JP2014520959A - 二酸化炭素の捕捉及び有機生成物への転化 - Google Patents

二酸化炭素の捕捉及び有機生成物への転化 Download PDF

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Abstract

二酸化炭素を捕捉し、捕捉された二酸化炭素を有機生成物に電気化学的に転化させる方法及びシステムを開示する。本方法には工程（Ａ）〜（Ｃ）を含ませることができるが、これらに限定されない。工程（Ａ）は、電気化学セルの第１の区画に溶媒を導入することができる。工程（Ｂ）は、グアニジン、グアニジン誘導体、ピリミジン、又はピリミジン誘導体の少なくとも１つを用いて二酸化炭素を捕捉してカルバミン酸両性イオンを形成することができる。工程（Ｃ）は、カソードによってカルバミン酸両性イオンを生成物混合物に還元するのに十分な電位をアノードとカソードの間に印加することができる。
【選択図】図１Ａ

Description

[0001]本発明は、概して電気化学反応の分野に関し、より詳しくは、二酸化炭素を捕捉し、捕捉された二酸化炭素を有機生成物に電気化学的に転化させる方法及び／又はシステムに関する。
[0002]発電、輸送、及び製造のような事業において化石燃料を燃焼させることによって、毎年数十億トンの二酸化炭素が生成する。１９７０年代からの研究によって、大気中の二酸化炭素の濃度の増加は、地球気象の変動、海洋のｐＨの変化、及び他の潜在的な損傷効果に寄与する可能性がある。米国をはじめとする世界中の国は、二酸化炭素の放出を減少させる方法を探し求めている。
[0003]放出を減少させるメカニズムは、二酸化炭素を燃料及び工業化学物質のような経済的に価値のある物質に転化させることである。再生可能資源からのエネルギーを用いて二酸化炭素を転化させれば、二酸化炭素の放出の軽減、及び再生可能なエネルギーを後に使用するために貯蔵することができる化学形態に転化させることの両方を可能にすることができる。
[0004]本発明は、特定の捕捉剤、溶媒、及び／又は電解質を用いて、二酸化炭素を捕捉／結合し、捕捉された二酸化炭素を有機生成物に還元することに関する。本発明は、方法、システム、及びその種々の構成要素を包含する。
[0005]上記の一般的な記載及び以下の詳細な記載は両方とも例示及び説明のみのものであり、特許請求されている発明を必ずしも限定するものではないことを理解すべきである。明細書中に含まれてその一部を構成する添付の図面は、本発明の一態様を示し、一般的な記載と一緒に本発明の原理を説明するように働く。
[0006]本発明の数多くの有利性は、添付の図面を参照することによって当業者によってよりよく理解することができる。
図１Ａは、本発明の一態様による好ましいシステムのブロック図を表す。 図１Ｂは、本発明の他の態様による好ましいシステムのブロック図を表す。 図２は、二酸化炭素を捕捉し且つ二酸化炭素を電気化学的に転化させる好ましい方法のフロー図である。 図３は、二酸化炭素を捕捉し且つ二酸化炭素を電気化学的に転化させる他の好ましい方法のフロー図である。 図４は、二酸化炭素を捕捉し且つ二酸化炭素を電気化学的に転化させる更なる好ましい方法のフロー図である。
[0007]ここで、本発明の現時点で好ましい態様（その例を添付の図面に示す）を詳細に説明する。
[0008]本発明の好ましい態様によれば、二酸化炭素を捕捉し、捕捉された二酸化炭素を有機生成物に転化させる電気化学システムが提供される。二酸化炭素捕捉剤を用いることによって捕捉プロセスが促進される。二酸化炭素の捕捉とは、本明細書においては、二酸化炭素を化学物質と反応させることによって二酸化炭素を結合させて中間体を形成することを指す。これはまた、二酸化炭素と化学物質との間で相互作用を起こさせて付加体を形成することを指すこともできる。これは更に、二酸化炭素を吸収することができ、水溶液よりも向上した二酸化炭素に関する溶解度を有する溶媒中に二酸化炭素をバブリングさせて、二酸化炭素と溶媒との間の相互作用を起こさせることを指すこともできる。
