JP2019162091A - Carbon dioxide stabilizing device and fuel production system - Google Patents

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康子 乗富
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Abstract

To provide a carbon dioxide stabilizing device capable of efficiently stabilizing carbon dioxide and a fuel production system using the same.SOLUTION: According to an embodiment, there is provided a carbon dioxide stabilizing device comprising a nonaqueous phase, an electroconductive carrier, an enzyme material, and a water phase. The nonaqueous phase includes an ionic liquid. Carbon dioxide is supplied to the nonaqueous phase. The electroconductive carrier is installed to contact the nonaqueous phase. The enzyme material is carried to the electroconductive carrier. The enzyme material catalyzes a reduction reaction of carbon dioxide supplied to the nonaqueous phase or a reduction product thereof. The water phase includes an extract including water. A reaction product of the reduction reaction is supplied to the water phase.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、二酸化炭素固定化装置及び燃料生産システムに関する。   Embodiments described herein relate generally to a carbon dioxide fixing device and a fuel production system.

年々増え続けている石炭の消費が大気中の二酸化炭素(CO)濃度の上昇をもたらし、地球温暖化の主な原因となっている。自然界では、光合成により年間約1000億トンのCOをバイオマスに変換している。しかしながら、工業革命以来CO排出量が年々増え続けてきた結果、自然界の光合成のみでは、COの排出速度に、COをバイオマスに変換する速度がもはや追いつかなくなってきている。 Coal consumption, which continues to increase year by year, brings about an increase in the concentration of carbon dioxide (CO 2 ) in the atmosphere, which is a major cause of global warming. In nature, approximately 100 billion tons of CO 2 is converted into biomass annually by photosynthesis. However, as a result of since the industrial revolution CO 2 emissions have continued to increase year by year, is only the photosynthesis of the natural world, the discharge rate of the CO 2, the rate of conversion of CO 2 into biomass is becoming no longer keep up.

そこで、地球温暖化対策の一つとして、その原因ガスであるCOをキャプチャー及び貯蔵するニーズが出てきた。 Therefore, as one of the countermeasures against global warming, there has been a need to capture and store CO 2 which is the cause gas.

今までも無機の薬品(例えば、アミンなどのアルカリ性溶液)によるCOの化学的吸収分離、メタノールやポリエチレングリコール等の吸収液によるCOの物理的吸収分離、高分子膜やセラミックス膜などの膜分離法によるCOの分離、ゼオライトや活性炭などの多孔質の吸収材によるCOの物理的吸収分離、COを圧縮(compression)して地下や海底に埋め込むなど、様々な対策法が講じられている。CCS技術(CCS:Carbon Dioxide Capture and Storage;二酸化炭素回収及び貯蔵技術)の中では、例えば、火力発電所から発生するCOを分離及び回収し、輸送した後、地下又は海底などに貯蔵する技術が推進されている。しかし、COを分離及び回収するためのコストがかかるなどの課題が挙げられている。 Until now, chemical absorption separation of CO 2 by inorganic chemicals (for example, alkaline solutions such as amines), physical absorption separation of CO 2 by absorption liquids such as methanol and polyethylene glycol, membranes such as polymer membranes and ceramic membranes separation of CO 2 by the separation method, a physical absorption separation of CO 2 by absorption material of a porous, such as a zeolite or activated carbon, to compress the CO 2 (compression), such as buried underground or submarine, are taken various measures method ing. In CCS technology (CCS: Carbon Dioxide Capture and Storage), for example, technology for separating and recovering CO 2 generated from thermal power plants, transporting it, and storing it underground or on the seabed Is promoted. However, there are problems such as cost for separating and recovering CO 2 .

また、吸収液や吸収材を用いた物理的吸収分離、膜分離法、COの圧縮及び隔離などといったCOを分離及び回収する方法には以下に示す様々な制約がある:
(1)圧力が低いガスにしか適用できない
(2)耐腐食性の反応容器の使用が必要
(3)熱エネルギーが必要
(4)水素ガスの分離が必要
(5)酸素を分離するためのエネルギーが必要
(6)脱硫が必要。
In addition, the methods for separating and recovering CO 2 , such as physical absorption separation using an absorption liquid or an absorbent material, membrane separation method, CO 2 compression and sequestration, have various limitations as follows:
(1) Applicable only to low-pressure gas (2) Use of corrosion-resistant reaction vessel is required (3) Thermal energy is required (4) Hydrogen gas needs to be separated (5) Energy to separate oxygen (6) Desulfurization is required.

一方、近年では地球温暖化の防止に加え、持続可能な社会の実現を目指した次の段階として、COをキャプチャー及び貯蔵するだけではなく、COから化学燃料、バイオマスなどの有用物質に積極的に変換するバイオリファイナリー、COの固定化などのバイオプロセスの開発と確立が必要となってきている。 On the other hand, in recent years, in addition to preventing global warming, the next step aimed at realizing a sustainable society is not only to capture and store CO 2 , but also to actively use useful materials such as chemical fuel and biomass from CO 2. The development and establishment of bioprocesses such as biorefinery to be converted and CO 2 fixation are becoming necessary.

また、近年COを高効率で吸収及び分離できるイオン液体のゲル化や成膜の技術が確立されつつある。一方、キャプチャーしたCOを電気化学変換と光化学変換との両種類の変換法により、積極的に有用な燃料に変換する研究も盛んに行われている。電気化学変換法として、例えば、貴金属やレアメタルを使わず、電極兼触媒としてスパイク状のグラフェンが球状の銅ナノ粒子で修飾された材料を用いることにより、常温常圧の条件において、二酸化炭素から高い選択率と高いファラデー効率でエタノールを生産できることが報告されている。この方法は、風力発電や太陽光発電などで得られた電気エネルギーを用いて、化学燃料を製造することができるため、大変魅力的な化学燃料製造法であり、またエネルギーの変換及び貯蔵のニーズからも大変注目されている製造法である。しかしながら、COは水に余り溶けず、高濃度のエタノールの生産が困難である。また、電気化学的変換手法を利用してCOからメタノールなどの燃料に変換する場合、大きな過電圧が必要とされる。加えて、電気化学的な手法では、副生成物も多いなどの課題も存在する。 In recent years, ionic liquid gelation and film formation techniques capable of absorbing and separating CO 2 with high efficiency have been established. On the other hand, active research has been actively conducted to convert captured CO 2 into a useful fuel by using both types of conversion methods, electrochemical conversion and photochemical conversion. As an electrochemical conversion method, for example, by using a material in which spiked graphene is modified with spherical copper nanoparticles as an electrode and catalyst without using noble metals or rare metals, it is higher than carbon dioxide under normal temperature and pressure conditions. It has been reported that ethanol can be produced with high selectivity and high Faraday efficiency. This method is a very attractive chemical fuel production method because it can produce chemical fuel using electrical energy obtained by wind power generation, solar power generation, etc., and needs for energy conversion and storage. Therefore, it is a manufacturing method that has received much attention. However, CO 2 is not very soluble in water and it is difficult to produce high-concentration ethanol. Moreover, when converting from CO 2 to a fuel such as methanol using an electrochemical conversion method, a large overvoltage is required. In addition, the electrochemical method has problems such as many by-products.

酵素変換法は、マイルドな条件において、COを選択的に燃料に変換できるクリーンかつ高効率の燃料生産法の一つとして、近年再び脚光を浴びている。また、酵素を利用したCOからの燃料変換法は、分子電極(電気)触媒の一種である酵素への直接電子移動を利用することにより、金属触媒などの無機触媒と比べてより小さな過電圧の利用が可能になるため、より好適な変換法である。しかしながら、現行の酵素変換法は、多段酵素反応による燃料(メタノール)の生産において、中間生成物の流失などの課題を抱えている。また、製造されるメタノールの純度や濃度が低く、酵素の失活や流出などさまざまな課題を抱えている。これらの根本原因の一つとして、電気化学的手法と同様に、燃料の生産原料であるCOは反応溶媒である水溶液への溶解度が低いことが考えられる。 The enzyme conversion method has recently attracted attention as one of clean and highly efficient fuel production methods that can selectively convert CO 2 into fuel under mild conditions. In addition, the fuel conversion method from CO 2 using an enzyme utilizes a direct electron transfer to an enzyme, which is a kind of molecular electrode (electro) catalyst, and thus has a smaller overvoltage than an inorganic catalyst such as a metal catalyst. Since it can be used, it is a more preferable conversion method. However, current enzyme conversion methods have problems such as the loss of intermediate products in the production of fuel (methanol) by a multistage enzyme reaction. In addition, the purity and concentration of methanol produced are low, and there are various problems such as enzyme deactivation and outflow. As one of these root causes, it is conceivable that CO 2 which is a raw material for producing fuel has low solubility in an aqueous solution which is a reaction solvent, as in the electrochemical method.

国際公開第2015/097020号公報International Publication No. 2015/097020 米国特許6440711号明細書US Pat. No. 6,440,711 特開2012− 21216号公報JP 2012-21216 A 特表2012−512326号公報Special table 2012-512326 gazette

"High-Selectivity Electrochemical Conversion of CO2 to Ethanol using a Copper Nanoparticle/N-Doped Graphene Electrode", Yang Song, et al. Chemistry Select, 2016, 1, 1-8."High-Selectivity Electrochemical Conversion of CO2 to Ethanol using a Copper Nanoparticle / N-Doped Graphene Electrode", Yang Song, et al. Chemistry Select, 2016, 1, 1-8. "Methanol Production via Bioelectrocatalytic Reduction of Carbon Dioxide: Role of Carbonic Anhydrase in Improving Electrode Performance", Paul K. Addo, et al., Electrochemical and Solid-State Letters, 2011, 14 (4) E9-E13."Methanol Production via Bioelectrocatalytic Reduction of Carbon Dioxide: Role of Carbonic Anhydrase in Improving Electrode Performance", Paul K. Addo, et al., Electrochemical and Solid-State Letters, 2011, 14 (4) E9-E13. “Reversible Interconversion of Carbon Dioxide and Formate by an Electroactive Enzyme”, Torsten Reda, et al, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2008, 105, 10654-10658.“Reversible Interconversion of Carbon Dioxide and Formate by an Electroactive Enzyme”, Torsten Reda, et al, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2008, 105, 10654-10658. “Reversible Interconversion of CO2 and Formate by a Molybdenum-Containing Formate Dehydrogenase”, Arnau Bassegoda, et al. J. Am, Chem. Soc. 2014, 136, 15473-15476.“Reversible Interconversion of CO2 and Formate by a Molybdenum-Containing Formate Dehydrogenase”, Arnau Bassegoda, et al. J. Am, Chem. Soc. 2014, 136, 15473-15476. “Electrochemical Reduction of Carbon Dioxide to Methanol by Direct Injection of Electrons into Immobilized Enzymes on a Modified Electrode”, Stefanie Schlager, et al., ChemSusChem 2016, 9, 631-635.“Electrochemical Reduction of Carbon Dioxide to Methanol by Direct Injection of Electrons into Immobilized Enzymes on a Modified Electrode”, Stefanie Schlager, et al., ChemSusChem 2016, 9, 631-635.

本発明は、二酸化炭素を高効率で固定化する二酸化炭素固定化装置及びそれを用いた燃料生産システムを提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the carbon dioxide fixing apparatus which fixes a carbon dioxide with high efficiency, and a fuel production system using the same.

実施形態によれば、非水相と、導電性担体と、酵素体と、水相とを具備する二酸化炭素固定化装置が提供される。非水相は、イオン液体を含む。非水相には、二酸化炭素が供給される。導電性担体は、非水相と接するように設置されている。酵素体は、導電性担体に担持されている。酵素体は、非水相に供給された二酸化炭素又はその還元生成物の還元反応を触媒する。水相は、水を含んだ抽出液を含む。水相には、上記還元反応の反応生成物が供給される。   According to the embodiment, a carbon dioxide immobilization apparatus including a non-aqueous phase, a conductive carrier, an enzyme body, and an aqueous phase is provided. The non-aqueous phase contains an ionic liquid. Carbon dioxide is supplied to the non-aqueous phase. The conductive carrier is placed in contact with the non-aqueous phase. The enzyme body is supported on a conductive carrier. The enzyme body catalyzes the reduction reaction of carbon dioxide or its reduction product supplied to the non-aqueous phase. The aqueous phase contains an extract containing water. The reaction product of the reduction reaction is supplied to the aqueous phase.

実施形態の態様に係る一例の二酸化炭素固定化装置の概略図。1 is a schematic diagram of an example carbon dioxide immobilization device according to an aspect of an embodiment. FIG. 実施形態の態様に係る別の一例の二酸化炭素固定化装置の概略図。Schematic of another example of a carbon dioxide immobilization device according to an aspect of the embodiment. 実施形態の他の態様に係る一例の二酸化炭素固定化装置の概略図。Schematic of an example carbon dioxide immobilization device concerning other modes of an embodiment. 実施形態の他の態様に係る別の一例の二酸化炭素固定化装置の概略図。Schematic of another example of a carbon dioxide immobilization device according to another aspect of the embodiment. 図4に示す二酸化炭素固定化装置の変形例の概略図。Schematic of the modification of the carbon dioxide fixing device shown in FIG. 図4に示す二酸化炭素固定化装置の別の変形例の概略図。Schematic of another modification of the carbon dioxide immobilization apparatus shown in FIG. 実施形態の他の態様に係るさらに別の一例の二酸化炭素固定化装置を示す概略図。Schematic which shows the carbon dioxide fixing device of another example which concerns on the other aspect of embodiment. 実施形態の他の態様に係るまた別の一例の二酸化炭素固定化装置を示す概略図。Schematic which shows another example of the carbon dioxide fixing apparatus which concerns on the other aspect of embodiment. 図8に示す二酸化炭素固定化装置に含まれる部材の一例の製造途中状態を示す概略図。Schematic which shows the state in the middle of manufacture of an example of the member contained in the carbon dioxide fixing device shown in FIG. 実施形態の態様に係るさらに別の例の二酸化炭素固定化装置の概略図。The schematic diagram of the carbon dioxide immobilization device of another example concerning the mode of an embodiment. 実施形態に係る一例のスタック型二酸化炭素固定化装置を構成する単セルの概略図。Schematic of the single cell which comprises the stack type carbon dioxide fixing device of an example concerning an embodiment. 実施形態に係る一例のスタック型二酸化炭素固定化装置の概略図。Schematic of an example stack type carbon dioxide immobilization device concerning an embodiment. 実施形態に係る一例の燃料生産システムを示すスキーム。1 is a scheme showing an example fuel production system according to an embodiment.

以下に、実施形態を説明する。   Embodiments will be described below.

(第1の実施形態)
第1の実施形態によれば、非水相と、1種以上の導電性担体と、1種以上の酵素体と、水相とを具備する二酸化炭素固定化装置が提供される。非水相は、1種以上のイオン液体を含む。導電性担体は、非水相と接するように設置されている。酵素体は、導電性担体に担持されている。水相は、水を含んだ抽出液を含む。
(First embodiment)
According to the first embodiment, a carbon dioxide immobilization apparatus including a non-aqueous phase, one or more conductive carriers, one or more enzyme bodies, and an aqueous phase is provided. The non-aqueous phase contains one or more ionic liquids. The conductive carrier is placed in contact with the non-aqueous phase. The enzyme body is supported on a conductive carrier. The aqueous phase contains an extract containing water.

非水相と水相とは、例えば、1種以上の多孔質膜又はセパレーターを介して接触している。あるいは、非水相と水相とは直接に接触していてもよい。   The non-aqueous phase and the aqueous phase are in contact via, for example, one or more porous membranes or separators. Alternatively, the non-aqueous phase and the aqueous phase may be in direct contact.

実施形態に係る二酸化炭素固定化装置における非水相には、二酸化炭素(CO)が供給される。非水相の媒体としてイオン液体を用いることで、COを選択的にかつ効率良く非水相に吸収させることができる。 Carbon dioxide (CO 2 ) is supplied to the non-aqueous phase in the carbon dioxide fixing device according to the embodiment. By using an ionic liquid as the non-aqueous phase medium, CO 2 can be selectively and efficiently absorbed into the non-aqueous phase.

二酸化炭素の供給源は、例えば、二酸化炭素を含んだ気体である。二酸化炭素の供給源は、二酸化炭素を含む気体であれば、特に限定されない。例えば、大気ガス、火力発電プラントで発生する気体、排ガス、ドライアイスからのガス、二酸化炭素ガスボンベからのガスなどを二酸化炭素の供給源として用いることができる。   The supply source of carbon dioxide is, for example, a gas containing carbon dioxide. The supply source of carbon dioxide is not particularly limited as long as it is a gas containing carbon dioxide. For example, atmospheric gas, gas generated in a thermal power plant, exhaust gas, gas from dry ice, gas from a carbon dioxide gas cylinder, or the like can be used as a carbon dioxide supply source.

