbon dioxide separation unit 305 in the carbon dioxide recycling apparatus 300. The carbon dioxide separator 305 separates carbon dioxide in the exhaust gas, and the separated carbon dioxide is supplied to the carbon dioxide reservoir 306 through the carbon dioxide channel 310-1. The exhaust gas after the carbon dioxide separation after the carbon dioxide is separated is discharged through the exhaust gas passage 309 after the carbon dioxide separation.

二酸化炭素貯留部３０６に貯留された二酸化炭素は、二酸化炭素流路３１０−２を通じて、反応部３０２に供給される。二酸化炭素貯留部３０６は、反応部３０２における光エネルギー３２１を用いた二酸化炭素の燃料への化学変化が、光エネルギー３２１の不足などにより供給される二酸化炭素を処理しきれない場合などに、反応部３０２に供給される二酸化炭素量を制限するために設けられる。   The carbon dioxide stored in the carbon dioxide storage unit 306 is supplied to the reaction unit 302 through the carbon dioxide channel 310-2. The carbon dioxide storage unit 306 is used when the chemical change of carbon dioxide into fuel using the light energy 321 in the reaction unit 302 cannot process the supplied carbon dioxide due to lack of the light energy 321 or the like. Provided to limit the amount of carbon dioxide supplied to 302.

反応部３０２では、二酸化炭素および水素源が供給され、光エネルギー３２１を用いて二酸化炭素は燃料（メタン）に化学変化される。燃料以外の副生成物は、副生成物流路３１２を通じて二酸化炭素再資源化装置３００の外部に排出される。本実施の形態では、反応部３０２が、上記化学反応の反応生成物質より炭素を含んで構成された燃料を分離する分離部の機能を備えている。例えば、二酸化チタンを用いた光化学反応では、二酸化炭素と水素とから、メタンと水（Ｈ2Ｏ：副生成物）とが生成される。この場合、例えば、冷却などにより水を液化し、気液分離膜などを用いることで、気体のメタンを容易に分離することができる。 In the reaction unit 302, carbon dioxide and a hydrogen source are supplied, and the carbon dioxide is chemically changed into fuel (methane) using the light energy 321. By-products other than fuel are discharged out of the carbon dioxide recycling apparatus 300 through the by-product flow path 312. In the present embodiment, the reaction unit 302 has a function of a separation unit that separates fuel composed of carbon from the reaction product of the chemical reaction. For example, in a photochemical reaction using titanium dioxide, methane and water (H 2 O: byproduct) are generated from carbon dioxide and hydrogen. In this case, gaseous methane can be easily separated, for example, by liquefying water by cooling or the like and using a gas-liquid separation membrane or the like.

反応部３０２で二酸化炭素から化学変化で生成されて分離されたメタンは、燃料流路３１３−１を通じて、固体酸化物形燃料電池３１５に供給される。また、燃料流路３１３−３を通じて外部から燃料が供給される。なお、固体酸化物形燃料電池３１５に外部から供給される燃料は、メタンと混合した状態で供給されても固体酸化物形燃料電池３１５を運転可能である燃料であれば、種類は限定されず、メタンなどの炭化水素のほか、都市ガスなどを用いることができる。   Methane produced and separated from carbon dioxide in the reaction unit 302 by chemical change is supplied to the solid oxide fuel cell 315 through the fuel flow path 313-1. Further, fuel is supplied from the outside through the fuel flow path 313-3. The fuel supplied from the outside to the solid oxide fuel cell 315 is not limited as long as it is a fuel that can operate the solid oxide fuel cell 315 even when supplied in a mixed state with methane. In addition to hydrocarbons such as methane, city gas and the like can be used.

ここで、反応部３０２への燃料の逆流を防ぐために、外部からの燃料供給量の調整、あるいは、燃料流路３１３−１に逆流防止の機構を設置する必要がある。また、燃料流路３１３−１に限らず、上述した全ての流路には、逆流防止の機構を設置しておくことが望ましい。   Here, in order to prevent the backflow of fuel to the reaction section 302, it is necessary to adjust the amount of fuel supplied from the outside or to install a backflow prevention mechanism in the fuel flow path 313-1. Moreover, it is desirable to provide a backflow prevention mechanism not only in the fuel flow path 313-1 but also in all the flow paths described above.