[0009]本発明の態様を詳細に説明する前に、下記に記載する幾つかの態様は後記の特許請求の範囲を限定するものではないことを理解すべきである。また、本明細書において用いる表現及び用語は説明の目的のためであり、限定とみなすべきではないことを理解すべきである。「など」、「含む」、又は「有する」、並びにこれらの変形のような用語を本明細書において用いることは、一般に、その後に列記される事項及びその等価物、並びに更なる事項を包含すると意図される。更に、他に示していない限りにおいては、技術用語は通常の使用法にしたがって用いることができる。
[0010]幾つかの好ましい態様においては、二酸化炭素を捕捉して、捕捉された二酸化炭素を還元して有機生成物を生成させることは、好ましくは、少なくとも２つの区画を有する分割された電気化学セル又は光電気化学セル内で行うことができる。１つの区画は酸化に好適なアノードを含み、他の区画は作用カソード電極及び二酸化炭素捕捉剤を含む。複数の区画は、多孔質ガラスフリット、微多孔質セパレーター、イオン交換膜、又は他のイオン伝導ブリッジによって分離することができる。いずれの区画も、一般に電解質の水溶液又は非水溶液を含む。カソード電解質溶液を通して二酸化炭素ガスを連続的にバブリングして溶液を好ましくは飽和させることができ、或いは溶液を二酸化炭素で予め飽和させることができる。二酸化炭素と電解質溶液及び／又は二酸化炭素捕捉剤との混合は、カソード室内、又はカソード室の外部の混合室内において行うことができる。
[0011]図１Ａを参照すると、本発明の一態様によるシステム１００のブロック図が示されている。システム１００は、二酸化炭素を捕捉して、捕捉された二酸化炭素を有機生成物に転化させるために用いることができる。システム（又は装置）１００は、一般に、セル（又は容器）１０２、（セル１０２へ溶媒を供給する）流体供給源１０４、エネルギー源１０６、気体の供給源１０８、生成物抽出器１１０、及び酸素抽出器１１２を含む。生成物又は生成物混合物は、抽出の後に生成物抽出器１１０から排出することができる。酸素を含む排出ガスは、抽出の後に酸素抽出器１１２から排出することができる。
[0012]セル１０２は、分割されたセルとして与えることができる。分割されたセルは、分割された電気化学セル及び／又は分割された光化学セルであってよい。セル１０２は、一般に、二酸化炭素（ＣＯ２）を捕捉して、二酸化炭素を生成物又は生成物中間体に還元するように運転することができる。特定の実施態様においては、セル１０２は、二酸化炭素を構造体及び／又は分子に結合させるか、及び／又は溶媒中での二酸化炭素の溶解度を増加させることによって二酸化炭素を捕捉するように運転することができる。還元は、一般に、二酸化炭素をセル１０２内の電解質溶液中に導入（例えばバブリング）することによって行う。セル内の二酸化炭素捕捉剤によって、導入された二酸化炭素の少なくとも一部を捕捉することができる。（図１Ｂに示す）他の実施態様においては、二酸化炭素捕捉剤及び二酸化炭素を、カソード室に導入する前にカソード室の外部で相互作用させて二酸化炭素の捕捉を行う。セル１０２内のカソード１２０によって、捕捉された二酸化炭素を、好ましくは有機生成物を含む生成物混合物に還元することができる。