また、実施形態に係る二酸化炭素固定化装置は、上記の二酸化炭素を含んだ気体を、例えば、非水相に接触させる機構をさらに備えることができる。あるいは、装置において例えば、非水相が大気に対し曝露されている形態とすることもできる。このように、二酸化炭素固定化装置の設計は、反応物としての二酸化炭素を含んだ気体のソースに応じて適宜設定することができる。   The carbon dioxide immobilization apparatus according to the embodiment can further include a mechanism for bringing the gas containing carbon dioxide into contact with, for example, a non-aqueous phase. Alternatively, for example, in the apparatus, the non-aqueous phase may be exposed to the atmosphere. Thus, the design of the carbon dioxide immobilization apparatus can be appropriately set according to the source of gas containing carbon dioxide as a reactant.

二酸化炭素固定化装置は、二酸化炭素を含んだ気体を、例えば、常圧(0.1 MPa = 1 atm)よりも高い圧力に加圧した状態で非水相に供給する機構を備えることもできる。気体の圧力、ひいては二酸化炭素の圧力を高くすることで、非水相への二酸化炭素の供給速度が向上し得る。   The carbon dioxide immobilization apparatus can also include a mechanism for supplying a gas containing carbon dioxide to the non-aqueous phase in a state where the gas is pressurized to a pressure higher than normal pressure (0.1 MPa = 1 atm), for example. By increasing the pressure of the gas, and hence the pressure of carbon dioxide, the supply rate of carbon dioxide to the non-aqueous phase can be improved.

導電性担体は、二酸化炭素固定化装置おいて非水相と接するように設置されている。導電性担体は、例えば、非水相の表面に設けられ得る。あるいは、導電性担体は、非水相中に存在していてもよい。なお、非水相は、液体であってもよく、ゲル状であってもよい。 また、導電性担体は、1種以上の酵素体を担持する。詳細は後述するが、導電性担体による酵素体の担持は、例えば、導電性担体の酵素による修飾、導電性担体による酵素の包括、導電性担体の内部への酵素の導入などを含む。導電性担体の内部への酵素の導入は、例えば、格子状の導電性担体の網目構造の内部に酵素を閉じ込めることを含む。   The conductive carrier is placed in contact with the non-aqueous phase in the carbon dioxide fixing device. The conductive carrier can be provided on the surface of the non-aqueous phase, for example. Alternatively, the conductive carrier may be present in the non-aqueous phase. The non-aqueous phase may be a liquid or a gel. The conductive carrier carries one or more enzyme bodies. Although details will be described later, the loading of the enzyme body by the conductive carrier includes, for example, modification of the conductive carrier by the enzyme, inclusion of the enzyme by the conductive carrier, introduction of the enzyme into the conductive carrier, and the like. The introduction of the enzyme into the inside of the conductive carrier includes, for example, confining the enzyme inside the network structure of the lattice-like conductive carrier.

導電性担体が担持する1種以上の酵素体は、各々が少なくとも1つの酵素を含んでいる。詳細は後述するが、非水相に供給された二酸化炭素は、酵素体が触媒する酵素反応により還元される。還元反応である酵素反応により、例えば、燃料が生成される。酵素体が触媒する酵素反応は、二酸化炭素を還元する還元反応を含む。そのため、二酸化炭素固定化装置において酵素体が含まれている部分を二酸化炭素還元反応部と呼ぶこともできる。   Each of the one or more enzyme bodies carried by the conductive carrier includes at least one enzyme. Although details will be described later, carbon dioxide supplied to the non-aqueous phase is reduced by an enzyme reaction catalyzed by the enzyme body. For example, fuel is generated by an enzyme reaction that is a reduction reaction. The enzyme reaction catalyzed by the enzyme body includes a reduction reaction for reducing carbon dioxide. Therefore, the part containing the enzyme body in the carbon dioxide immobilization apparatus can also be called a carbon dioxide reduction reaction part.

また、二酸化炭素を還元する酵素反応は、多段階反応であり得る。この場合、二酸化炭素の還元生成物をさらに還元する酵素反応を触媒する酵素体を含む。複数の段階の還元反応(酵素反応)を経て、二酸化炭素は最終生成物に還元され得る。最終生成物は、例えば、メタノール等の燃料であり得る。   Also, the enzymatic reaction that reduces carbon dioxide can be a multi-stage reaction. In this case, the enzyme body which catalyzes the enzyme reaction which further reduces the reduction product of carbon dioxide is included. Through multiple stages of reduction reactions (enzymatic reactions), carbon dioxide can be reduced to the final product. The final product can be a fuel such as methanol, for example.

還元反応により生成された反応生成物は、水相に供給される。水相が含む抽出液は、反応生成物を選択的に抽出する。水相の抽出液は、一例によれば、二酸化炭素の多段階酵素反応における最終生成物を選択的に抽出し、回収する。そのため、二酸化炭素固定化装置において水相を燃料回収部と呼ぶことができる。   The reaction product produced by the reduction reaction is supplied to the aqueous phase. The extract contained in the aqueous phase selectively extracts the reaction product. According to an example, the aqueous phase extraction liquid selectively extracts and recovers the final product in the multi-stage enzymatic reaction of carbon dioxide. Therefore, the water phase can be called a fuel recovery unit in the carbon dioxide fixing device.

なお、実施形態に係る二酸化炭素固定化装置は、上記のとおり二酸化炭素を還元することで燃料を生成する二酸化炭素還元反応部と、生成した燃料を回収する燃料回収部とを含むことができるため、実施形態に係る二酸化炭素固定化装置を燃料生産装置と呼ぶこともできる。   The carbon dioxide immobilization apparatus according to the embodiment can include a carbon dioxide reduction reaction unit that generates fuel by reducing carbon dioxide as described above, and a fuel recovery unit that recovers the generated fuel. The carbon dioxide immobilization apparatus according to the embodiment can also be called a fuel production apparatus.

ここでいう二酸化炭素の固定化(fixation)とは、化学反応により二酸化炭素を炭素化合物に変換すること(conversion)を意味する。これには、二酸化炭素還元(carbon dioxide reduction)が含まれる。地球温暖化の原因ガスである二酸化炭素は化学反応により、気体、液体又は固体状の炭素化合物に変換することによって、二酸化炭素を削減することができる。また、当該炭素化合物として、例えば、燃料のような有用物質を得ることで、二酸化炭素を資源として利用することができる。   The fixation of carbon dioxide here means conversion of carbon dioxide into a carbon compound (conversion) by a chemical reaction. This includes carbon dioxide reduction. Carbon dioxide, which is a gas causing global warming, can be reduced by converting it into a gas, liquid, or solid carbon compound by a chemical reaction. Further, as the carbon compound, for example, carbon dioxide can be used as a resource by obtaining a useful substance such as fuel.

実施形態に係る二酸化炭素固定化装置では、反応物(二酸化炭素又はその還元生成物)を供給する部位と、反応生成物(二酸化炭素の還元生成物である炭素化合物)を回収する部位とが、非水相と水相とのそれぞれに区分けされている。そのため、反応物が反応生成物と混じりにくく、少ない不純物量で反応生成物を回収することができる。   In the carbon dioxide immobilization apparatus according to the embodiment, a site for supplying a reactant (carbon dioxide or a reduction product thereof) and a site for collecting the reaction product (a carbon compound that is a reduction product of carbon dioxide) are: It is divided into a non-aqueous phase and an aqueous phase. Therefore, the reaction product is difficult to mix with the reaction product, and the reaction product can be recovered with a small amount of impurities.

また、実施形態に係る二酸化炭素固定化装置では、水相が、反応場から反応生成物(例えば、燃料)を抽出するため、燃料生成の酵素反応の平衡を反応生成物側にずらすことができる。また、水相が反応生成物を抽出することで、反応生成物の流失が少なくなる。その結果、生成される反応生成物(例えば、燃料)の収率を高くすることができる。   In the carbon dioxide immobilization apparatus according to the embodiment, since the aqueous phase extracts a reaction product (for example, fuel) from the reaction field, the equilibrium of the enzyme reaction of fuel generation can be shifted to the reaction product side. . Moreover, since the aqueous phase extracts the reaction product, the loss of the reaction product is reduced. As a result, the yield of the produced reaction product (for example, fuel) can be increased.

このように、実施形態に係る二酸化炭素固定化装置は、二酸化炭素又はその還元生成物を、例えば、メタノールなどの反応生成物へと還元する反応を効率よく行うことで、二酸化炭素の固定化に高い性能を発揮する。そのため、CO排出を抑制できると同時に、燃料などとして有用な化合物を生産することができる。 As described above, the carbon dioxide immobilization apparatus according to the embodiment can efficiently fix carbon dioxide or a reduction product thereof to, for example, a reaction product such as methanol, thereby fixing carbon dioxide. Demonstrate high performance. Therefore, CO 2 emission can be suppressed, and at the same time, a compound useful as a fuel can be produced.

実施形態に係る二酸化炭素固定化装置の第1の態様によれば、酵素体は、第1酵素体と第2酵素体と第3酵素体とを含むことができる。また本態様では、非水相は、第1の非水相と第2の非水相と第3の非水相とを含むことができる。さらに導電性担体は、第1の導電性担体と第2の導電性担体と第3の導電性担体とを含むことができる。そして本態様では、水相は、第1の水相と第2の水相と第3の水相とを含むことができる。つまり、本態様の二酸化炭素固定化装置は、導電性担体を複数含むことができ、非水相を複数含むことができ、水相を複数含むことができる。   According to the first aspect of the carbon dioxide immobilization apparatus according to the embodiment, the enzyme body can include a first enzyme body, a second enzyme body, and a third enzyme body. Further, in this aspect, the non-aqueous phase can include a first non-aqueous phase, a second non-aqueous phase, and a third non-aqueous phase. Furthermore, the conductive carrier can include a first conductive carrier, a second conductive carrier, and a third conductive carrier. In this embodiment, the aqueous phase can include a first aqueous phase, a second aqueous phase, and a third aqueous phase. That is, the carbon dioxide immobilization apparatus of this aspect can include a plurality of conductive carriers, can include a plurality of non-aqueous phases, and can include a plurality of aqueous phases.

第1酵素体は、二酸化炭素を還元して第1の反応生成物を生成する第1還元反応を触媒する。一例によれば、第1の反応生成物は、ギ酸である。   The first enzyme body catalyzes a first reduction reaction that reduces carbon dioxide to produce a first reaction product. According to one example, the first reaction product is formic acid.

ここでいうギ酸とは、ギ酸アニオン(formate anion:HCOO)、並びにギ酸アニオンにプロトンが結合したギ酸(formic acid:HCOOH)、ギ酸アニオンにカチオンが結合したギ酸塩(formate salt)の何れかの形態のものを意味する。以後の説明においていうギ酸も、上記の何れの形態のものも含む。また、他の化合物についてもアニオン、酸、及び塩など、何れの形態のものも含む。 As used herein, formic acid is any of formate anion (HCOO ), formic acid (formic acid: HCOOH) in which a proton is bonded to the formate anion, and formate (formate salt) in which a cation is bonded to the formate anion. Means a form. In the following description, formic acid also includes any of the above forms. Also, other compounds include any form such as anion, acid, and salt.

また、第1の導電性担体は、第1酵素体を担持する。第1の導電性担体に担持されている第1酵素体は、再生可能な触媒として働く。第1の導電性担体は、第1の非水相と接するように設置されている。   The first conductive carrier carries the first enzyme body. The 1st enzyme body currently carry | supported by the 1st electroconductive support | carrier acts as a reproducible catalyst. The first conductive carrier is placed in contact with the first non-aqueous phase.

第2酵素体は、第1の反応生成物を還元して第2の反応生成物を生成する第2還元反応を触媒する。一例によれば、第2の反応生成物はホルムアルデヒドである。第2の導電性担体は、第2酵素体を担持する。第2の導電性担体に担持されている第2酵素体は、再生可能な触媒として働く。第2の導電性担体は、第2の非水相と接するように設置されている。   The second enzyme body catalyzes a second reduction reaction that reduces the first reaction product to produce a second reaction product. According to one example, the second reaction product is formaldehyde. The second conductive carrier carries the second enzyme body. The 2nd enzyme body currently carry | supported by the 2nd electroconductive support | carrier acts as a reproducible catalyst. The second conductive carrier is placed in contact with the second non-aqueous phase.

第3酵素体は、第2の反応生成物を還元して第3の反応生成物を生成する第3還元反応を触媒する一例によれば、第3の反応生成物はメタノールである。第3の導電性担体は、第3酵素体を担持する。第3の導電性担体に担持されている第3酵素体は、再生可能な触媒として働く。第3の導電性担体は、第3の非水相と接するように設置されている。   According to an example in which the third enzyme body catalyzes a third reduction reaction that reduces the second reaction product to produce a third reaction product, the third reaction product is methanol. The third conductive carrier carries the third enzyme body. The third enzyme body supported on the third conductive carrier serves as a reproducible catalyst. The third conductive carrier is placed in contact with the third non-aqueous phase.

第1の非水相には、二酸化炭素が供給される。第1の非水相に供給された二酸化炭素は、第1還元反応により第1の反応生成物に還元される。   Carbon dioxide is supplied to the first non-aqueous phase. The carbon dioxide supplied to the first non-aqueous phase is reduced to the first reaction product by the first reduction reaction.

第1の水相には、第1の反応生成物が供給される。また、第1の水相は、第1の反応生成物を第2の非水相へ供給する。   The first reaction product is supplied to the first aqueous phase. The first aqueous phase supplies the first reaction product to the second non-aqueous phase.

第2の非水相には、第1の反応生成物が供給される。第2の非水相に供給された第1の反応生成物は、第2還元反応により第2の反応生成物に還元される。   The second non-aqueous phase is supplied with the first reaction product. The first reaction product supplied to the second non-aqueous phase is reduced to the second reaction product by the second reduction reaction.

第2の水相には、第2の反応生成物が供給される。また、第2の水相は、第2の反応生成物を第3の非水相へ供給する。   The second aqueous product is supplied with the second reaction product. The second aqueous phase supplies the second reaction product to the third non-aqueous phase.

第3の非水相には、第2の反応生成物が供給される。第3の非水相に供給された第2の反応生成物は、第3還元反応により第3の反応生成物に還元される。第3還元反応により生成された第3の反応生成物は、第3の水相に供給される。   The third non-aqueous phase is supplied with the second reaction product. The second reaction product supplied to the third non-aqueous phase is reduced to the third reaction product by the third reduction reaction. The third reaction product generated by the third reduction reaction is supplied to the third aqueous phase.

第3の水相には、第3の反応生成物が供給される。以上のようにして、第3の反応生成物を得る。   A third reaction product is supplied to the third aqueous phase. As described above, the third reaction product is obtained.

この態様では、第1ないし第3酵素体が触媒する三段階酵素反応により、二酸化炭素を最終生成物(燃料)へと還元する。つまり、第1の反応生成物と第2の反応生成物は、三段階反応の中間生成物であり、第3の反応生成物は最終生成物である。   In this embodiment, carbon dioxide is reduced to a final product (fuel) by a three-stage enzyme reaction catalyzed by the first to third enzyme bodies. That is, the first reaction product and the second reaction product are intermediate products of a three-stage reaction, and the third reaction product is a final product.

また、第1ないし第3の導電性担体の各々は、1種以上の酵素体を含む(担持する)ことができる。第1ないし第3の導電性担体は、それらが含む酵素体の種類及び数が互いに異なっていてもよく、あるいは同じであってもよい。   Each of the first to third conductive carriers can contain (carry) one or more kinds of enzyme bodies. The first to third conductive carriers may be different from each other in the kind and number of enzyme bodies contained in them or may be the same.

第1ないし第3の非水相の各々は、1種以上のイオン液体を含むことができる。第1ないし第3の非水相の間で、それらが含むイオン液体の種類が互いに異なっていてもよく、あるいは同じであってもよい。また、第1ないし第3の非水相の各々には、1種以上の導電性担体が接していてもよい。第1ないし第3の非水相の間で、それらに接する導電性担体の種類及び数が異なっていてもよく、あるいは同じであってもよい。さらに、後述するように1つの導電性担体が第1ないし第3の非水相のうち2つ以上に接し得る。   Each of the first to third non-aqueous phases can contain one or more ionic liquids. The types of ionic liquids contained in the first to third non-aqueous phases may be different from each other or the same. In addition, one or more conductive carriers may be in contact with each of the first to third non-aqueous phases. The first and third non-aqueous phases may be different in the kind and number of conductive carriers in contact with them or may be the same. Further, as will be described later, one conductive carrier can be in contact with two or more of the first to third non-aqueous phases.