上述したように、反応部３０２で二酸化炭素から化学変化で生成されたメタンは、固体酸化物形燃料電池３１５の燃料として再利用される。このように、本実施の形態においても、排出源である固体酸化物形燃料電池３１５より排出される二酸化炭素を、固体酸化物形燃料電池３１５で利用できる燃料に再資源化するので、まず、排出される二酸化炭素が削減できるようになる。また、削減される二酸化炭素は、燃料に再資源化し、固体酸化物形燃料電池３１５で燃料として利用できるので、コストが低減できるようになる。また、燃料への再資源化は、光を照射した光触媒を用いた化学反応により行っているため、例えば、太陽光を利用することができ、電力などを使用する必要がなく、この点でもコストの低減が図れる。   As described above, methane generated by chemical change from carbon dioxide in the reaction unit 302 is reused as fuel for the solid oxide fuel cell 315. As described above, also in the present embodiment, carbon dioxide exhausted from the solid oxide fuel cell 315 as an emission source is recycled into fuel that can be used in the solid oxide fuel cell 315. Carbon dioxide emitted can be reduced. Further, since the carbon dioxide to be reduced is recycled into fuel and can be used as fuel in the solid oxide fuel cell 315, the cost can be reduced. In addition, since recycling to fuel is performed by a chemical reaction using a photocatalyst irradiated with light, for example, sunlight can be used, and it is not necessary to use electric power. Can be reduced.

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。   The present invention is not limited to the embodiment described above, and many modifications and combinations can be implemented by those having ordinary knowledge in the art within the technical idea of the present invention. It is obvious.

１０１…水素源供給部、１０２…燃料使用装置、１０３…燃料生成部、１０４…燃料分離部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Hydrogen source supply part, 102 ... Fuel use apparatus, 103 ... Fuel generation part, 104 ... Fuel separation part.

Claims (6)

水素および水素を含む物質より選択された水素源を供給する水素源供給手段と、
炭素を含んで構成された燃料の化学反応を利用する燃料使用装置より排出される二酸化炭素と、前記水素源供給手段より供給された水素源の水素とを、光が照射された光触媒を用いて化学反応させ、炭素を含んで構成された燃料を生成する燃料生成手段と、
前記燃料生成手段における化学反応の反応生成物質より炭素を含んで構成された燃料を分離する燃料分離手段と
を少なくとも備えることを特徴とする二酸化炭素再資源化装置。 Hydrogen source supply means for supplying a hydrogen source selected from hydrogen and a substance containing hydrogen;
Using a photocatalyst irradiated with light, carbon dioxide discharged from a fuel use device utilizing a chemical reaction of a fuel containing carbon and hydrogen of a hydrogen source supplied from the hydrogen source supply means A fuel generating means for generating a fuel comprising carbon by chemical reaction;
A carbon dioxide recycling apparatus comprising: at least a fuel separation unit that separates a fuel containing carbon from a reaction product of a chemical reaction in the fuel generation unit. 請求項１記載の二酸化炭素再資源化装置において、
前記燃料使用装置より排出されるガスより二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離手段を備え、
前記燃料生成手段は、前記二酸化炭素分離手段で分離された二酸化炭素と水素とを、光が照射された光触媒を用いて化学反応させることを特徴とする二酸化炭素再資源化装置。 The carbon dioxide recycling apparatus according to claim 1,
Comprising carbon dioxide separation means for separating carbon dioxide from the gas discharged from the fuel using device;
The carbon dioxide recycling apparatus, wherein the fuel generation means chemically reacts the carbon dioxide and hydrogen separated by the carbon dioxide separation means using a photocatalyst irradiated with light. 請求項１または２記載の二酸化炭素再資源化装置において、
燃料使用装置より排出される二酸化炭素を一時保存して前記燃料生成手段に供給する二酸化炭素の供給量を制御する供給量制御手段を備えることを特徴とする二酸化炭素再資源化装置。 The carbon dioxide recycling apparatus according to claim 1 or 2,
A carbon dioxide recycling apparatus comprising supply amount control means for temporarily controlling the amount of carbon dioxide supplied to the fuel generation means by temporarily storing carbon dioxide discharged from a fuel use device. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の二酸化炭素再資源化装置において、
光が照射された光触媒を用いた二酸化炭素と水素との化学反応を促進させる反応助剤を前記燃料生成手段に供給する反応助剤供給手段を備えることを特徴とする二酸化炭素再資源化装置。 In the carbon dioxide recycling apparatus of any one of Claims 1-3,
A carbon dioxide recycling apparatus comprising: a reaction aid supplying means for supplying a reaction aid for promoting a chemical reaction between carbon dioxide and hydrogen using a photocatalyst irradiated with light to the fuel generating means. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の二酸化炭素再資源化装置において、
前記燃料使用装置は、発電機であり、
前記発電機は、一酸化炭素，ギ酸，ホルムアルデヒド，メタノール，メタンの中より選択された物質を燃料として発電することを特徴とする二酸化炭素再資源化装置。 In the carbon dioxide recycling apparatus of any one of Claims 1-4,
The fuel usage device is a generator,
The carbon dioxide recycling apparatus, wherein the generator generates electricity using a substance selected from carbon monoxide, formic acid, formaldehyde, methanol, and methane as fuel. 請求項５記載の二酸化炭素再資源化装置において、
前記発電機は、燃料電池から構成されたものであることを特徴とする二酸化炭素再資源化装置。 The carbon dioxide recycling apparatus according to claim 5,
The carbon dioxide recycling apparatus, wherein the generator is constituted by a fuel cell.
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