[0013]セル１０２は、一般に、２以上の区画（又は室）１１４ａ〜１１４ｂ、セパレーター（又は膜）１１６、アノード１１８、及びカソード１２０を含む。アノード１１８は、所定の区画（例えば１１４ａ）内に配置することができる。カソード１２０は、セパレーター１１６のアノード１１８と反対側の他の区画（例えば１１４ｂ）内に配置することができる。特定の実施態様においては、カソード１２０は、カドミウム、カドミウム合金、コバルト、コバルト合金、ニッケル、ニッケル合金、クロム、クロム合金、インジウム、インジウム合金、鉄、鉄合金、銅、銅合金、鉛、鉛合金、パラジウム、パラジウム合金、白金、白金合金、モリブデン、モリブデン合金、タングステン、タングステン合金、ニオブ、ニオブ合金、銀、銀合金、スズ、スズ合金、ロジウム、ロジウム合金、ルテニウム、ルテニウム合金、炭素、及びこれらの混合物などの、二酸化炭素を還元するために好適な物質を含む。電解質溶液１２２（例えばアノード液又はカソード液１２２）を両方の区画１１４ａ〜１１４ｂに充填することができる。電解質溶液１２２には、溶液中の種々のカチオン及びアニオンを与えるために、水溶性の塩と共に溶媒として水を含ませることができるが、有機溶媒を用いることもできる。二酸化炭素捕捉剤１２４は、好ましくは区画１１４ｂに加え、幾つかの実施態様においては区画１１４ａにも加え、他の実施態様においては区画１１４ｂの外部の混合室１３２（図１Ｂに示す）に加える。例えば、二酸化炭素捕捉剤１２４は、セル１０２の区画１１４ａ及び１１４ｂに関する溶媒及び／又は電解質として用いることができる。
[0014]特定の実施態様においては、二酸化炭素捕捉剤１２４としては、グアニジン、グアニジン誘導体、ピリミジン、又はピリミジン誘導体の少なくとも１つが挙げられる。好ましいグアニジン及びピリミジン誘導体としては、１，１，３，３−テトラメチルグアニジン、１，５，７−トリアザビシクロ［４．４．０］デス−５−エン、７−メチル−１，５，７−トリアザビシクロ［４．４．０］デス−５−エン、１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデス−７−エン、１，５−ジアザビシクロ［４．３．０］ノン−５−エン、及び１，４，５，６−テトラヒドロピリミジンが挙げられる。この実施態様においては、セル１０２は、好ましくは、水性溶媒、アセトニトリル、ジメチルフラン、又は他の有機溶媒などの溶媒、或いは水と有機溶媒の混合物（約１体積％〜１００体積％の水を含む）を含む。二酸化炭素捕捉剤１２４は、二酸化炭素とカルバミン酸両性イオンを形成することによって、区画１１４ｂ内（又は混合室１３２内）における二酸化炭素の捕捉を促進させることができる。アノード１１８とカソード１２０との間に電位を印加することによって、カルバミン酸両性イオンをカソード１２０において還元し、有機生成物を生成させ、二酸化炭素捕捉剤を再生する。有機生成物としては、アセトアルデヒド、アセテート、酢酸、アセトン、１−ブタノール、２−ブタノール、２−ブタノン、炭素、一酸化炭素、カーボネート、エタン、エタノール、エチレン、ホルムアルデヒド、ホルメート、ギ酸、グリコレート、グリコール酸、グリオキサール、グリオキシル酸、グラファイト、イソプロパノール、ラクテート、乳酸、メタン、メタノール、オキサレート、シュウ酸、プロパナール、１−プロパノール、及び二酸化炭素を含むポリマーの１以上を挙げることができる。
[0015]他の特定の実施態様においては、二酸化炭素捕捉剤は、グアニジニウムベースのカチオン又はピリミジウムベースのカチオンの少なくとも１つを含み、好ましくはハロゲン化物アニオン、スルフェートアニオン、ホスフェートアニオン、ナイトレートアニオン、又は他のアニオンを含むイオン液体である。イオン液体は、二酸化炭素捕捉剤１２４、溶媒、及び電解質として機能させることができる。イオン液体は、二酸化炭素の溶解度を水性溶媒と比較して増加させることによって、（区画１１４ｂ内又は混合室１３２内における）二酸化炭素の捕捉を促進させることができる。