本態様では、第1の反応生成物が第1の水相に含まれる抽出液により選択的に抽出されるため、第1還元反応の平衡を第1の反応生成物側へずらすことができる。また、第2の非水相に基質としての第1の反応生成物が第1の水相から供給され、且つ、第2の反応生成物が第2の水相に含まれる抽出液により選択的に抽出されるため、第2還元反応の平衡を第2の反応生成物側へずらすことができる。第3の非水相に基質としての第2の反応生成物が第2の水相から供給され、且つ、第3の反応生成物が第3の水相に含まれる抽出液により選択的に抽出されて回収されるため、第3還元反応の平衡を第3の反応生成物側へずらすことができる。   In this aspect, since the first reaction product is selectively extracted by the extract contained in the first aqueous phase, the equilibrium of the first reduction reaction can be shifted to the first reaction product side. Further, the first reaction product as a substrate is supplied from the first aqueous phase to the second non-aqueous phase, and the second reaction product is selectively selected by the extract contained in the second aqueous phase. Therefore, the equilibrium of the second reduction reaction can be shifted to the second reaction product side. The second reaction product as a substrate is supplied from the second aqueous phase to the third non-aqueous phase, and the third reaction product is selectively extracted by the extract contained in the third aqueous phase. Therefore, the equilibrium of the third reduction reaction can be shifted to the third reaction product side.

このように、二酸化炭素を最終生成物である第3の反応生成物へと還元する三段階反応の平衡を、各反応段階において最終生成物側へとずらすことができるため、高い収率で最終生成物を回収することができる。また、反応物(二酸化炭素)と中間生成物(第1及び第2の反応生成物)とが最終生成物(第3の反応生成物)に混入しにくいため、純度の高い最終生成物を得ることができる。さらに、中間生成物が生成される各段階(第1還元反応、第2還元反応)にて、第1の水相と第2の水相とがそれぞれの中間生成物、即ち第1の反応生成物と第2の反応生成物とを回収するため、中間生成物の流失が抑えられている。   Thus, since the equilibrium of the three-stage reaction for reducing carbon dioxide to the third reaction product, which is the final product, can be shifted to the final product side in each reaction stage, the final product can be obtained with high yield. The product can be recovered. In addition, since the reaction product (carbon dioxide) and the intermediate product (first and second reaction products) are difficult to be mixed into the final product (third reaction product), a highly purified final product is obtained. be able to. Further, at each stage where the intermediate product is generated (first reduction reaction, second reduction reaction), the first aqueous phase and the second aqueous phase are the respective intermediate products, that is, the first reaction product. Since the product and the second reaction product are recovered, the loss of the intermediate product is suppressed.

また、第1の態様の変形例では、例えば、三段階の酵素反応に代わって、二酸化炭素を最終生成物へと二段階で還元する二段階酵素反応を採用することができる。この場合、非水相は第1の非水相と第2の非水相とを含む。第1の非水相に二酸化炭素が供給されて、この二酸化炭素を還元する第1還元反応により第1の反応生成物が生成される。第2の非水相に第1の反応生成物が供給されて、この第1の反応生成物を還元する第2還元反応により第2の反応生成物が生成される。第2還元反応により生成された第2の反応生成物は、水相に供給される。   Further, in the modified example of the first aspect, for example, a two-stage enzyme reaction in which carbon dioxide is reduced to the final product in two stages can be employed instead of the three-stage enzyme reaction. In this case, the non-aqueous phase includes a first non-aqueous phase and a second non-aqueous phase. Carbon dioxide is supplied to the first non-aqueous phase, and a first reaction product is generated by a first reduction reaction that reduces the carbon dioxide. A first reaction product is supplied to the second non-aqueous phase, and a second reaction product is generated by a second reduction reaction that reduces the first reaction product. The second reaction product generated by the second reduction reaction is supplied to the aqueous phase.

この変形例では、第1の反応生成物のみが中間生成物である。また、第2の反応生成物は最終生成物である。そのため、第2の反応生成物は第2の水相に含まれる抽出液により抽出されて、回収される。この点を除き、この変形例の構成は第1の態様と同様のため、説明を省略する。   In this variation, only the first reaction product is an intermediate product. The second reaction product is a final product. Therefore, the second reaction product is extracted and recovered by the extract contained in the second aqueous phase. Except for this point, the configuration of this modified example is the same as that of the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

また、必要に応じて二酸化炭素を還元する反応を4以上の段階を含む多段階反応とすることもできる。多段階反応が含む反応段階の数に応じて、導電性担体、非水相、及び水相の数を適宜変更できる。さらに、必要に応じて二酸化炭素及び中間生成物(二酸化炭素の還元生成物)以外の基質をそれぞれの非水相に含ませてもよい。   Moreover, the reaction which reduces carbon dioxide as needed can also be made into the multistage reaction containing four or more steps. Depending on the number of reaction stages included in the multistage reaction, the numbers of the conductive carrier, the non-aqueous phase, and the aqueous phase can be appropriately changed. Furthermore, if necessary, a substrate other than carbon dioxide and an intermediate product (reduction product of carbon dioxide) may be included in each non-aqueous phase.

第1の態様の二酸化炭素固定化装置は、フロー式の形態とバッチ式の形態とのいずれの構成とすることもできる。   The carbon dioxide immobilization apparatus of the first aspect can be configured in either a flow type or a batch type.

フロー式の形態では、第1の非水相への二酸化炭素の供給、後段の水相への反応生成物の供給、及び各水相から後段の非水相への反応生成物の供給の各々が連続的に行われる。   In the flow type form, each of supply of carbon dioxide to the first non-aqueous phase, supply of reaction products to the subsequent aqueous phase, and supply of reaction products from each aqueous phase to the subsequent non-aqueous phase Is performed continuously.

バッチ式の形態では、少なくとも各水相から後段の非水相への反応生成物の供給が不連続に行われる。例えば、三段階反応を採用した場合には第1還元反応により生成された第1の反応生成物が第1の水相へ供給された後、第1の反応生成物は第1の水相に回収された状態で一時的に貯留される。同様に、第2還元反応により生成された第2の反応生成物は、第2の水相に供給された後、第2の水相にて一時的に貯留される。バッチ式の形態とするには、例えば、第1の水相と第2の水相とのそれぞれに抽出液の流れを制御する機構を設けることができる。   In the batch mode, the reaction product is supplied discontinuously from at least each aqueous phase to the subsequent non-aqueous phase. For example, when a three-stage reaction is employed, after the first reaction product generated by the first reduction reaction is supplied to the first aqueous phase, the first reaction product is converted into the first aqueous phase. It is temporarily stored in the recovered state. Similarly, the second reaction product generated by the second reduction reaction is temporarily stored in the second aqueous phase after being supplied to the second aqueous phase. In order to obtain a batch type, for example, a mechanism for controlling the flow of the extract can be provided in each of the first aqueous phase and the second aqueous phase.

実施形態に係る二酸化炭素固定化装置の第2の態様によれば、酵素体は、第1酵素体と第2酵素体と第3酵素体とを含むことができる。また、非水相は、第1の非水相と第2の非水相と第3の非水相とを含むことができる。さらに導電性担体は、第1の導電性担体と第2の導電性担体と第3の導電性担体とを含むことができる。つまり、本態様の二酸化炭素固定化装置は、導電性担体を複数含むことができ、非水相を複数含むことができる。第1の非水相には、二酸化炭素が供給される。第1の非水相に供給された二酸化炭素が第1還元反応により還元され、第1の反応生成物が生成される。第2の非水相には、第1の反応生成物が供給される。第2の非水相に供給された第1の反応生成物が第2還元反応により還元され、第2の反応生成物が生成される。第3の非水相には、第2の反応生成物が供給される。第3の非水相に供給された第2の反応生成物が第3還元反応により還元され、第3の反応生成物が生成される。第3の非水相で生成された第3の反応生成物は、水相に供給される。   According to the second aspect of the carbon dioxide immobilization apparatus according to the embodiment, the enzyme body can include a first enzyme body, a second enzyme body, and a third enzyme body. Further, the non-aqueous phase can include a first non-aqueous phase, a second non-aqueous phase, and a third non-aqueous phase. Furthermore, the conductive carrier can include a first conductive carrier, a second conductive carrier, and a third conductive carrier. That is, the carbon dioxide immobilization apparatus of this aspect can include a plurality of conductive carriers and can include a plurality of non-aqueous phases. Carbon dioxide is supplied to the first non-aqueous phase. Carbon dioxide supplied to the first non-aqueous phase is reduced by the first reduction reaction, and a first reaction product is generated. The second non-aqueous phase is supplied with the first reaction product. The 1st reaction product supplied to the 2nd nonaqueous phase is reduced by the 2nd reduction reaction, and the 2nd reaction product is generated. The third non-aqueous phase is supplied with the second reaction product. The 2nd reaction product supplied to the 3rd nonaqueous phase is reduced by the 3rd reduction reaction, and the 3rd reaction product is generated. The third reaction product produced in the third non-aqueous phase is supplied to the aqueous phase.

この態様では、第1ないし第3の非水相における三段階酵素反応により、二酸化炭素を最終生成物(燃料)へと還元する。つまり、第1の反応生成物と第2の反応生成物は、三段階反応の中間生成物であり、第3の反応生成物は最終生成物である。   In this embodiment, carbon dioxide is reduced to a final product (fuel) by a three-stage enzymatic reaction in the first to third non-aqueous phases. That is, the first reaction product and the second reaction product are intermediate products of a three-stage reaction, and the third reaction product is a final product.

また、第1ないし第3の導電性担体の各々は、1種以上の酵素体を含む(担持する)ことができる。第1ないし第3の導電性担体は、それらが含む酵素体の種類及び数が互いに異なっていてもよく、あるいは同じであってもよい。   Each of the first to third conductive carriers can contain (carry) one or more kinds of enzyme bodies. The first to third conductive carriers may be different from each other in the kind and number of enzyme bodies contained in them or may be the same.

第2の態様の二酸化炭素固定化装置では、第1還元反応により生成された第1の反応生成物が第2の非水相へと直接供給される。また、第2還元反応により生成された第2の反応生成物は、第3の非水相へと直接供給される。   In the carbon dioxide immobilization apparatus of the second aspect, the first reaction product generated by the first reduction reaction is directly supplied to the second non-aqueous phase. In addition, the second reaction product generated by the second reduction reaction is directly supplied to the third non-aqueous phase.

このように、二酸化炭素を還元する多段階反応における中間生成物(第1の反応生成物、第2の反応生成物)を後段の非水相(第2の非水相、第3の非水相)へと供給する際、水相を経由しない。そのため、中間生成物の流失を低減することができる。   In this way, the intermediate product (first reaction product, second reaction product) in the multistage reaction for reducing carbon dioxide is converted into the subsequent non-aqueous phase (second non-aqueous phase, third non-aqueous phase). When supplying to (phase), do not go through the water phase. Therefore, the loss of the intermediate product can be reduced.

また、第2の態様の変形例では、例えば、三段階の酵素反応に代わって、二酸化炭素を最終生成物へと還元する二段階酵素反応を採用することができる。この場合、非水相は第1の非水相と第2の非水相とを含む。第1の非水相に二酸化炭素が供給されて、第1還元反応により第1の反応生成物が生成される。第2の非水相に第1の反応生成物が供給されて、第2還元反応により第2の反応生成物が生成される。生成された第2の反応生成物は、水相に供給される。   Moreover, in the modified example of the second aspect, for example, a two-stage enzyme reaction that reduces carbon dioxide to a final product can be employed instead of the three-stage enzyme reaction. In this case, the non-aqueous phase includes a first non-aqueous phase and a second non-aqueous phase. Carbon dioxide is supplied to the first non-aqueous phase, and a first reaction product is generated by the first reduction reaction. The first reaction product is supplied to the second non-aqueous phase, and the second reaction product is generated by the second reduction reaction. The produced | generated 2nd reaction product is supplied to an aqueous phase.

この変形例では、第1の反応生成物のみが中間生成物である。また、第2の反応生成物は最終生成物である。そのため、第2の反応生成物は第2の水相に含まれる抽出液により抽出されて、回収される。この点を除き、この変形例の構成は第2の態様と同様のため、説明を省略する。   In this variation, only the first reaction product is an intermediate product. The second reaction product is a final product. Therefore, the second reaction product is extracted and recovered by the extract contained in the second aqueous phase. Except for this point, the configuration of this modified example is the same as that of the second aspect, and thus the description thereof is omitted.

また、第1の態様と同様に、必要に応じて二酸化炭素を還元する反応を4以上の段階を含む多段階反応とすることもできる。多段階反応が含む反応段階の数に応じて、導電性担体、非水相、及び水相の数を適宜変更できる。さらに、必要に応じて二酸化炭素及び中間生成物(二酸化炭素の還元生成物)以外の基質をそれぞれの非水相に含ませてもよい。   Similarly to the first aspect, the reaction for reducing carbon dioxide as required can be a multi-stage reaction including four or more stages. Depending on the number of reaction stages included in the multistage reaction, the numbers of the conductive carrier, the non-aqueous phase, and the aqueous phase can be appropriately changed. Furthermore, if necessary, a substrate other than carbon dioxide and an intermediate product (reduction product of carbon dioxide) may be included in each non-aqueous phase.

次に、実施形態に係る二酸化炭素固定化装置における非水相、導電性担体、及び水相の詳細を説明する。   Next, details of the non-aqueous phase, the conductive carrier, and the aqueous phase in the carbon dioxide immobilization apparatus according to the embodiment will be described.

<非水相>
非水相は、イオン液体を含む。
<Non-aqueous phase>
The non-aqueous phase contains an ionic liquid.

非水相の媒体としては、以下の特性を有する材料の使用が望ましい:
(1)COを吸収及び分離する能力が高い
(2)蒸気圧が低い
(3)熱安定性が高い
(4)導電率が高い
(5)電位窓が広い
(6)化学的安定性が高い
(7)タンパク質の安定化剤として使える。
As the non-aqueous phase medium, it is desirable to use materials having the following characteristics:
(1) High ability to absorb and separate CO 2 (2) Low vapor pressure (3) High thermal stability (4) High conductivity (5) Wide potential window (6) Chemical stability High (7) Can be used as a protein stabilizer.

上記の主な特性を有する非水相材料であれば、特に限定されることがないが、非水相の媒体としてイオン液体を用いることが望ましい。イオン液体は、蒸気圧が低く(ゼロに近い)、電位窓が広く、かつ特定の物質、例えば、二酸化炭素をよく吸収し、熱安定性が高く、導電率も高いなどのことから、非水相の媒体として用いることが望ましい。   Although it will not specifically limit if it is a non-aqueous phase material which has said main characteristic, It is desirable to use an ionic liquid as a medium of a non-aqueous phase. An ionic liquid has a low vapor pressure (close to zero), a wide potential window, and absorbs a specific substance such as carbon dioxide well, has high thermal stability, and high conductivity. It is desirable to use it as a phase medium.

CO溶解性が高いイオン液体は、二酸化炭素を多く吸収することができる。例えば、このようなイオン液体を非水相の媒体として用いることで、非水相へCOを効率良く供給することができる。非水相に接している導電性担体が担持している酵素体はCO還元反応の場となるため、酵素体へ反応物であるCOを効率良く供給するため、CO溶解性が高いイオン液体を媒体として用いることが望ましい。イオン液体を非水相の媒体として用いる場合、COの吸収量は加圧とともに増大する。例えば、0.1MPaまで加圧する場合は1%(COmole% in ionic liquid)以上、6MPaまで加圧する場合60%(COmole% in ionic liquid)以上のCOを吸収できるイオン液体を用いることが望ましい。 An ionic liquid having high CO 2 solubility can absorb a large amount of carbon dioxide. For example, by using such an ionic liquid as a non-aqueous phase medium, CO 2 can be efficiently supplied to the non-aqueous phase. Since the enzyme body carried by the conductive carrier in contact with the non-aqueous phase becomes a place for CO 2 reduction reaction, CO 2 that is a reactant is efficiently supplied to the enzyme body, so that the CO 2 solubility is high. It is desirable to use an ionic liquid as a medium. When an ionic liquid is used as a non-aqueous phase medium, the amount of CO 2 absorbed increases with increasing pressure. For example, 1% if pressurized to 0.1MPa (CO 2 mole% in ionic liquid) or more, the use of 60% (CO 2 mole% in ionic liquid) ionic liquid capable of absorbing CO 2 in the above case where pressurized to 6MPa Is desirable.

上記のとおり、イオン液体は導電率が高く、イオン伝導性と電子伝導性との何れもが優れている。優れたイオン伝導性と電子伝導性が酵素の触媒効率に有利に働くため、迅速且つ高効率に生成物(例えば、燃料)の生産を行うことができる。   As described above, the ionic liquid has high conductivity, and both ionic conductivity and electronic conductivity are excellent. Since excellent ion conductivity and electron conductivity are advantageous for the catalytic efficiency of the enzyme, a product (for example, fuel) can be produced quickly and efficiently.

イオン液体は、デザイナー液体とも呼ばれ、そのアニオンとカチオンを用途に応じて適宜選択することで、特性を自由に設計(デザイン)することができる。   The ionic liquid is also called a designer liquid, and the characteristics can be freely designed (designed) by appropriately selecting the anion and cation according to the application.

イオン液体の代表的なカチオンは、例えば、imidazolium、ammonium、phosphonium、pyridinium などが挙げられる。   Representative cations of the ionic liquid include, for example, imidazolium, ammonium, phosphonium, pyridinium and the like.