アノード１１８とカソード１２０の間に電位を印加することによって、捕捉された二酸化炭素をカソード１２０において還元して有機生成物を生成させる。有機生成物としては、アセトアルデヒド、アセテート、酢酸、アセトン、１−ブタノール、２−ブタノール、２−ブタノン、炭素、一酸化炭素、カーボネート、エタン、エタノール、エチレン、ホルムアルデヒド、ホルメート、ギ酸、グリコレート、グリコール酸、グリオキサール、グリオキシル酸、グラファイト、イソプロパノール、ラクテート、乳酸、メタン、メタノール、オキサレート、シュウ酸、プロパナール、１−プロパノール、及び二酸化炭素を含むポリマーの１以上を挙げることができる。
[0016]他の実施態様においては、二酸化炭素捕捉剤１２４として非水性有機溶媒が挙げられる。有機溶媒としては、好ましくは、メタノール、アセトニトリル、及びジメチルフランの１以上が挙げられ、有機溶媒が、水性溶媒と比べてより高い二酸化炭素に関する溶解度限界などによって二酸化炭素の捕捉に役立つならば他の有機溶媒を挙げることができる。二酸化炭素の捕捉は、区画１１４ｂ及び混合室１３２の１以上において行うことができる。この実施態様においては、セル１０２に、好ましくは第４級アンモニウムカチオンを有する非水性溶媒に関して好適な電解質を含ませることができる。電解質にはハロゲン化物ベースのアニオンを含ませることができる。区画１１４ｂには、好ましくは、カソード１２０における二酸化炭素の還元を促進するためにピリジンベースの触媒を含ませる。アノード１１８とカソード１２０の間に電位を印加することによって、捕捉された二酸化炭素をカソード１２０において還元して有機生成物を生成させる。有機生成物としては、一酸化炭素、カーボネート、及びオキサレートの１以上を挙げることができる。
[0017]区画１１４ｂのｐＨは、好ましくは約１〜９の間である。二酸化炭素からカルボン酸を生成させるためには約１〜約４の間のｐＨ範囲が好ましい。二酸化炭素から他の有機生成物（例えば、カーボネート、カルボキシレート、アルデヒド、ケトン、アルコール、アルカン、及びアルケン）を生成させるためには約４〜約９の間のｐＨ範囲が好ましい。例えば二酸化炭素捕捉剤１２４がイオン液体又は有機溶媒を含む場合には、他のｐＨ値を用いることができる。
[0018]流体供給源１０４としては好ましくは水の供給源が挙げられ、例えば流体供給源１０４は純水をセル１０２に供給することができる。流体供給源１０４は、メタノール、アセトニトリル、及びジメチルフランのような有機溶媒などの他の流体をセル１０２に供給することができる。流体供給源１０４はまた、有機溶媒と水の混合物をセル１０２に供給することもできる。二酸化炭素捕捉剤１２４がイオン液体である実施態様においては、流体供給源１０４はイオン液体をセル１０２に供給することができる。
[0019]エネルギー源１０６としては可変電圧源を挙げることができる。エネルギー源１０６は、アノード１１８とカソード１２０との間に電位を生成させるように運転することができる。電位はＤＣ電圧であってよい。好ましい態様においては、印加する電位は、カソードにおいて約−０．５Ｖ vs ＳＣＥ〜約−３Ｖ vs ＳＣＥ、好ましくはカソードにおいて約−０．６Ｖ vs ＳＣＥ〜約−２．５Ｖ vs ＳＣＥの間である。
[0020]気体供給源１０８としては好ましくは二酸化炭素供給源が挙げられる。幾つかの態様においては、二酸化炭素はカソード１２０を含む区画１１４ｂ中に直接バブリングする。例えば、区画１１４ｂには、二酸化炭素供給源とカソード１２０との間を接続するように構成されているポート１２６ａのような二酸化炭素入口を含ませることができる。他の好ましい態様においては、気体供給源１０８からの二酸化炭素は、図１Ｂに示すように混合室１３２に導入する。二酸化炭素捕捉剤１２４も混合室１３２に導入することができる。混合室１３２は、一般に、二酸化炭素と炭素捕捉剤１２４の間の相互作用を促進させて、混合室１３２内で二酸化炭素が捕捉されるようにする。特定の実施態様においては、混合室１３２は、二酸化炭素と炭素捕捉剤１２４との間の相互作用を促進させるストリッピングカラムを含む。捕捉された二酸化炭素は、カソード１２０において捕捉された二酸化炭素を還元して生成物混合物を生成させ且つ炭素捕捉剤１２４を再生するために、カソード区画１１４ｂに導入することができる。
[0021]有利には、二酸化炭素は、任意の供給源（例えば化石燃料を燃焼する発電所又は工業プラントから、地熱井又は天然ガス井からの排気流、或いは大気自体）から得ることができる。最も好適には、二酸化炭素は、大気中に放出する前の濃縮発生点源から得ることができる。例えば、高濃度の二酸化炭素供給源は、しばしば５％〜５０％の量で天然ガスに同伴し、化石燃料（例えば、石炭、天然ガス、石油等）を燃焼する発電所の燃焼排ガス中に存在する可能性があり、高純度の二酸化炭素は、セメント工場から、エタノールの工業発酵のために用いられる発酵槽から、並びに肥料及び精製油製品の製造から排気される可能性がある。幾つかの地熱流も相当量の二酸化炭素を含む可能性がある。地熱井などの種々の産業からの二酸化炭素の排出物を、施設内で捕捉することができる。而して、本発明の幾つかの態様にしたがって、存在している大気二酸化炭素を捕捉及び使用することによって、一般に、二酸化炭素を炭素の再生可能で実質的に無限の供給源とすることができる。
[0022]生成物抽出器１１０には、有機生成物及び／又は無機生成物抽出器を含ませることができる。生成物抽出器１１０は、一般に、電解液１２２及び／又は二酸化炭素捕捉剤１２４からの１種類以上の生成物の抽出を促進する。抽出は、固体吸着剤、二酸化炭素支援固体吸着剤、液−液抽出、ナノ濾過、及び電気透析の１以上によって行うことができる。抽出された生成物は、その後に貯蔵、消費、及び／又は他の装置及び／又はプロセスによって処理するために、システム１００のポート１２６ｂを通して送り出すことができる。特定の実施態様においては、新しいカソード液及び二酸化炭素を流入物として連続的に供給し、反応器からの流出物を連続的に取り出す連続流単一パス反応器などを用いて連続的に運転するセル１０２から生成物を連続的に取り出す。二酸化炭素捕捉剤１２４は、更なる二酸化炭素を捕捉するために区画１１４ｂ中に再循環して戻すことができる。
[0023]図１の酸素抽出器１１２は、一般に、二酸化炭素の還元及び／又は水の酸化によって生成する酸素（例えばＯ２）の副生成物を抽出するように運転することができる。好ましい態様においては、酸素抽出器１１２はディスエンゲージャー／フラッシュタンクである。抽出された酸素は、その後に貯蔵及び／又は他の装置及び／又はプロセスによって消費するために、システム１００のポート１２８を通して送り出すことができる。また、アノード１１８において酸素の放出以外のプロセスが起こる一態様などのような幾つかの構成においては、塩素及び／又は酸化によって放出された化学物質も副生成物である可能性がある。かかるプロセスとしては、塩素放出、有機物質の他の販売できる製品への酸化、排水の清浄化、及び犠牲アノードの腐食を挙げることができる。二酸化炭素の還元によって生成する他の過剰のガス（例えば水素）は、ポート１３０を通してセル１０２から排気することができる。
[0024]図２を参照すると、二酸化炭素を捕捉して、二酸化炭素を電気化学的に転化させる好ましい方法２００のフロー図が示されている。方法（又はプロセス）２００は、一般に、工程（又はブロック）２０２、工程（又はブロック）２０４、及び工程（又はブロック）２０６を含む。方法２００は、システム１００を用いて実施することができる。