イオン液体の他の代表的なカチオンとして、例えば、1-methyl-3-alkylimidazolium、1,3-bis[3-methylimidazolium-1-yl]alkane、poly(diallyldimethylammonium)、metal (M+) tetraglyme, pyrrolidinium などが挙げられる。 Other representative cations of ionic liquids include, for example, 1-methyl-3-alkylimidazolium, 1,3-bis [3-methylimidazolium-1-yl] alkane, poly (diallyldimethylammonium), metal (M + ) tetraglyme, pyrrolidinium Etc.

イオン液体の代表的なアニオンは、例えば、bis(trifluoromethanesulfonyl)imide ([Tf2N]-、[TFSI]-、又は[TFSA]-)、tetrafluoroborate ([BF4]-)、hexafluorophosphate ([PF6]-)、dicyanoamine ([DCA]-)などが挙げられる。 Representative anions of ionic liquids include, for example, bis (trifluoromethanesulfonyl) imide ([Tf 2 N] - , [TFSI] - , or [TFSA] - ), tetrafluoroborate ([BF 4 ] - ), hexafluorophosphate ([PF 6 ] - ), Dicyanoamine ([DCA] - ), etc.

イオン液体の他の代表的なアニオンとして、例えば、halides、formate、nitrate、hydrogen sulfate、heptafluorobutyrate、thiocyanate、tris(pentafluoroethyl)trifluorophosphate、dicyanamide、poly(phosphonic acid)、tetrachloroferrate、trifluoromethanesulfonate ([TfO]-)などが挙げられる。 Other typical anions of ionic liquids include, for example, halides, formate, nitrate, hydrogen sulfate, heptafluorobutyrate, thiocyanate, tris (pentafluoroethyl) trifluorophosphate, dicyanamide, poly (phosphonic acid), tetrachloroferrate, trifluoromethanesulfonate ([TfO] ), etc. Is mentioned.

イオン液体は、大まかに非極性イオン液体と極性イオン液体に分けることができる。一般的に、非極性イオン液体は疎水性のイオン液体であり、極性イオン液体は親水性のイオン液体である。   Ionic liquids can be roughly divided into nonpolar ionic liquids and polar ionic liquids. In general, the nonpolar ionic liquid is a hydrophobic ionic liquid, and the polar ionic liquid is a hydrophilic ionic liquid.

一方、親水性の極性イオン液体は、さらにプロトン性(Protic)イオン液体と非プロトン性(Aprotic)イオン液体に区別することができる。極性イオン液体は、親水性の溶媒で形成されている逆ミセルのコア溶液として用いることもできる。また、イオン液体ではない材料であるNafion(登録商標)をプロトン交換膜(PEM;Proton Exchange Membrane)として使えることが知られているが、プロトン性イオン液体をゲル化(膜)にすることによって、同様にプロトン交換膜(PEM;Proton Exchange Membrane)として使える。非プロトン性イオン液体は、タンパク質(酵素)のリフォールディング剤と熱安定化剤として用いることができる。   On the other hand, hydrophilic polar ionic liquids can be further classified into protic ionic liquids and aprotic ionic liquids. The polar ionic liquid can also be used as a core solution of reverse micelles formed with a hydrophilic solvent. In addition, it is known that Nafion (registered trademark), which is a material that is not an ionic liquid, can be used as a proton exchange membrane (PEM; Proton Exchange Membrane), but by making the protic ionic liquid into a gel (membrane), Similarly, it can be used as a proton exchange membrane (PEM). The aprotic ionic liquid can be used as a protein (enzyme) refolding agent and a heat stabilizer.

このように、イオン液体は、その特性によって使い分けることができる。   Thus, the ionic liquid can be properly used depending on its characteristics.

イオン液体の中でも、イミダゾール系のイオン液体の使用が望ましい。イミダゾール系のイオン液体又はそのゲルは、COを高い選択性で吸収することができるうえに、導電率も高い。 Among ionic liquids, it is desirable to use imidazole-based ionic liquids. The imidazole-based ionic liquid or gel thereof can absorb CO 2 with high selectivity and has high conductivity.

疎水性イオン液体の中でも、例えば、COに対する吸収特性が優れているイミダゾール系の1-エチル-3-メチルイミダゾリウムビス(フルオロスルホニル)イミド(EMIMBTI)の使用が特に望ましい。 Among hydrophobic ionic liquids, for example, it is particularly desirable to use imidazole-based 1-ethyl-3-methylimidazolium bis (fluorosulfonyl) imide (EMIMBTI), which has excellent CO 2 absorption characteristics.

EMIMBTIは、正式名や別名、略号を含めて多数存在している。例えば、1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)amide、1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide[1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビス(フルオロスルホニル)イミド]、1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imideとも呼ばれている。略号として、EMIMIm、[emim][(CF3SO2)2N]、[emim][TFSI]、EmimTFSI、EMIMTFSI、EmimNTf2、EmimTf2N、Emim TFSI、Emim NTf2、Emim Tf2N、[C2mim][NTf2]、BMIM-NTf2、[C2mIm+][TFSI-]、[C2C1im][NTf2]などとも記載されている。混乱を避けるために、以下にその分子構造を示す。 There are many EMIMBTIs including official names, aliases, and abbreviations. For example, 1-ethyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) amide, 1-ethyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide [1-ethyl-3-methylimidazolium bis (fluorosulfonyl) imide], 1-ethyl-3 It is also called -methylimidazolium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide. Abbreviations include EMIMIm, [emim] [(CF 3 SO 2 ) 2 N], [emim] [TFSI], EmimTFSI, EMIMTFSI, EmimNTf 2 , EmimTf 2 N, Emim TFSI, Emim NTf 2 , Emim Tf 2 N, [ C 2 mim] [NTf 2 ], BMIM-NTf 2 , [C 2 mIm + ] [TFSI ], [C 2 C 1 im] [NTf 2 ] and the like are also described. To avoid confusion, the molecular structure is shown below.

イオン液体は、COに対する吸収特性やコスト、毒性、粘度、導電性などの特性を考慮して、二種類以上混合して使用することができる。例えば、COに対する吸収特性がよいイオン液体と、これよりも毒性が低く、コストも低いイオン液体とを混合して使用することにより、材料のコストダウンと毒素の軽減の目的が達成できる。 Two or more kinds of ionic liquids can be mixed and used in consideration of absorption characteristics for CO 2 and costs, toxicity, viscosity, conductivity, and the like. For example, by mixing and using an ionic liquid having good absorption characteristics for CO 2 and an ionic liquid having lower toxicity and lower cost than these, the purpose of reducing the cost of materials and reducing toxins can be achieved.

また、極性のイオン液体の中の非プロトン性(Aprotic)イオン液体は、タンパク質の熱安定化剤として用いることができるため、極性のイオン液体を非極性のイオン液体と混合させて非水相として用いることができる。   In addition, since the aprotic ionic liquid in the polar ionic liquid can be used as a heat stabilizer for proteins, the polar ionic liquid is mixed with the nonpolar ionic liquid as a non-aqueous phase. Can be used.

また、イオン液体のカソード限界(cathodic limit)は、カチオンの特性に依存し、カチオンが電子吸引基を含むと、カソード限界が広がる。従って、二酸化炭素をよく吸収し、かつ電子吸引基を含むカチオンを含んだイオン液体からイオン液体を選ぶことが望ましい。   In addition, the cathodic limit of the ionic liquid depends on the characteristics of the cation, and when the cation contains an electron withdrawing group, the cathode limit increases. Therefore, it is desirable to select an ionic liquid from ionic liquids that absorb carbon dioxide well and contain cations containing electron-withdrawing groups.

イオン液体は、さらに、例えば、1-methyl-3-propyl-methylimidazolium dihydrogen phosphate (PMIH2PO4)、polybenzimidazole (PBI)、1-octyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)amide、[C8mIm+][TFSA-](TFSA- = (CF3SO2)2N-)、1-alkylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)amide、[CnImH+][TFSA-](n = 4 or 8)、triethyl sulfonium bis(trifluoromethyl sulfonyl)imide(TSBTSI)、1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate([bmim][PF6])、1-butyl-2,3-dimethylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([bmim][Tf2N])、octyl-3-methylimidazoliumhexafluorophosphate([omim][PF6])、1-decyl-3-methylimidazolium bis(trifluoro-methylsulfonyl)imide ([dmim][Tf2N])、1-butyl-3-Methylimidazolium tetrafluoroborate ([bmim][BF4])、1-dodecyl-3-methylimidazolium chloride ([dmim][Cl])、1-Methyl-3-octylimidazolium chloride (MOImCl)、[C2mim][NTf2]、[C6mim][NTf2]、[C8mim][NTf2]、[C6F9MIM][NTf2]、1-butyl-3-methylimidazolium bis[(trifluoromethyl)sulfonyl]imide、[C4mim][NTf2]、[C4mim][PF6]、[Bmim][PF6](BMIM-PF6)、[bmmim][PF6]、[C4mim][TFSI]、IL[C8mim][Tf2N](1-octyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)amide)、IL2(1-ethyl-3-methyl-imidazolium bromide, [emim][Br])、1-ethyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate ([emim][Tf])、1-ethyl-3-methylimidazolium tetra-fluoroborate ([emim][BF4])、[emim][AlCl4]、[emim][H2,3F3,3]、[emim][CH3CO2]、[emim][CF3SO3]、[emim][(C2F5SO2)2N]、[emim][(C2F5SO2)2C]、[emim][TFA]、[emim][Ac]、1-butyl-3-methylpyridinium tetrafluoroborate ([bmpyri][BF4])、1-butyl-3-methylpyrrolidinium tetrafluoroborate ([bmpyrro][BF4])、[bmim][BF4]、1-ethyl-3-methylimidazolium chloride ([emim][Cl])、[emim][Tf2N]、[C4mim][AC]、[P6614][Pro]、[P6614][Ala]、[P6614][Gly]、[MTBDH][TFE]、[C2mim][DCA]、[C2mim][Tf2N]、[C2mim][TfO]、[C2mim][TCB]などを用いることができる。 The ionic liquid further includes, for example, 1-methyl-3-propyl-methylimidazolium dihydrogen phosphate (PMIH 2 PO 4 ), polybenzimidazole (PBI), 1-octyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethanesulfonyl) amide, [C 8 mIm + ]. [TFSA -] (TFSA - = (CF 3 SO 2) 2 n -), 1-alkylimidazolium bis (trifluoromethanesulfonyl) amide, [C n ImH +] [TFSA -] (n = 4 or 8), triethyl sulfonium bis ( trifluoromethylsulfonyl) imide (TSBTSI), 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate ([bmim] [PF 6 ]), 1-butyl-2,3-dimethylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide ([bmim] [Tf 2 N]) , Octyl-3-methylimidazoliumhexafluorophosphate ([omim] [PF 6 ]), 1-decyl-3-methylimidazolium bis (trifluoro-methylsulfonyl) imide ([dmim] [Tf 2 N]), 1-butyl-3-Methylimidazolium tetrafluoroborate ( [bmim] [BF 4 ]), 1-dodecyl-3-methylimidazolium chloride ([dmim] [Cl]), 1-Methyl-3-octylimidazolium chloride (MOImCl), [C 2 mim] [NTf 2 ], [C 6 mim] [NTf 2 ], [C 8 mim] [NTf 2 ], [C 6 F 9 MIM] [NTf 2 ], 1-butyl-3-methyl imidazolium bis [(trifluoromethyl) sulfonyl] imide, [C 4 mim] [NTf 2 ], [C 4 mim] [PF 6 ], [Bmim] [PF 6 ] (BMIM-PF 6 ), [bmmim] [PF 6 ], [C4mim] [TFSI], IL [C 8 mim] [Tf 2 N] (1-octyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) amide), IL 2 (1-ethyl-3-methyl-imidazolium bromide, [ emim] [Br]), 1-ethyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate ([emim] [Tf]), 1-ethyl-3-methylimidazolium tetra-fluoroborate ([emim] [BF 4 ]), [emim] [AlCl 4 ], [Emim] [H 2,3 F 3,3 ], [emim] [CH 3 CO 2 ], [emim] [CF 3 SO 3 ], [emim] [(C 2 F 5 SO 2 ) 2 N ], [Emim] [(C 2 F 5 SO 2 ) 2 C], [emim] [TFA], [emim] [Ac], 1-butyl-3-methylpyridinium tetrafluoroborate ([bmpyri] [BF 4 ]), 1-butyl-3-methylpyrrolidinium tetrafluoroborate ([bmpyrro] [BF 4 ]), [bmim] [BF 4 ], 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride ([emim] [Cl]), [emim] [Tf 2 N ], [C 4 mim] [AC], [P 6614 ] [Pro], [P 6614 ] [Ala], [P 6614 ] [Gly], [MTBDH] [TFE], [C 2 mim] [DCA] , [C 2 mim] [Tf 2 N], [C 2 mim] [TfO], be used as the [C 2 mim] [TCB] It can be.

他にも、用いることのできるイオン液体として、例えば、N-(2-Methoxyethyl-N-methylpyrrolidinium tetrafluoroborate (MEMPBF4)、N-(2-Methoxyethyl-N-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (MEMPTFSI)、 N, N-Diethyl-N-methyl-N-(2-methoxyethyl)ammonium tetrafluoroborate (DEMEBF4)、N, N-Diethyl-N-methyl-N-(2-methoxyethyl)ammonium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (DEMETFSI)、N,N,N-Trimethyl-N-propylammonium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (TMPA TFSI)、N-Methyl-N-propylpiperidinium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (PP13 TFSI)などを挙げることができる。 Other ionic liquids that can be used include, for example, N- (2-Methoxyethyl-N-methylpyrrolidinium tetrafluoroborate (MEMPBF 4 ), N- (2-Methoxyethyl-N-methylpyrrolidinium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (MEMPTFSI), N , N-Diethyl-N-methyl-N- (2-methoxyethyl) ammonium tetrafluoroborate (DEMEBF 4 ), N, N-Diethyl-N-methyl-N- (2-methoxyethyl) ammonium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (DEMETFSI), N, N, N-Trimethyl-N-propylammonium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (TMPA TFSI), N-Methyl-N-propylpiperidinium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (PP13 TFSI) and the like can be mentioned.

以上に記載されたイオン液体は、EMIMBTIと同様に表示や符号が異なるが、分子構造が同じの場合がある。また、以上に示すイオン液体の他、必要に応じて新たなイオン液体を合成することができる。   The ionic liquids described above are different in display and symbols as in EMIMBTI, but may have the same molecular structure. In addition to the ionic liquid shown above, a new ionic liquid can be synthesized as necessary.

また、COは圧力に依存して、イミダゾール([Emim])系列のイオン液体に物理吸収されることが知られている。 Further, it is known that CO 2 is physically absorbed by an imidazole ([Emim] + ) series ionic liquid depending on pressure.

例えば、イミダゾール系のイオン液体の一例である[emim][TFSA]、[emim][BETA]、[emim][NFBS]、[emim][BF4]の場合は、40℃(313K)及び常圧(0.1 MPa = 1 atm)ではこれらのイオン液体におけるCOの溶解度は、約0.1 mole fraction以下から0.2 mole fraction以下となっている。一方で、これらのイオン液体は、40℃(313K)、6 MPa(= 60atm)の圧力条件下では0.3以上から0.6以上のmole fractionのCO溶解性を示すことになる。イミダゾール系イオン液体の種類にもよるが、例えば、40℃(313K)にて、圧力を常圧から6 MPaまで加圧させると、イオン液体へのCO溶解性を大幅(例えば、3倍〜4倍)に増大させることができる。 For example, in the case of [emim] [TFSA], [emim] [BETA], [emim] [NFBS], [emim] [BF 4 ], which are examples of imidazole-based ionic liquids, At a pressure (0.1 MPa = 1 atm), the solubility of CO 2 in these ionic liquids is about 0.1 mole fraction or less to 0.2 mole fraction or less. On the other hand, these ionic liquids exhibit a CO 2 solubility of a mole fraction of 0.3 or more and 0.6 or more under a pressure condition of 40 ° C. (313 K) and 6 MPa (= 60 atm). Depending on the type of imidazole ionic liquid, for example, when the pressure is increased from normal pressure to 6 MPa at 40 ° C. (313 K), the solubility of CO 2 in the ionic liquid is greatly increased (for example, 3 times to 4 times).

このように、温度一定の場合、供給されるCOの圧力の上昇に伴って、イオン液体によるCOの吸収量が増加する。 Thus, when the temperature is constant, the amount of CO 2 absorbed by the ionic liquid increases as the pressure of the supplied CO 2 increases.

COの気液臨界点は、温度が31℃、圧力が7.4 MPaである。COを気体として非水相の媒体に用いるイオン液体に供給する場合、COが超臨界流体にならない条件下でCOを供給することが好ましい。気液臨界点から温度又は圧力が上昇すると、COが超臨界流体になり得る。例えば、31℃の温度条件下では7.4 MPa以下の圧力であれば、COを気体として非水相に供給することができる。 The gas-liquid critical point of CO 2 has a temperature of 31 ° C. and a pressure of 7.4 MPa. If the CO 2 is supplied to the ionic liquid used in the medium of the non-aqueous phase as a gas, it is preferable to supply the CO 2 under conditions CO 2 is not a supercritical fluid. As temperature or pressure rises from the gas-liquid critical point, CO 2 can become a supercritical fluid. For example, if the pressure is 7.4 MPa or less under the temperature condition of 31 ° C., CO 2 can be supplied as a gas to the non-aqueous phase.