[0025]工程２０２においては、溶媒を電気化学セルの第１の区画に導入することができる。第１の区画にはアノードを含ませることができる。電気化学セルには、カソードを含む第２の区画も含ませることができる。工程２０４において、グアニジン、グアニジン誘導体、ピリミジン、又はピリミジン誘導体の少なくとも１つを用いる二酸化炭素の捕捉を行うことができる。工程２０６においては、カソードによってカルバミン酸両性イオンを生成物混合物に還元するのに十分な電位をアノードとカソードの間に印加することができる。生成物混合物としては、アセトアルデヒド、アセテート、酢酸、アセトン、１−ブタノール、２−ブタノール、２−ブタノン、炭素、一酸化炭素、カーボネート、エタン、エタノール、エチレン、ホルムアルデヒド、ホルメート、ギ酸、グリコレート、グリコール酸、グリオキサール、グリオキシル酸、グラファイト、イソプロパノール、ラクテート、乳酸、メタン、メタノール、オキサレート、シュウ酸、プロパナール、１−プロパノール、及び二酸化炭素を含むポリマーの１以上を挙げることができる。
[0026]図３を参照すると、二酸化炭素を捕捉して、二酸化炭素を電気化学的に転化させる他の好ましい方法３００のフロー図が示されている。方法（又はプロセス）３００は、一般に、工程（又はブロック）３０２、工程（又はブロック）３０４、及び工程（又はブロック）３０６を含む。方法３００は、システム１００を用いて実施することができる。
[0027]工程３０２においては、イオン液体を電気化学セルのカソード区画又は混合室の少なくとも１つに導入することができる。イオン液体には、グアニジニウムベースのカチオン又はピリミジウムベースのカチオンの少なくとも１つを含ませることができる。電気化学セルには、アノード区画内にアノードを含ませることができ、カソード区画内にカソードを含ませることができる。工程３０４において、イオン液体を用いる二酸化炭素の捕捉を行うことができる。第２の区画にはカソードを含ませることができる。工程３０６においては、カソードによって捕捉された二酸化炭素を生成物混合物に還元するのに十分な電位をアノードとカソードの間に印加することができる。生成物混合物としては、アセトアルデヒド、アセテート、酢酸、アセトン、１−ブタノール、２−ブタノール、２−ブタノン、炭素、一酸化炭素、カーボネート、エタン、エタノール、エチレン、ホルムアルデヒド、ホルメート、ギ酸、グリコレート、グリコール酸、グリオキサール、グリオキシル酸、グラファイト、イソプロパノール、ラクテート、乳酸、メタン、メタノール、オキサレート、シュウ酸、プロパナール、１−プロパノール、及び二酸化炭素を含むポリマーを挙げることができる。
[0028]図４を参照すると、二酸化炭素を捕捉して、二酸化炭素を電気化学的に転化させる他の好ましい方法４００のフロー図が示されている。方法（又はプロセス）４００は、一般に、工程（又はブロック）４０２、工程（又はブロック）４０４、及び工程（又はブロック）４０６を含む。方法４００はシステム１００を用いて実施することができる。
[0029]工程４０２においては、二酸化炭素捕捉剤を、電気化学セルのカソード区画又は混合室の少なくとも１つに導入することができる。二酸化炭素捕捉剤には有機溶媒を含ませることができる。電気化学セルには、アノード区画内にアノードを含ませることができ、カソード区画内にカソード及びピリジンベースの触媒を含ませることができる。工程４０４において、二酸化炭素捕捉剤を用いる二酸化炭素の捕捉を行うことができる。第２の区画には、カソード及びピリジンベースの触媒を含ませることができる。工程４０６においては、カソードによって捕捉された二酸化炭素を生成物混合物に還元するのに十分な電位をアノードとカソードの間に印加することができる。生成物混合物としては、一酸化炭素、カーボネート、及びオキサレートの１以上を挙げることができる。
[0030]本発明及びそれに伴う有利性の多くは上記の記載によって理解されると考えられ、発明の範囲及び精神から逸脱することなく、又はその重要な有利性の全部を犠牲にすることなく、その構成要素の形態、構成、及び配置における種々の変更を行うことができることは明らかであろう。本明細書において上記に記載した形態は単にその例示の態様に過ぎず、かかる変更を包含及び包容することが特許請求の意図である。

Claims (21)

  1. （Ａ）電気化学セルの第１の区画に溶媒を導入し、第１の区画はアノードを含んでおり、電気化学セルはカソードを含む第２の区画を含んでおり；
    （Ｂ）グアニジン、グアニジン誘導体、ピリミジン、又はピリミジン誘導体の少なくとも１つを用いて二酸化炭素を捕捉してカルバミン酸両性イオンを形成し；そして
    （Ｃ）カソードによってカルバミン酸両性イオンを生成物混合物に還元するのに十分な電位をアノードとカソードの間に印加する；
    ことを含む、二酸化炭素を電気化学的に転化させる方法。
  2. グアニジン、グアニジン誘導体、ピリミジン、又はピリミジン誘導体の少なくとも１つを用いて二酸化炭素を捕捉してカルバミン酸両性イオンを形成することが、
    第２の区画内において、グアニジン、グアニジン誘導体、ピリミジン、又はピリミジン誘導体の少なくとも１つを用いて二酸化炭素を捕捉してカルバミン酸両性イオンを形成する；
    ことを含む、請求項１に記載の方法。
  3. グアニジン、グアニジン誘導体、ピリミジン、又はピリミジン誘導体の少なくとも１つを用いて二酸化炭素を捕捉してカルバミン酸両性イオンを形成することが、
    混合室内において、グアニジン、グアニジン誘導体、ピリミジン、又はピリミジン誘導体の少なくとも１つを用いて二酸化炭素を捕捉して、捕捉された二酸化炭素を第２の区画に供給する前にカルバミン酸両性イオンを形成する；
    ことを含む、請求項１に記載の方法。
  4. カソードによってカルバミン酸両性イオンを生成物混合物に還元するのに十分な電位をカソードとアノードの間に印加することが、
    カソードによって、カルバミン酸両性イオンを生成物混合物に還元し、グアニジン、グアニジン誘導体、ピリミジン、又はピリミジン誘導体の少なくとも１つを再生するのに十分な電位をアノードとカソードの間に印加する；
    ことを含む、請求項１に記載の方法。
  5. 第２の区画が、１，１，３，３−テトラメチルグアニジン、１，５，７−トリアザビシクロ［４．４．０］デス−５−エン、７−メチル−１，５，７−トリアザビシクロ［４．４．０］デス−５−エン、１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデス−７−エン、１，５−ジアザビシクロ［４．３．０］ノン−５−エン、又は１，４，５，６−テトラヒドロピリミジンの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
  6. 溶媒が、水、メタノール、アセトニトリル、ジメチルフラン、又は水と有機溶媒との混合物の少なくとも１つである、請求項１に記載の方法。
  7. 第１のセル区画；
    第１のセル区画内に配置されているアノード；
    第２のセル区画；
    第２のセル区画内に配置されているカソード；
    を含む電気化学セル；
    カルバミン酸両性イオン；及び
    アノード及びカソードと操作可能に接続されており、アノードとカソードの間に電圧を印加して、カソードにおいてカルバミン酸両性イオンを生成物混合物に還元するように構成されているエネルギー源；
    を含む、二酸化炭素を電気化学的に還元するシステム。