一方、COのイオン液体への溶解度は温度にも依存する。一般的に、温度の上昇とともにイオン液体へのCOの溶解度も減少する。従って、各温度における酵素の活性特性に合わせて、最適な温度に制御することが望ましい。 On the other hand, the solubility of CO 2 in an ionic liquid also depends on the temperature. In general, the solubility of CO 2 in ionic liquid decreases with increasing temperature. Therefore, it is desirable to control the temperature optimally according to the activity characteristics of the enzyme at each temperature.

イオン液体へのCOの溶解性は、カチオン種やアニオン種によっても影響を受ける。イオン液体におけるCO溶解性には、カチオン種による影響よりもアニオン種による影響の方が大きいという傾向が見られる。 The solubility of CO 2 in an ionic liquid is also affected by cationic species and anionic species. There is a tendency that the effect of anionic species is greater than the effect of cationic species on CO 2 solubility in ionic liquids.

具体例として、同じBmimカチオンを持つイオン液体の場合、下記のアニオン序列でCOをよく吸収する。
NO3 - < DCA- < BF4 - < PF6 - < TfO < TFSA
As a specific example, in the case of an ionic liquid having the same Bmim cation, CO 2 is well absorbed by the following anion sequence.
NO 3 - <DCA - <BF 4 - <PF 6 - <TfO <TFSA

同じEmimカチオンを持つイオン液体の場合、下記のアニオン序列でCOをよく吸収する。
DCA- < BF4 -, PF6 - < NFBS < TFSA < BETA
In the case of an ionic liquid having the same Emim cation, CO 2 is well absorbed by the following anion sequence.
DCA - <BF 4 -, PF 6 - <NFBS <TFSA <BETA

イオン液体におけるCO溶解性がイオン液体のカチオン種及びアニオン種に依存する理由の一つは、イオン液体中に分散されたunoccupied space(占有されていない空間)の存在にある。イオン液体中に規則正しく分散されているunoccupied spaceがCO分子を収容するスペースとして利用されている。COがこのunoccupied spaceに吸収される際、イオン液体中のカチオン及びアニオンの移動(displacement)に伴ってunoccupied spaceの広がり(膨張)が生じる。 One of the reasons why CO 2 solubility in an ionic liquid depends on the cationic and anionic species of the ionic liquid is the presence of an unoccupied space dispersed in the ionic liquid. An unoccupied space regularly dispersed in the ionic liquid is used as a space for accommodating CO 2 molecules. When CO 2 is absorbed into this unoccupied space, the unoccupied space expands with the displacement of cations and anions in the ionic liquid.

カチオンとアニオンの引き付け合う力(凝集力)が弱いイオン液体ほど、unoccupied spaceがイオン液体中に占める比率が多くなりがちな傾向がある。イオン液体中のunoccupied spaceが多いほど、COも多く吸収されることになる。 There is a tendency that the proportion of the unoccupied space in the ionic liquid tends to increase as the ionic liquid has a weaker cation and anion attracting force (cohesive force). The more unoccupied space in the ionic liquid, the more CO 2 is absorbed.

多くのイミダゾール系イオン液体は、上述の原理に基づき物理吸収によりCOを吸収する。 Many imidazole-based ionic liquids absorb CO 2 by physical absorption based on the above-described principle.

従って、実施形態では同じEmimカチオンを持つイオン液体のCOに対する吸収特性に基づいて、必要に応じて異なるイオン液体を適宜に混合して使用することができる。 Therefore, in the embodiment, different ionic liquids can be appropriately mixed and used as necessary based on the absorption characteristics of the ionic liquid having the same Emim cation with respect to CO 2 .

また、同じEmimカチオンを持つイオン液体の場合、ペルフルオロアルキル(Perfluoroalkyl)鎖が長ければ長いほどCOの溶解性を向上させる効果が大きい。そのため、この効果も考慮して、イオン液体のペルフルオロアルキル(Perfluoroalkyl)鎖を適宜に設計及び合成するとよい。 In the case of an ionic liquid having the same Emim cation, the longer the perfluoroalkyl chain, the greater the effect of improving the solubility of CO 2 . Therefore, in consideration of this effect, an ionic liquid perfluoroalkyl chain may be appropriately designed and synthesized.

二酸化炭素を物理的に吸収するイオン液体には、例えば、[C4mim][Nf2T]、[C4mim][PF6]、[C4mim][BF4]、 [C8mim][Nf2T]、[C2mim][eFAP]などのイオン液体を用いることができる。 Examples of ionic liquids that physically absorb carbon dioxide include [C 4 mim] [Nf 2 T], [C 4 mim] [PF 6 ], [C 4 mim] [BF 4 ], [C 8 mim An ionic liquid such as [Nf 2 T] or [C 2 mim] [eFAP] can be used.

一方、イオン液体によるCOの化学吸収は、Amine-basedのイオン液体又はAmino acid-basedのイオン液体などのイオン液体を用いて行うことができる。 On the other hand, chemical absorption of CO 2 by an ionic liquid can be performed using an ionic liquid such as an Amine-based ionic liquid or an Amino acid-based ionic liquid.

二酸化炭素を化学的に吸収するイオン液体には、例えば、[P6614][Pro]、[P6614][Ala]、[P6614][Gly]、[MTBDH][TFE]、[N1114][Tf2N]、[MTBDH][Im]を用いることができる。 Examples of ionic liquids that chemically absorb carbon dioxide include [P 6614 ] [Pro], [P 6614 ] [Ala], [P 6614 ] [Gly], [MTBDH] [TFE], [N 1114 ] [Tf 2 N] and [MTBDH] [Im] can be used.

その他、疎水性のイオン液体であれば、該イオン液体への水の溶解度が低いため、水による影響が少ない。また、イオン液体を用いる場合、疎水性・親水性を問わず以下のような利点が挙げられる:
1)ガス吸収にともなう体積膨張が小さい
2)広い温度範囲において化学的に安定である
3)不燃性であるため、事故などを引き起こすリスクが小さい。
In addition, in the case of a hydrophobic ionic liquid, since the solubility of water in the ionic liquid is low, the influence of water is small. In addition, when an ionic liquid is used, the following advantages can be mentioned regardless of hydrophobicity or hydrophilicity:
1) Volume expansion due to gas absorption is small 2) Chemical stability in a wide temperature range 3) Nonflammability, so there is little risk of causing accidents.

COの隔離効果を向上させるため、又はイオン液体の漏洩や流出などの問題を防ぐために、イオン液体を固定化担体で固定化(immobilize)して使用することがさらに望ましい。例えば、担体材料上にイオン液体膜を形成することで、イオン液体を固定化することができる。 In order to improve the CO 2 sequestration effect or to prevent problems such as leakage or outflow of the ionic liquid, it is further desirable to immobilize the ionic liquid with an immobilization support. For example, an ionic liquid can be immobilized by forming an ionic liquid film on a carrier material.

イオン液体の固定化担体として、多孔性膜、多孔性単層材料、ゼオライト、シリカガラス膜、高分子などの担体材料を用いることができる。   As the ionic liquid immobilization carrier, a carrier material such as a porous membrane, a porous monolayer material, zeolite, a silica glass membrane, and a polymer can be used.

高分子をイオン液体の固定化担体として用いる場合、キャスト法や電子紡糸法、吸引法により、ポリマー/イオン液体膜(polymer-ionic liquid composite membrane)、ポリマー/イオン液体繊維などのポリマー/イオン液体の複合材料(composite material)を作ることができる。ポリマーとして、例えば、poly(vinylidene difuoride)(PVDF)、poly(vinylidene difuoride)-hexafluoropropylene(PVDF-HFP)などを用いることができる。   When a polymer is used as an immobilizing carrier for an ionic liquid, a polymer / ionic liquid composite membrane, polymer / ionic liquid fiber, or other polymer / ionic liquid can be obtained by casting, electrospinning, or suction. A composite material can be made. As the polymer, for example, poly (vinylidene difuoride) (PVDF), poly (vinylidene difuoride) -hexafluoropropylene (PVDF-HFP), or the like can be used.

また、高分子材料とイオン液体の材料とを溶媒で溶かし、多孔性の電極材料に吹き付けることにより、電極の表面にポリマー/イオン液体膜を作ることができる。このようにイオン液体を膜又は繊維状に固定化して使用することができるので、加圧によるCOの吸収によるイオン液体の漏れを防ぐことがきる。 Also, a polymer / ionic liquid film can be formed on the surface of the electrode by dissolving the polymer material and the ionic liquid material with a solvent and spraying the material on the porous electrode material. As described above, the ionic liquid can be used while being fixed in the form of a membrane or a fiber, so that leakage of the ionic liquid due to absorption of CO 2 due to pressurization can be prevented.

イオン液体膜を作製する担体材料として、例えば、疎水性の高分子材料又は親水性の高分子材料を用いることができる。疎水性の高分子材料として、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)などを用いることができる。親水性の高分子材料として、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリビニルアルコール(PVA)などを用いることができる。又は、疎水性と親水性の高分子材料を混合して使用することができる。混合して使用する場合、例えば、PVDFとPTFEとを混合して使用することができる。   As a carrier material for producing the ionic liquid film, for example, a hydrophobic polymer material or a hydrophilic polymer material can be used. As the hydrophobic polymer material, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF) can be used. As the hydrophilic polymer material, for example, polyethylene (PE), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinyl alcohol (PVA), or the like can be used. Alternatively, a mixture of hydrophobic and hydrophilic polymer materials can be used. When mixed and used, for example, PVDF and PTFE can be mixed and used.

高分子材料の他、イオン液体を膜として使えるようになる担体材料として、陽極酸化アルミナナノポーラス膜、ポーラスTiO2、メソポーラスカーボンなどを用いることもできる。 In addition to a polymer material, an anodic alumina nanoporous film, porous TiO 2 , mesoporous carbon, or the like can be used as a carrier material that can use an ionic liquid as a film.

イオン液体は、またゲル化剤によりゲル化して、イオノゲル(ionogel)とも呼ばれているイオンゲル(ion gel)にすることができる。イオンゲルをさらに成膜させることによってイオンゲル膜にすることができる。ゲル化剤として、例えば、ゼラチン又はMOGs、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)を用いることができる。   The ionic liquid can also be gelled with a gelling agent into an ion gel, also called an ionogel. An ion gel film can be formed by further forming an ion gel. As a gelling agent, for example, gelatin, MOGs, or hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) can be used.

イオン液体は、また重合(Polymerize)することにより、polymerized ionic liquidsにして使用することができる。Polymerized ionic liquidsをさらに成膜させることによってpoly(ionic liquid)膜にすることができる。   Ionic liquids can also be used as polymerized ionic liquids by polymerizing. A polymer (ionic liquid) film can be formed by further forming polymerized ionic liquids.

その他、イオン液体として、ポーラス構造を有するポーラスイオン液体構造体(Porous ionic liquid structures)を用いることができる。ポーラスイオン液体構造体は、例えば、TiO2などからなる鋳型が存在する条件においてイオン液体の架橋(cross-linking)を行い、続いて鋳型の除去(例えば、エッチング、置換除去など)を行うことにより作ることができる。また、ポーラスイオン液体構造体は、鋳型フリーの条件においても作ることもできる。実施形態に用いることのできるポーラスイオン液体構造体としては、CO2をよく吸収できるポーラスイオン液体構造体が望ましく、その種類が特に限定されるものではない。 In addition, a porous ionic liquid structure having a porous structure can be used as the ionic liquid. The porous ionic liquid structure is obtained by, for example, performing cross-linking of the ionic liquid in a condition where a template made of TiO 2 or the like exists, and subsequently removing the template (for example, etching, replacement removal, etc.). Can be made. In addition, the porous ionic liquid structure can be produced even under mold-free conditions. The porous ionic liquid structure that can be used in the embodiment is preferably a porous ionic liquid structure that can absorb CO 2 well, and the type thereof is not particularly limited.

非水相の媒体としてイオン液体を用いた場合は、イオン液体の水相への流出を防ぐ目的で、イオン液体を含む非水相と水相との間に透過−分離膜(例えば、後述するセパレーター)を設けることが望ましい。   When an ionic liquid is used as the non-aqueous phase medium, a permeation-separation membrane (for example, described later) is provided between the non-aqueous phase containing the ionic liquid and the aqueous phase for the purpose of preventing the ionic liquid from flowing into the aqueous phase. It is desirable to provide a separator.

非水相に電解質として、例えば、支持塩を添加してもよい。支持塩の例として、KCl、Tetrabutylammonium perchlorate(TBAP)、高分子固体電解質などを挙げることができる。   For example, a supporting salt may be added to the non-aqueous phase as an electrolyte. Examples of the supporting salt include KCl, Tetrabutylammonium perchlorate (TBAP), solid polymer electrolyte, and the like.

なお、非水相が含むイオン液体には、それ自体が電解質としての機能を有することができるものもある。その場合、別途の電解質の添加を省略できる。   Note that some ionic liquids included in the non-aqueous phase can themselves have a function as an electrolyte. In that case, the addition of a separate electrolyte can be omitted.

<導電性担体>
導電性担体は、非水相と接するように設置されている。導電性担体は、例えば、非水相の表面に設けられたシート状又は板状の導電性材料などであり得る。あるいは、導電性担体は、例えば、非水相中に分散している粒子状の導電性材料などであり得る。その他、例えば、多孔質材料からなる導電性担体を用いることができ、このような多孔質な導電性担体の少なくとも一部に非水相が充填され得る。
<Conductive carrier>
The conductive carrier is placed in contact with the non-aqueous phase. The conductive carrier can be, for example, a sheet-like or plate-like conductive material provided on the surface of the non-aqueous phase. Alternatively, the conductive carrier can be, for example, a particulate conductive material dispersed in a non-aqueous phase. In addition, for example, a conductive carrier made of a porous material can be used, and at least a part of such a porous conductive carrier can be filled with a non-aqueous phase.

また、導電性担体は、酵素体を担持する。酵素体に含まれている酵素は、導電性担体とオームコンタクトしていることが望ましいが、他の分子を通して、酵素の酸化還元活性サイトへ電子を供給できれば、特に限定されることがない。   The conductive carrier carries an enzyme body. The enzyme contained in the enzyme body is preferably in ohmic contact with the conductive carrier, but is not particularly limited as long as electrons can be supplied to the redox active site of the enzyme through other molecules.

他の分子としては、例えば、アミノ基やカルボキシル基の末端を含むアルカンチオールを用いることができる。アルカンチオールのチオール基は、例えば、金と結合する場合、アルキル基のファンデルワールス力によってアルカンチオールが自己配向・整列して、自己組織化単分子集積膜(Self-Assembled Monolayer membrane;SAM membrane)を形成する。そして、酵素はアルカンチオールとアミド結合することができるため、酵素を金などの導電性担体の表面にアルカンチオールを介して固定させることができる。   As other molecules, for example, alkanethiol containing an amino group or a carboxyl group terminal can be used. The thiol group of alkanethiol is, for example, self-assembled monolayer membrane (SAM membrane) when the alkanethiol is self-orientated and aligned by van der Waals force of alkyl group when bonded to gold. Form. Since the enzyme can form an amide bond with the alkanethiol, the enzyme can be immobilized on the surface of a conductive carrier such as gold via the alkanethiol.

又は、酵素はグラフェンやカーボンナノチューブなどといった炭素材料又は金などからなる導電性担体の表面にリンカーを介して固定させることができる。この場合のリンカーは、上述した酸化還元活性サイトへの電子供給経路としての他の分子となる。リンカーとなる分子は、酵素を導電性担体に固定できる分子であれば、特に限定されることがない。   Alternatively, the enzyme can be immobilized via a linker on the surface of a conductive carrier made of carbon material such as graphene or carbon nanotube, or gold. In this case, the linker becomes another molecule as an electron supply path to the above-described redox active site. The molecule serving as the linker is not particularly limited as long as it can fix the enzyme to the conductive carrier.

また、炭素材料を導電性担体として用いる場合は、炭素材料にUV/O3処理、プラズマ処理、クロム酸処理などの処理を施すことができる。処理により、一部の炭素原子をカルボキシル基に変えることができる。酵素が含むアミノ基が、炭素材料が含むカルボキシル基とアミド結合することにより、酵素を炭素材料に固定させることができる。 When a carbon material is used as a conductive carrier, the carbon material can be subjected to treatments such as UV / O 3 treatment, plasma treatment, and chromic acid treatment. By treatment, some carbon atoms can be converted to carboxyl groups. The enzyme can be fixed to the carbon material by the amide bond between the amino group contained in the enzyme and the carboxyl group contained in the carbon material.