  8. カルバミン酸両性イオンが、二酸化炭素を、グアニジン、グアニジン誘導体、ピリミジン、又はピリミジン誘導体の少なくとも１つと相互作用させることによって形成される、請求項７に記載のシステム。
  9. カルバミン酸両性イオンが、（ａ）第２のセル区画内；又は（ｂ）第２のセル区画に導入する前に混合室内；の少なくとも１つにおいて形成される、請求項８に記載のシステム。
  10. エネルギー源が、更に、アノードとカソードの間に電圧を印加して、グアニジン、グアニジン誘導体、ピリミジン、又はピリミジン誘導体の少なくとも１つを再生するように構成されている、請求項７に記載のシステム。
  11. 第２の区画が、１，１，３，３−テトラメチルグアニジン、１，５，７−トリアザビシクロ［４．４．０］デス−５−エン、７−メチル−１，５，７−トリアザビシクロ［４．４．０］デス−５−エン、１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデス−７−エン、１，５−ジアザビシクロ［４．３．０］ノン−５−エン、又は１，４，５，６−テトラヒドロピリミジンの少なくとも１つを含む、請求項７に記載のシステム。
  12. （Ａ）電気化学セルのカソード区画又は混合室の少なくとも１つにイオン液体を導入し、イオン液体はグアニジニウムベースのカチオン又はピリミジウムベースのカチオンの少なくとも１つを含み、電気化学セルはアノード区画内にアノードを含み且つカソード区画内にカソードを含み；
    （Ｂ）イオン液体を用いて二酸化炭素を捕捉し；そして
    （Ｃ）カソードによって捕捉された二酸化炭素を生成物混合物に還元するのに十分な電位をアノードとカソードの間に印加する；
    ことを含む、二酸化炭素を電気化学的に転化させる方法。
  13. イオン液体が、ハロゲン化物アニオン、スルフェートアニオン、ホスフェートアニオン、又はナイトレートアニオンの少なくとも１つを更に含む、請求項１２に記載の方法。
  14. イオン液体を用いて二酸化炭素を捕捉することが、
    カソード区画内においてイオン液体を用いて二酸化炭素を捕捉する；
    ことを含む、請求項１２に記載の方法。
  15. イオン液体を用いて二酸化炭素を捕捉することが、
    混合室内においてイオン液体を用いて二酸化炭素を捕捉する；
    ことを含む、請求項１２に記載の方法。
  16. 捕捉された二酸化炭素をカソード区画に供給する；
    ことを更に含む、請求項１５に記載の方法。
  17. （Ａ）電気化学セルのカソード区画又は混合室の少なくとも１つに二酸化炭素捕捉剤を導入し、二酸化炭素捕捉剤は有機溶媒を含み、電気化学セルはアノード区画内にアノードを含み且つカソード区画内にカソード及びピリジンベースの触媒を含み；
    （Ｂ）二酸化炭素捕捉剤を用いて二酸化炭素を捕捉し；そして
    （Ｃ）カソードによって捕捉された二酸化炭素を生成物混合物に還元するのに十分な電位をアノードとカソードの間に印加する；
    ことを含む、二酸化炭素を電気化学的に転化させる方法。
  18. 有機溶媒が、メタノール、アセトニトリル、又はジメチルフランの少なくとも１つを含む、請求項１７に記載の方法。
  19. 二酸化炭素捕捉剤を用いて二酸化炭素を捕捉することが、
    カソード区画内において二酸化炭素捕捉剤を用いて二酸化炭素を捕捉する；
    ことを含む、請求項１７に記載の方法。
  20. 二酸化炭素捕捉剤を用いて二酸化炭素を捕捉することが、
    混合室内において二酸化炭素捕捉剤を用いて二酸化炭素を捕捉する；
    ことを含む、請求項１７に記載の方法。
  21. 捕捉された二酸化炭素をカソード区画に供給する；
    ことを更に含む、請求項２０に記載の方法。
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