又は、炭素材料を導電性担体として用いる場合は、炭素材料をまず混酸(濃硝酸と濃硫酸との混合物)で処理して、炭素材料の表面にニトロ基を形成させる。その後、ニトロ基をアミノ基に還元させる。この場合は、酵素が含むカルボキシル基と炭素材料が含むアミノ基とのアミド結合により、酵素を炭素材料に固定させることができる。   Alternatively, when a carbon material is used as a conductive support, the carbon material is first treated with a mixed acid (a mixture of concentrated nitric acid and concentrated sulfuric acid) to form nitro groups on the surface of the carbon material. Thereafter, the nitro group is reduced to an amino group. In this case, the enzyme can be fixed to the carbon material by an amide bond between the carboxyl group contained in the enzyme and the amino group contained in the carbon material.

導電性担体は、例えば、電極であり得る。あるいは、導電性担体は、電極とは別体の導電性材料、例えば、金属粒子、グラフェン、ナノワイヤ、カーボンナノチューブ(CNT)、カーボンナノホンなどであり得る。金属粒子としては、例えば、金、銀、白金、銅などの金属からなる粒子や、これらの金属を含む合金の粒子を用いることができる。電極とは別体の導電性材料を、酵素体を担持する導電性担体として用いた場合は、当該導電性担体が電極に対しオームコンタクトされるよう設置されていることが望ましい。例えば、粒子状の導電性担体と電極との間に電気的接触が得られるように導電性担体を電極付近に分散することができる。あるいは、例えば、導電性担体で電極表面を修飾することができる。   The conductive carrier can be, for example, an electrode. Alternatively, the conductive carrier can be a conductive material separate from the electrode, such as metal particles, graphene, nanowires, carbon nanotubes (CNT), carbon nanophones, and the like. As the metal particles, for example, particles made of metal such as gold, silver, platinum, copper, or alloy particles containing these metals can be used. When a conductive material separate from the electrode is used as a conductive carrier that supports the enzyme body, it is desirable that the conductive carrier be placed in ohmic contact with the electrode. For example, the conductive carrier can be dispersed in the vicinity of the electrode so that electrical contact can be obtained between the particulate conductive carrier and the electrode. Alternatively, for example, the electrode surface can be modified with a conductive carrier.

導電性担体に担持されている酵素体へ、該導電性担体から電子が供給される。酵素体は、界面の電子移動(interfacial electron transfer:IET)により導電性担体から電子を直接受け取る。詳細には、電極を導電性担体として用いる場合、電極から酵素体へと電子が直接移動する。電極とは別体の導電性担体を用いている場合、電極から導電性担体へ移動した電子が、導電性担体から酵素体へと直接移動する。   Electrons are supplied from the conductive carrier to the enzyme body supported on the conductive carrier. The enzyme body directly receives electrons from the conductive carrier by interfacial electron transfer (IET). Specifically, when the electrode is used as a conductive carrier, electrons move directly from the electrode to the enzyme body. When a conductive carrier separate from the electrode is used, electrons moved from the electrode to the conductive carrier move directly from the conductive carrier to the enzyme body.

酵素は分子電極(又は電気)触媒(molecular electrocatalysts)の一種でもあるため、電極から電子を直接受け取ることができる。すなわち、少しの過電圧ηの印加により、電極と酵素体との界面の電子移動を通して、酵素体における酸化型酵素(Eox)の活性サイトに直接に電子を与え、還元型酵素(Ered)に還元させることができる。還元型酵素は、二酸化炭素を還元させる還元反応や、二酸化炭素の還元生成物をさらに還元させる還元反応における分子電極触媒として機能する。詳細には、還元型酵素が還元反応の基質を還元に用いる電子を供与すると共に、還元型酵素自身は酸化型酵素へ酸化される。電極からの電子移動により酸化型酵素は再び還元型酵素へと還元される。還元型酵素が再生されることで、二酸化炭素を燃料に還元させる分子電極触媒としての役割を繰り返し果たすことができる。 Enzymes are also a type of molecular electrocatalysts, so they can accept electrons directly from the electrodes. That is, by applying a little overvoltage η, electrons are transferred directly to the active site of the oxidized enzyme (E ox ) in the enzyme body through electron transfer at the interface between the electrode and the enzyme body, and the reduced enzyme (E red ) is given. Can be reduced. The reduced enzyme functions as a molecular electrode catalyst in a reduction reaction that reduces carbon dioxide or a reduction reaction that further reduces a reduction product of carbon dioxide. Specifically, the reducing enzyme donates an electron used for reducing the substrate of the reduction reaction, and the reducing enzyme itself is oxidized to the oxidizing enzyme. The oxidized enzyme is reduced again to the reduced enzyme by electron transfer from the electrode. By regenerating the reduced enzyme, it can repeatedly serve as a molecular electrode catalyst for reducing carbon dioxide to fuel.

ここで、電極から界面の電子移動により電子を直接受け取ることで酵素が還元されることを、直接電子移動による酵素の還元と云う。これに対し、酵素が電極から直接電子を受け取るのではなく、補酵素やメディエーターを介して電子を受け取り還元される場合は、間接電子移動による酵素の還元と云う。   Here, the reduction of the enzyme by directly receiving electrons from the electrode by the electron transfer at the interface is referred to as the reduction of the enzyme by the direct electron transfer. On the other hand, when an enzyme does not receive electrons directly from an electrode but is reduced by receiving electrons via a coenzyme or a mediator, it is called enzyme reduction by indirect electron transfer.

直接電子移動による酵素の還元を利用する場合、酵素反応(還元反応)は、補酵素やメディエーターを必要としないため、補酵素やメディエーターの拡散速度に制限されない。直接電子移動による酵素の還元を利用する酵素反応の速度は、電子移動速度にのみ依存する。   When utilizing the reduction of an enzyme by direct electron transfer, the enzyme reaction (reduction reaction) does not require a coenzyme or a mediator, and thus is not limited by the diffusion rate of the coenzyme or the mediator. The rate of the enzymatic reaction that utilizes the reduction of the enzyme by direct electron transfer depends only on the electron transfer rate.

また、補酵素やメディエーターは高価である。そのうえ、補酵素やメディエーターが水溶性である場合は、補酵素やメディエーターが水相へ流出することが懸念される。補酵素やメディエーターが水相へと流出すると、補酵素やメディエーターの価格面での損失があるだけでなく、酵素反応が滞る結果、反応生成物の生産効率が低下してしまう。さらに、消費や流失による補酵素の枯渇が、酵素反応の終結(termination)を招いてしまう。   Also, coenzymes and mediators are expensive. In addition, when the coenzyme or mediator is water-soluble, there is a concern that the coenzyme or mediator will flow out into the aqueous phase. When the coenzyme or mediator flows into the aqueous phase, not only does the coenzyme or mediator have a loss in price, but the enzyme reaction is delayed, resulting in a reduction in production efficiency of the reaction product. In addition, the depletion of coenzymes due to consumption and loss leads to termination of the enzyme reaction.

間接電子移動による酵素の還元には、上記の制限があるため、補酵素やメディエーターを用いずに直接電子移動による酵素の還元を採用することが望ましい。即ち、実施形態に係る二酸化炭素固定化装置には、補酵素及びメディエーターの何れも含まないことが望ましい。また、補酵素及びメディエーターが反応生成物に混入するおそれがないため、純度が高い反応生成物を得ることができる。   Since the reduction of the enzyme by indirect electron transfer has the above-mentioned limitations, it is desirable to employ the reduction of the enzyme by direct electron transfer without using a coenzyme or a mediator. That is, it is desirable that the carbon dioxide immobilization apparatus according to the embodiment does not include any of the coenzyme and the mediator. Moreover, since there is no possibility that the coenzyme and the mediator are mixed in the reaction product, a reaction product with high purity can be obtained.

分子電極触媒である酵素と直接に、例えば、補酵素やメディエーターを介さずに電子のやり取りを行う電極を、カソード電極と見なす。カソード電極自身が、酵素体を担持する導電性担体であり得る。あるいは、カソード電極は、導電性担体とオームコンタクトしている電極であり得る。   For example, an electrode that exchanges electrons directly with an enzyme that is a molecular electrode catalyst without using a coenzyme or a mediator is regarded as a cathode electrode. The cathode electrode itself may be a conductive carrier that supports the enzyme body. Alternatively, the cathode electrode can be an electrode that is in ohmic contact with the conductive support.

酵素体とカソード電極との間の界面電子移動速度には、下記事項による影響がある:
(1)酵素内の酸化還元中心と電極間の距離
(2)電子移動の経路における電子の通りやすさ
(3)酵素の酸化還元に関する再配向エネルギー。
The interfacial electron transfer rate between the enzyme and the cathode is affected by the following:
(1) Distance between the redox center in the enzyme and the electrode (2) Ease of electrons in the electron transfer path (3) Reorientation energy related to redox of the enzyme.

従って、酵素体に含まれる酵素内の酸化還元中心と電極の距離が短い方が望ましい。   Therefore, it is desirable that the distance between the redox center in the enzyme contained in the enzyme body and the electrode is short.

カソード電極とは別体の導電性担体を用いる場合は、例えば、導電性担体とカソード電極との間に導電率が高い材料、例えば、金ナノ粒子、銀ナノ粒子、白金ナノ粒子、銅ナノ粒子、グラフェン、ナノワイヤ、カーボンナノチューブ(CNT)、カーボンナノホンなどを介入させることが望ましい。こうすることで、酵素内の酸化還元中心への電子の供給をより容易に実現できる。   When a conductive carrier separate from the cathode electrode is used, for example, a material having high conductivity between the conductive carrier and the cathode electrode, for example, gold nanoparticles, silver nanoparticles, platinum nanoparticles, copper nanoparticles It is desirable to intervene graphene, nanowires, carbon nanotubes (CNT), carbon nanophones, and the like. By doing so, it is possible to more easily realize supply of electrons to the redox center in the enzyme.

導電性担体として、半導体材料を用いることもできる。半導体の材料を用いる場合、光照射により電子提供が行えるよう、光源と適切に組み合わせて使用することが望ましい。 例えば、アノード電極として半導体の材料を用いる場合、アノード電極に光を照射して生じた電子を、カソード電極を介して酵素内の酸化還元中心へ提供することができる。又は、半導体の導電性担体をカソード電極として用いる場合、光照射により生じた電子を酵素内の酸化還元中心へ提供することができる。光により生じた電子は、例えば、後述する電気的制御部により提供されている電子と合併して、酵素内の酸化還元中心へ提供することができる。   A semiconductor material can also be used as the conductive carrier. When a semiconductor material is used, it is desirable to use it in combination with a light source so that electrons can be provided by light irradiation. For example, when a semiconductor material is used as the anode electrode, electrons generated by irradiating the anode electrode with light can be provided to the redox center in the enzyme via the cathode electrode. Alternatively, when a semiconductor conductive carrier is used as the cathode electrode, electrons generated by light irradiation can be provided to the redox center in the enzyme. The electrons generated by light can be provided to the redox center in the enzyme in combination with, for example, electrons provided by an electrical control unit described later.

さらに、酵素の酸化還元に関わる再配向エネルギーが小さい方が望ましい。そのため、導電性担体に酵素体を担持させる方法、例えば、酵素の修飾法は、酵素の再配向エネルギーが小さく抑えられる方法を用いることが望ましい。   Furthermore, it is desirable that the reorientation energy related to the redox of the enzyme is small. For this reason, it is desirable to use a method in which an enzyme body is supported on a conductive carrier, for example, a method for modifying the enzyme, in which the reorientation energy of the enzyme can be kept small.

酵素体を担持する導電性担体は、例えば、以下の方法により得ることができる。例えば、物理的又は化学的手法(相互作用)によって、酵素体を導電性担体に直接修飾させることができる。   The conductive carrier carrying the enzyme body can be obtained, for example, by the following method. For example, the enzyme body can be directly modified to the conductive carrier by physical or chemical methods (interactions).

物理的手法の場合、例えば、導電性担体表面への酵素体の物理吸着(adsorption)によって導電性担体へ酵素体を直接に修飾させることができる。   In the case of a physical method, for example, the enzyme body can be directly modified to the conductive carrier by physical adsorption of the enzyme body to the surface of the conductive carrier.

物理吸着による導電性担体への酵素修飾は、酵素と導電性担体との相互作用が弱いため、酵素の高次元構造の変化も少なく、酵素の活性サイトの活性が保たれる利点がある。一方、溶媒、イオン強度や温度などの環境条件によって、酵素が導電性担体から脱離する場合がある。   Enzyme modification to a conductive carrier by physical adsorption has the advantage that the interaction between the enzyme and the conductive carrier is weak, so that there is little change in the high-dimensional structure of the enzyme and the activity of the active site of the enzyme is maintained. On the other hand, the enzyme may be detached from the conductive carrier depending on environmental conditions such as a solvent, ionic strength, and temperature.

また、バインダー(例えば、エポキシ−樹脂など)やNafion(登録商標)、高分子材料(例えば、ポリビニルカーボネート(PVC)、PVA、導電性ポリマーなど)、Carbon wax、mineral oil、carbon paste oil base、イオン液体、ゲル、固体電解質などの材料を介して酵素体を導電性担体に物理的に修飾させることもできる。この方法では、酵素の活性サイトへの電子供与をより円滑に進めさせるために、優れた電子伝導性を有する材料、例えば、CNT、グラフェン、金属ナノ粒子、金属微粒子を上記の材料と混ぜて、酵素体の修飾に用いることが望ましい。   In addition, binder (for example, epoxy-resin), Nafion (registered trademark), polymer material (for example, polyvinyl carbonate (PVC), PVA, conductive polymer, etc.), Carbon wax, mineral oil, carbon paste oil base, ion It is also possible to physically modify the enzyme body to a conductive carrier through a material such as a liquid, gel, or solid electrolyte. In this method, in order to promote the electron donation to the active site of the enzyme more smoothly, a material having excellent electron conductivity, for example, CNT, graphene, metal nanoparticles, metal fine particles are mixed with the above materials, It is desirable to use it for modification of an enzyme body.

高分子材料を用いた導電性担体への酵素固定化により、酵素体を担持する導電性担体を得ることもできる。例えば、酵素体を含むモノマー溶液を用い、モノマーの電解重合と共に導電性担体へ酵素体を修飾させることができる。   By conducting enzyme immobilization on a conductive carrier using a polymer material, a conductive carrier carrying an enzyme can also be obtained. For example, using a monomer solution containing an enzyme body, the enzyme body can be modified into a conductive carrier together with the electropolymerization of the monomer.

上述の物理的手法を用いて、酵素体を、例えば、電極基板、カーボンペーパー、カーボン繊維、カーボン不織布、カーボンクロス、カーボンフェルト(carbon felt)、発泡型(フォーム型)グラフェン(graphene foams with continuous 3D networks)、多孔質の導電性材料などの材料からなる導電性担体の表面へ修飾することができる。この方法において、導電性担体と酵素体との間に金属ナノ粒子及び界面活性剤などを適切に導入することができる。例えば、界面活性剤を導入することにより酵素の変性を防止できる。また、酵素を含む細胞又は微生物を直接に導電性担体に修飾させることもできる。   Using the physical methods described above, enzyme bodies can be transformed into, for example, electrode substrates, carbon paper, carbon fibers, carbon nonwoven fabrics, carbon cloth, carbon felt, foamed graphene (graphene foams with continuous 3D) network), and can be modified to the surface of a conductive carrier made of a material such as a porous conductive material. In this method, metal nanoparticles, a surfactant, and the like can be appropriately introduced between the conductive carrier and the enzyme body. For example, the denaturation of the enzyme can be prevented by introducing a surfactant. Moreover, the cell or microorganism containing an enzyme can also be directly modified to a conductive carrier.

また、包括法(entrapment)を用いて、酵素体を網状、クロス状の導電性担体内に包括させることができる。   Moreover, the enzyme body can be included in a net-like or cloth-like conductive carrier by using an entrapment method.

電子移動速度は、酵素と導電性担体との間の電子の伝達距離、及び酵素体を修飾するために用いられている材料の電気抵抗などの要因に影響される。従って、酵素と導電性担体との間の物理的距離がなるべく短いことが望ましい。例えば、上述したように導電性担体と酵素との間に界面活性剤を導入できる。また、後述するように酵素体は界面活性剤を含み得る。酵素と導電性担体との間に界面活性剤が位置し得ることを鑑みて、界面活性剤の炭化水素鎖がなるべく短い界面活性剤を選ぶことが望ましい。   The electron transfer rate is affected by factors such as the electron transfer distance between the enzyme and the conductive carrier, and the electrical resistance of the material used to modify the enzyme body. Therefore, it is desirable that the physical distance between the enzyme and the conductive carrier is as short as possible. For example, as described above, a surfactant can be introduced between the conductive carrier and the enzyme. Further, as described later, the enzyme body may contain a surfactant. In view of the fact that a surfactant can be located between the enzyme and the conductive carrier, it is desirable to select a surfactant with a hydrocarbon chain as short as possible.

化学的手法の場合、例えば、イオン結合や共有結合によって導電性担体へ酵素体を修飾させることができる。イオン結合により酵素体を導電性担体に修飾させる場合、pHやイオン強度の影響に留意する。一方、共有結合により酵素体を電極に修飾させる場合、酵素体と導電性担体との相互作用が強く、高濃度の塩や基質が存在する環境条件においても酵素体が導電性担体から容易に脱離することがない。そのため、供給結合を用いることが望ましい。   In the case of a chemical method, for example, the enzyme can be modified to the conductive carrier by ionic bond or covalent bond. When modifying an enzyme body to a conductive carrier by ionic bonding, pay attention to the influence of pH and ionic strength. On the other hand, when the enzyme body is modified on the electrode by a covalent bond, the interaction between the enzyme body and the conductive carrier is strong, and the enzyme body can be easily detached from the conductive carrier even in environmental conditions where high concentrations of salts and substrates are present. Never leave. Therefore, it is desirable to use supply coupling.

[カソード電極、アノード電極]
非水相に、例えば、カソードとアノードと呼ばれる一対の電極を設置する。これらカソードとアノードとは、例えば、非水相の媒体(イオン液体)中に含まれ得る。また、カソードとアノードとの各々について多孔質の電極を用いることもできる。このような場合には、これらの電極は、多孔質膜としても機能することができ、例えば、気相と非水相との界面、又は非水相と水相との界面に電極を設置できる。
[Cathode electrode, Anode electrode]
For example, a pair of electrodes called a cathode and an anode are installed in the non-aqueous phase. These cathode and anode can be contained, for example, in a non-aqueous phase medium (ionic liquid). A porous electrode can be used for each of the cathode and the anode. In such a case, these electrodes can also function as a porous membrane. For example, the electrodes can be installed at the interface between the gas phase and the non-aqueous phase, or at the interface between the non-aqueous phase and the aqueous phase. .

アノード電極は、カソード電極に対する対極として機能し得る。   The anode electrode can function as a counter electrode with respect to the cathode electrode.

また、一対の電極、つまり二つの電極よりも多い数の電極を用いることができる。複数ある電極のうち、同一の電極がカソード電極としての機能とアノード電極としての機能を兼用し得る。例えば、同一の電極が、一つの作動モードにおいてカソード電極として機能し、別の作動モードにおいてアノード電極として機能し得る。   Further, a pair of electrodes, that is, a larger number of electrodes than two electrodes can be used. Of the plurality of electrodes, the same electrode can serve both as a cathode electrode and as an anode electrode. For example, the same electrode can function as a cathode electrode in one mode of operation and an anode electrode in another mode of operation.

酵素体を含む電極をカソード電極として用いてもよい。あるいは、酵素/導電性担体(酵素が担持されている導電性担体)を含む電極をカソード電極として用いてもよい。即ち、カソード電極は、分子電極触媒への直接電子移動の電極として機能することができる。   You may use the electrode containing an enzyme body as a cathode electrode. Alternatively, an electrode including an enzyme / conductive carrier (a conductive carrier on which an enzyme is supported) may be used as a cathode electrode. That is, the cathode electrode can function as an electrode for direct electron transfer to the molecular electrode catalyst.

カソード電極及びアノード電極として、それぞれ多孔質ではない電極を用いた場合は、非水相及び水相における酵素反応の基質及び中間生成物、燃料、及びプロトンイオンなどの拡散が妨げられない位置にカソード電極とアノード電極それぞれを設置することが望ましい。一方で、カソード電極とアノード電極とが多孔質膜としても機能できる場合は、カソード電極とアノード電極とを設置する位置は特に限定されない。   When non-porous electrodes are used as the cathode electrode and the anode electrode, the cathode is placed at a position where diffusion of substrates and intermediate products, fuel, proton ions, etc. of the enzyme reaction in the non-aqueous phase and the aqueous phase is not hindered. It is desirable to install an electrode and an anode electrode, respectively. On the other hand, when the cathode electrode and the anode electrode can function as a porous film, the position where the cathode electrode and the anode electrode are installed is not particularly limited.

例えば、カソード電極を非水相と水相との間に設置することができる。また、例えば、アノード電極を気相と非水相との間に設置することができる。さらに、例えば、複数のカソード電極を非水相中に設置することで、非水相を複数の領域に区分けすることもできる。例えば、水相をプロトン源とした場合は、酵素体を担持するカソード電極を多孔質膜として非水相と水相との間に設置することで酵素体へプロトンを効率よく供給できるため、還元反応を促進できる。   For example, the cathode electrode can be installed between the non-aqueous phase and the aqueous phase. For example, an anode electrode can be installed between the gas phase and the non-aqueous phase. Furthermore, for example, the non-aqueous phase can be divided into a plurality of regions by installing a plurality of cathode electrodes in the non-aqueous phase. For example, when the aqueous phase is a proton source, the cathode electrode carrying the enzyme body is placed between the non-aqueous phase and the aqueous phase as a porous membrane so that protons can be efficiently supplied to the enzyme body. The reaction can be promoted.

また、多孔質である電極は、その少なくとも一部に非水相の媒体、つまりイオン液体が含浸され得る。電極を設置する位置に関わらず、多孔質な電極にイオン液体が含浸され得る。   Further, at least a part of the porous electrode can be impregnated with a non-aqueous medium, that is, an ionic liquid. Regardless of the position where the electrode is placed, the porous electrode can be impregnated with the ionic liquid.

カソード電極及びアノード電極の材質は、導電性のある材料から選択すればよく、その材料は特に限定されない。例えば、市販のカーボン、カーボンクロス、カーボン繊維、カーボン不織布、カーボンペーパー、カーボンフェルト(carbon felt)、カーボンナノファイバー不織布、発泡型(フォーム型)グラフェン(例えば、連続三次元ネットワークを有するグラフェンフォーム;graphene foams with continuous 3D networks)を用いることができる。   The material of the cathode electrode and the anode electrode may be selected from conductive materials, and the materials are not particularly limited. For example, commercially available carbon, carbon cloth, carbon fiber, carbon nonwoven fabric, carbon paper, carbon felt, carbon nanofiber nonwoven fabric, foamed graphene (for example, graphene foam having a continuous three-dimensional network; graphene foams with continuous 3D networks).

発泡型(フォーム型)グラフェンは、例えば、まず化学蒸着法(CVD法)によりニッケル・フォーム上にグラフェン層を作り、その後ニッケルの土台を取り除くことによって作ることができる。発泡型グラフェンは、多くの細孔を有するため、非水相の媒体(イオン液体)を中まで浸透させることができる。発泡型グラフェンはさらに、頑丈(robust)でフレキシブルであり、取り扱いやすいなどの長所を有する。   Foamed (foamed) graphene can be made, for example, by first forming a graphene layer on a nickel foam by chemical vapor deposition (CVD) and then removing the nickel base. Foamed graphene has many pores, so that a non-aqueous phase medium (ionic liquid) can penetrate into the inside. Foamed graphene further has advantages such as being robust and flexible and easy to handle.

その他、グラフェンの薄片又はカーボンナノチューブを含む複合電極材料を用いることができる。これらの材料を用いた電極は、多孔質膜としても機能することができる。多孔質膜を兼用する電極の片面が大気などの気相に曝露される場合は、例えば、非水相への二酸化炭素の供給を促進するために、気相に曝される面にガス拡散層を設けてもよい。ガス拡散層は、主としてカーボンと撥水性素材から成る緻密層(Micro Porous Layer)である。   In addition, a composite electrode material including a thin piece of graphene or a carbon nanotube can be used. An electrode using these materials can also function as a porous film. When one side of the electrode that also serves as the porous membrane is exposed to a gas phase such as the atmosphere, for example, in order to promote the supply of carbon dioxide to the non-aqueous phase, a gas diffusion layer is formed on the surface exposed to the gas phase. May be provided. The gas diffusion layer is a dense layer (Micro Porous Layer) mainly made of carbon and a water-repellent material.

また、金属材料の電極をカソード電極及びアノード電極として用いることもできる。例えば、白金、金、銀を含む電極を用いることができる。一方で、コストの面からは、チタン電極を用いることが望ましい。   Metal material electrodes can also be used as the cathode and anode electrodes. For example, an electrode containing platinum, gold, or silver can be used. On the other hand, it is desirable to use a titanium electrode from the viewpoint of cost.

カソード電極及びアノード電極は、電極の設置位置や用途に応じて、例えば、平板状、棒状、網状、ワイヤ状、発泡体状、クロス状(cloth-form)などの形状に適宜に加工して使用することができる。   The cathode electrode and the anode electrode are appropriately processed and used, for example, in a flat plate shape, a rod shape, a net shape, a wire shape, a foam shape, a cloth-form, etc. according to the installation position and application of the electrode. can do.

[参照電極、擬似参照電極]
また、カソード電極とアノード電極とに加え、非水相に参照電極又は擬似参照電極をさらに設けることで3電極系の設計とすることができる。あるいは、カソードとアノードとに加え、カソードとアノードとにそれぞれ対応する参照電極(計2つ)、又は擬似参照電極(計2つ)をさらに設けることで、4電極系の設計とすることができる。参照電極又は擬似参照電極を用いることにより、電圧をより正確に制御することができる。そのため、酵素反応(還元反応)を効率よく進行させることができる。参照電極及び擬似参照電極は、非水相における任意の場所に設置することができるが、カソード電極とアノード電極の間に設けることが望ましい。
[Reference electrode, pseudo reference electrode]
In addition to the cathode electrode and the anode electrode, a three-electrode system can be designed by further providing a reference electrode or a pseudo reference electrode in the non-aqueous phase. Alternatively, in addition to the cathode and the anode, a four-electrode system can be designed by further providing reference electrodes (two in total) or pseudo reference electrodes (two in total) corresponding to the cathode and the anode, respectively. . By using the reference electrode or the pseudo reference electrode, the voltage can be controlled more accurately. Therefore, an enzyme reaction (reduction reaction) can be efficiently advanced. The reference electrode and the pseudo reference electrode can be installed at any location in the non-aqueous phase, but it is desirable to provide them between the cathode electrode and the anode electrode.

あるいは、参照電極及び擬似参照電極は、水相における任意の場所に設置してもよい。メンテナンスの容易性などの利点を鑑みると、参照電極や擬似参照電極を水相に設置することが望ましい。また、参照電極を水相に設置する場合は、有機溶媒用の参照電極を用いる必要がなくなる。   Or you may install a reference electrode and a pseudo reference electrode in the arbitrary places in a water phase. In view of advantages such as ease of maintenance, it is desirable to install a reference electrode or a pseudo reference electrode in the aqueous phase. In addition, when the reference electrode is installed in the aqueous phase, it is not necessary to use a reference electrode for an organic solvent.

二酸化炭素固定化装置を定電流に設定した場合は、参照電極及び擬似参照電極を上述のように適切に設置することにより電流値と生成物濃度(例えば、燃料濃度)が安定するため望ましい。また、定電圧に設定した場合は、安定した印加電位値を保持することができ、高純度の生成物(燃料)が得られるため望ましい。   When the carbon dioxide fixing device is set to a constant current, it is desirable that the current value and the product concentration (for example, fuel concentration) are stabilized by appropriately installing the reference electrode and the pseudo reference electrode as described above. In addition, when a constant voltage is set, a stable applied potential value can be maintained, and a high-purity product (fuel) is obtained, which is desirable.

参照電極及び擬似参照電極として、例えば、白金、白金黒、パラジウム、銀、銀/塩化銀(Ag/AgCl)電極、金、カーボン電極などの電極を用いることができる。   Examples of the reference electrode and pseudo reference electrode include platinum, platinum black, palladium, silver, silver / silver chloride (Ag / AgCl) electrodes, gold, and carbon electrodes.

参照電極及び擬似参照電極は、その設置位置や用途に応じて、例えば、平板状、棒状、網状、ワイヤ状、発泡体状、クロス状(cloth-form)などの形状に適宜に加工して使用することができる。   The reference electrode and the pseudo reference electrode are used by appropriately processing, for example, a flat plate shape, a rod shape, a net shape, a wire shape, a foam shape, or a cloth-form according to the installation position and application. can do.

[酵素体]
導電性担体に担持される酵素体は、1種以上の酵素を含む。酵素体は、単独の酵素であってもよい。あるいは、酵素体は、固定化された酵素(immobilized enzyme)を含む。ここで、酵素の固定化とは、担体結合法により固定化担体へ酵素を結合させること、包括法により高分子ゲルやマイクロカプセルなどに酵素を封じ込めること、及び架橋法により酵素同士を結合させることを含む。酵素を固定化して得られる酵素体は、例えば、分散剤により形成される分子集合体と酵素とを含む複合体、酵素を内包するマイクロカプセル、高分子材料などからなる支持体とこの支持体に支持又は内包された酵素とを含む複合体などを含む。さらに、酵素体として、酵素を含んだ細胞や微生物を用いることもできる。
[Enzyme]
The enzyme body carried on the conductive carrier contains one or more kinds of enzymes. The enzyme body may be a single enzyme. Alternatively, the enzyme body includes an immobilized enzyme. Here, the enzyme immobilization means that the enzyme is bound to the immobilization carrier by the carrier binding method, the enzyme is encapsulated in a polymer gel or a microcapsule by a comprehensive method, and the enzymes are bound by a crosslinking method. including. An enzyme body obtained by immobilizing an enzyme is, for example, a support comprising a molecular assembly formed by a dispersant and an enzyme, a microcapsule containing the enzyme, a polymer material, and the like. And a complex containing an enzyme supported or encapsulated. Furthermore, cells or microorganisms containing enzymes can also be used as the enzyme body.

酵素体は、導電性担体の上に担持される。導電性担体による酵素体の担持の形態は、上述したとおりである。   The enzyme body is supported on a conductive carrier. The form of the enzyme body supported by the conductive carrier is as described above.

導電性担体は、一種の酵素体を含み、各酵素体は二種以上の酵素を含んでいてもよい。又は、導電性担体は、酵素の種類が異なる複数種の酵素体を含んでいてもよい。この場合、各酵素体は、酵素を一種のみ含んでいてもよく、酵素を二種以上含んでいてもよい。   The conductive carrier contains one kind of enzyme body, and each enzyme body may contain two or more kinds of enzymes. Or the electroconductive support | carrier may contain the multiple types of enzyme body from which the kind of enzyme differs. In this case, each enzyme body may contain only one type of enzyme or two or more types of enzymes.

また、導電性担体が、酵素の種類が異なる複数種の酵素体を含んでいる場合において、一方の酵素体における酵素反応によって生成された反応生成物の一部が、他方の酵素体における酵素反応の基質となる場合がある。同一の系に含まれている個別の酵素体の間では、化学物質の交換が速やかに行われている。そのため、一方の酵素体における酵素反応によって生成された反応生成物は、速やかに他方の酵素体へ移動し、そこで基質として酵素反応に参加する。   In addition, when the conductive carrier includes a plurality of types of enzyme bodies having different types of enzymes, a part of the reaction product generated by the enzyme reaction in one enzyme body is converted into the enzyme reaction in the other enzyme body. May be a substrate for Chemical substances are exchanged quickly between individual enzyme bodies contained in the same system. Therefore, the reaction product produced by the enzyme reaction in one enzyme body quickly moves to the other enzyme body, where it participates in the enzyme reaction as a substrate.

酵素反応が行われる場所を非水溶媒の中にすることで、ウィルス、カビ、細菌、藻類などの発生も防ぐことができる。この観点から、例えば、導電性担体を非水相中に浸漬又は埋没させたり、非水相の媒体を導電性担体に含浸させたりすることで、酵素体を非水相の媒体で取囲むことが望ましい。   By setting the place where the enzyme reaction is performed in a non-aqueous solvent, it is possible to prevent the generation of viruses, molds, bacteria, algae and the like. From this point of view, the enzyme body is surrounded by the non-aqueous phase medium by, for example, immersing or burying the conductive support in the non-aqueous phase or impregnating the non-aqueous phase medium with the conductive support. Is desirable.

なお、酵素体として、酵素を固定化して得られるものを用いた場合は、以下のような性質が発現するため、望ましい:
(1)高濃度の基質(例えば、二酸化炭素、又はその還元生成物)を用いることができる。
(2)酵素のストレス耐性が向上する。
(3)酵素(酵素体)と生成物との分離が容易になる。
(4)酵素の繰り返し使用が容易になる。
In addition, when the enzyme body obtained by immobilizing the enzyme is used, the following properties are expressed, which is desirable:
(1) A high concentration substrate (for example, carbon dioxide or a reduction product thereof) can be used.
(2) The stress resistance of the enzyme is improved.
(3) Separation of the enzyme (enzyme) and the product is facilitated.
(4) Repeated use of the enzyme is facilitated.

(酵素)
酵素体が含むことのできる酵素としては、単体で、あるいは複数の酵素を組み合わせたときに二酸化炭素を還元して、燃料を生成する反応を触媒する酵素であれば、特に限定されない。用いることのできる酵素は、例えば、二酸化炭素を還元して中間生成物を生成する酵素反応の触媒として機能する酵素、二酸化炭素由来の反応生成物(例えば、前述した中間生成物としての二酸化炭素の還元生成物)を基質とする酵素反応の触媒として機能する酵素、二酸化炭素をキャプチャーする酵素などを含む。
(enzyme)
The enzyme that can be included in the enzyme body is not particularly limited as long as it is an enzyme that catalyzes a reaction that reduces carbon dioxide when a single enzyme is combined or a combination of a plurality of enzymes to generate fuel. Enzymes that can be used include, for example, an enzyme that functions as a catalyst for an enzyme reaction that reduces carbon dioxide to produce an intermediate product, a reaction product derived from carbon dioxide (for example, the above-mentioned intermediate product of carbon dioxide as an intermediate product). An enzyme that functions as a catalyst for an enzyme reaction using a reduction product as a substrate, an enzyme that captures carbon dioxide, and the like.

酵素の具体例としては、例えば、formate dehydrogenase (FDH)、metal-dependent formate dehydrogenase、tungsten-containing formate dehydrogenase enzyme (FDH1)、formaldehyde dehydrogenase (FaldDH)、alcohol dehydrogenase (ADH)、carbon monoxide dehydrogenase (CODH)、carbonic anhydrase、molybdenum-containing formate dehydrogenase (Mo-FDH)のようなoxidoreductase-dehydrogenaseなどを挙げることができる。また、二酸化炭素をメタンに還元させる酵素であるremodeled nitrogenase を例として挙げることができる。 Specific examples of enzymes include formate dehydrogenase (FDH), metal-dependent formate dehydrogenase, tungsten-containing formate dehydrogenase enzyme (FDH1), formaldehyde dehydrogenase (F ald DH), alcohol dehydrogenase (ADH), carbon monoxide dehydrogenase (CODH). ), Oxidoreductase-dehydrogenase such as carbonic anhydrase and molybdenum-containing formate dehydrogenase (Mo-FDH). An example is remodeled nitrogenase, which is an enzyme that reduces carbon dioxide to methane.

その他、多段の酵素反応により二酸化炭素から、燃料の他にさらに付加価値が高い有用物質へ変換させるための酵素を用いることができる。   In addition, it is possible to use an enzyme for converting carbon dioxide into a useful substance having higher added value in addition to fuel by a multistage enzymatic reaction.

酵素は、種類によっては高圧力下でも触媒活性を示すことができる。例えば、200 MPaの圧力下でも機能できる酵素もある。異なる種類の酵素ごとに、一定の条件下(圧力以外の条件)においてその酵素が触媒する反応の反応速度が最大になる圧力、つまり最適圧力(optimal pressure)が存在し得る。例えば、一定の条件(圧力以外の条件)のもとで、圧力を増大させるとともに反応速度が増大し、最適圧力に到達した時点で反応速度が最大になる。最適圧力より高い圧力下では、反応速度が減少する。例えば、酵素は、一般的には400 MPa程度、又はそれ以上の圧力下で変性が起こり、機能を維持できなくなり得る。   Depending on the type, the enzyme can exhibit catalytic activity even under high pressure. For example, some enzymes can function under pressures of 200 MPa. For different types of enzymes, there may be a pressure at which the reaction rate of the reaction catalyzed by the enzyme is maximized under certain conditions (other than pressure), that is, an optimal pressure. For example, under a certain condition (a condition other than pressure), the reaction rate increases as the pressure is increased, and the reaction rate becomes maximum when the optimum pressure is reached. Under pressures higher than the optimum pressure, the reaction rate decreases. For example, the enzyme is generally denatured under a pressure of about 400 MPa or higher and may not maintain its function.

上述したとおり、圧力の上昇に伴ってイオン液体のCO溶解度が向上する。そのため、非水溶媒へのCO吸収の促進のために圧力を高くした条件においても触媒活性を示す酵素を用いることが好ましい。具体的には、酵素体に含ませる酵素としては、400 MPaの圧力下でもCO又はCOの還元生成物の還元反応を触媒する機能を維持するものが好ましい。例えば、常温(298 K)以上304 K以下の温度にて、0.1 MPa(常圧)以上7.4 MPa以下の範囲において活性を保持している酵素を用いることがより好ましい。 As described above, the CO 2 solubility of the ionic liquid improves with increasing pressure. Therefore, it is preferable to use an enzyme that exhibits catalytic activity even under conditions where the pressure is increased to promote CO 2 absorption into the non-aqueous solvent. Specifically, the enzyme included in the enzyme body is preferably one that maintains the function of catalyzing the reduction reaction of CO 2 or the reduction product of CO 2 even under a pressure of 400 MPa. For example, it is more preferable to use an enzyme that retains activity in the range of 0.1 MPa (normal pressure) to 7.4 MPa at room temperature (298 K) to 304 K.

(分散剤)
分散剤として乳化剤を用いることができる。乳化剤は、親水基と疎水基とを有する両親媒性分子である。乳化剤を使用して安定な分子集合体を形成することができる限り、実施形態に用いられる乳化剤の種類と組み合わせは特に限定されない。乳化剤には、例えば、脂質と境界脂質、スフィンゴ脂質、蛍光脂質、陽イオン性界面活性剤、陰イオン性界面活性剤、両性界面活性剤(ampholytic surfactant)、双性イオン界面活性剤(zwitterionic surfactant)、非イオン性界面活性剤、糖系界面活性剤、合成高分子、タンパク質などの天然高分子などを適宜選択して使用することができる。
(Dispersant)
An emulsifier can be used as a dispersant. An emulsifier is an amphiphilic molecule having a hydrophilic group and a hydrophobic group. The type and combination of the emulsifiers used in the embodiment are not particularly limited as long as a stable molecular assembly can be formed using the emulsifiers. Examples of emulsifiers include lipids and boundary lipids, sphingolipids, fluorescent lipids, cationic surfactants, anionic surfactants, ampholytic surfactants, zwitterionic surfactants. , Nonionic surfactants, sugar surfactants, synthetic polymers, natural polymers such as proteins, and the like can be appropriately selected and used.

双性イオン界面活性剤として、例えば、N-dodecyl-N、N-dimethyl-3-ammonio-1-propanesulfonate(SB-12)を用いることができる。   As the zwitterionic surfactant, for example, N-dodecyl-N, N-dimethyl-3-ammonio-1-propanesulfonate (SB-12) can be used.

(分子集合体)
非水溶媒において、分散剤によりほぼ球状の逆ミセル又は紐状の逆紐状ミセル、又はリポソーム、ベシクル、マイクロエマルション、ラージャーエマルション、両連続マイクロエマルション、単分散状のシングルエマルション、ダブルエマルション、多重層エマルションのいずれか一つ以上の分子集合体を形成させることができる。
(Molecular assembly)
In non-aqueous solvent, almost spherical reversed micelle or string-like reversed micelle by liposome, or liposome, vesicle, microemulsion, large emulsion, bicontinuous microemulsion, monodispersed single emulsion, double emulsion, multiple layers Any one or more molecular aggregates of the emulsion can be formed.

酵素体は、このような分子集合体に酵素を固定化して得られたものであってもよい。例えば、分子集合体の一例として、非水溶媒において分散剤により形成されるほぼ球状の逆ミセルは、その中央に所定量の水をウォータープールとして保持することができる。逆ミセルのウォータープールに酵素を取り込ませることによって、酵素を固定化することができる。このように酵素を固定化することを、ウォータープールへの酵素の可溶化ともいう。酵素体では、ウォータープールを酵素が触媒する酵素反応の場として利用する。   The enzyme body may be obtained by immobilizing an enzyme on such a molecular assembly. For example, as an example of a molecular assembly, a substantially spherical reverse micelle formed by a dispersant in a non-aqueous solvent can hold a predetermined amount of water as a water pool at the center. By incorporating the enzyme into the reverse micelle water pool, the enzyme can be immobilized. Immobilizing the enzyme in this way is also referred to as solubilization of the enzyme in the water pool. In the enzyme body, the water pool is used as an enzyme reaction field catalyzed by the enzyme.

逆ミセルは、例えば、次のように形成される。イオン液体などの非水溶媒に乳化剤を添加してゆき、乳化剤の濃度が臨界ミセル濃度(Critical Micelle Concentration;CMC)に達すると、乳化剤の親水基と疎水基がそれぞれ内側と外側に向き、水を囲んだほぼ球状の逆ミセルを形成することができる。   A reverse micelle is formed as follows, for example. When an emulsifier is added to a non-aqueous solvent such as an ionic liquid and the emulsifier concentration reaches the critical micelle concentration (Critical Micelle Concentration; CMC), the hydrophilic and hydrophobic groups of the emulsifier face inward and outward respectively, Surrounding substantially spherical reverse micelles can be formed.

また、乳化剤の濃度をさらに増やして、球状であった逆ミセルを成長させて紐状に伸びた逆紐状ミセルを形成することができる。逆紐状ミセルの中心部にある水は、逆ミセルと同様に酵素反応の反応場となる。また、逆紐状ミセルを酵素体として用いることにより、酵素体を含んだ非水溶媒をゲル化させることができる。非水溶媒のゲル化の詳細については後述する。   Further, by increasing the concentration of the emulsifier, the reverse micelles that are spherical can be grown to form reverse string micelles that are stretched in a string shape. The water in the center of the reverse string micelle serves as a reaction field for the enzyme reaction as in the reverse micelle. Moreover, the non-aqueous solvent containing an enzyme body can be gelatinized by using a reverse string micelle as an enzyme body. Details of the gelation of the non-aqueous solvent will be described later.

また、乳化剤の代わりに、例えば、1,2-ビス(2-エチルヘキシルカルボニル)-1-エタンスルホン酸ナトリウム(Aerosol OT;AOT)などの界面活性剤を非水溶媒に添加して逆ミセル及び逆紐状ミセルを作製できる。非水溶媒におけるAOTの濃度を増えさせると、逆紐状ミセルを形成させることができる。さらに、AOTの濃度を増やし続けると、逆紐状ミセルがお互いに絡み合って非水溶媒全体がゲル化する。   Further, instead of the emulsifier, for example, a surfactant such as sodium 1,2-bis (2-ethylhexylcarbonyl) -1-ethanesulfonate (Aerosol OT; AOT) is added to the non-aqueous solvent to reverse micelles and reverses. String-like micelles can be produced. When the concentration of AOT in the non-aqueous solvent is increased, reverse string micelles can be formed. Furthermore, when the concentration of AOT is continuously increased, the reverse string micelles are entangled with each other and the entire non-aqueous solvent is gelled.

また、その他の分子集合体として、例えば、分散剤により形成されるリポソーム、ベシクル、マイクロエマルション、ラージャーエマルション、両連続マイクロエマルション、油中水滴型エマルションなどの単分散状のシングルエマルション(W/O単分散状エマルション)、ダブルエマルション(W/O/W型ダブルエマルション)、又は多重層エマルションを用いることができる。これらの分子集合体は、内部にウォータープールとして利用できる内水相としての水溶媒を含み得る。   In addition, as other molecular aggregates, for example, monodisperse single emulsions (W / O single emulsions such as liposomes, vesicles, microemulsions, large emulsions, bicontinuous microemulsions, water-in-oil emulsions, etc. formed by a dispersant). A dispersion emulsion), a double emulsion (W / O / W type double emulsion), or a multilayer emulsion can be used. These molecular assemblies may contain an aqueous solvent as an inner aqueous phase that can be used as a water pool.

また、分子集合体が内水相として含むことのできる水溶媒は、例えば、上述したような極性のイオン液体を含んでいてもよい。例えば、非極性のイオン液体の中で形成される(IL+W)/Oマイクロエマルション(油中水滴型エマルション)、逆ミセル[(IL+W)/O]、又は逆紐状逆ミセルなどのイオン液体(IL)と水溶媒(W)とからなる混合溶媒の内相(IL+W)として、極性のイオン液体(IL)と水溶媒(W)との混合物を用いることができる。   Moreover, the aqueous solvent which a molecular assembly can contain as an internal aqueous phase may contain the polar ionic liquid as mentioned above, for example. For example, an ionic liquid (IL + W) / O microemulsion (water-in-oil emulsion), reverse micelle [(IL + W) / O], or reverse string-like reverse micelle formed in a non-polar ionic liquid ) And a water solvent (W), a mixture of a polar ionic liquid (IL) and a water solvent (W) can be used as the internal phase (IL + W) of the mixed solvent.

なお、ウォータープールの中で、イオン−双極子相互作用により分子運動を束縛された状態の分散剤の分子又はプロトン性イオン液体(PIL)の分子の親水基周辺に存在する水を、結合水と称する。一方、ウォータープールの中心部に存在する水は、バルク水とほぼ同様な状態の自由水である。自由水と結合水との間では、交換が迅速に行われている。自由水は、含水量ωoの増大とともに増大する。含水量ωoは下記式によって求められる。 In the water pool, the water existing around the hydrophilic group of the molecule of the dispersing agent or the protonic ionic liquid (PIL) in a state where the molecular motion is constrained by the ion-dipole interaction is referred to as bound water. Called. On the other hand, the water present in the center of the water pool is free water in a state substantially similar to bulk water. There is a rapid exchange between free water and bound water. Free water increases with increasing water content ω o . The water content ω o is obtained by the following formula.

ここで、[H2O]は水のモル濃度であり、[S]は分散剤(S)のモル濃度である。 Here, [H 2 O] is the molar concentration of water, and [S] is the molar concentration of the dispersant (S).

また、ウォータープールの半径(Rw)が下記式によって求められる。   Further, the radius (Rw) of the water pool is obtained by the following formula.

イオン液体としてプロトン性イオン液体(PIL)を用いる場合、PILは補助界面活性剤としての役割も果たし、逆ミセル又はマイクロエマルション(water-in-ionic liquid型; W/IL)の形成にも寄与することになる。そのため、逆ミセル又はマイクロエマルション(W/IL)の形成に利用されるPILの量も考慮する必要がある。一般的に含水量ωoは、一定の界面活性剤の濃度[S]において、PIL量が増大すると、より大きくなる。 When protic ionic liquid (PIL) is used as the ionic liquid, PIL also serves as a co-surfactant and contributes to the formation of reverse micelles or microemulsions (water-in-ionic liquid type; W / IL) It will be. Therefore, it is also necessary to consider the amount of PIL used to form reverse micelles or microemulsions (W / IL). In general, the water content ω o increases as the PIL amount increases at a constant surfactant concentration [S].

含水量ωoを適切に調整することにより、ウォータープールの大きさを適切に調整することができる。ただし、ウォータープールの中に、極性イオン液体などの溶媒が共同に存在する場合、含水量ωoは、上記式から逸脱する場合もある。 By appropriately adjusting the water content ω o , the size of the water pool can be adjusted appropriately. However, when a solvent such as a polar ionic liquid coexists in the water pool, the water content ω o may deviate from the above formula.

上述した逆ミセル、逆紐状ミセル、リポソーム、ベシクル、マイクロエマルション、ラージャーエマルション、W/O単分散状エマルション、又はW/O/W型ダブルエマルション等の分子集合体は、さらにゲル又は高分子材料でコートすることができる。   The above-described molecular aggregates such as reverse micelles, reverse string micelles, liposomes, vesicles, microemulsions, large emulsions, W / O monodisperse emulsions, or W / O / W double emulsions are further gels or polymer materials. Can be coated.

なお、ゲル又は高分子でコートした逆ミセル、リポソーム、ベシクル、マイクロエマルション、ラージャーエマルション、W/O単分散状エマルション、又はW/O/W型ダブルエマルション等の分子集合体は、マイクロカプセルとみなすことができる。   In addition, molecular aggregates such as reverse micelles, liposomes, vesicles, microemulsions, large emulsions, W / O monodispersed emulsions, or W / O / W double emulsions coated with gel or polymer are regarded as microcapsules. be able to.

分子集合体の安定性や酵素反応における酵素への直接電子移動を促進するために、さらに酸化グラフェン、カーボンナノチューブ、グラフェン、カーボンナノホン、シリカナノ粒子、銀ナノ粒子、金ナノ粒子、パラジウムナノ粒子、銅ナノ粒子、半導体ナノ粒子、メソポーラス材料の一種類以上を分子集合体の内部、表面、又は周辺に分散することができる。ここで、分子集合体の内部は、例えば、逆ミセル等のウォータープール内、又は逆紐状ミセルの中心部などである。これらのうち、酸化グラフェン、カーボンナノチューブ、グラフェン、カーボンナノホン、銀ナノ粒子、金ナノ粒子、パラジウムナノ粒子、銅ナノ粒子を分散させた場合は、高い電子伝導性とイオン伝導性、並びに分子集合体の安定性向上の効果を得ることができる。一方、シリカナノ粒子、半導体ナノ粒子、メソポーラス材料を分散させた場合、分子集合体の安定性の向上という効果を得ることができる。   In order to promote the stability of molecular aggregates and direct electron transfer to enzymes in enzyme reactions, graphene oxide, carbon nanotubes, graphene, carbon nanophones, silica nanoparticles, silver nanoparticles, gold nanoparticles, palladium nanoparticles, One or more types of copper nanoparticles, semiconductor nanoparticles, and mesoporous materials can be dispersed inside, on the surface, or around the molecular assembly. Here, the inside of the molecular assembly is, for example, a water pool such as a reverse micelle, or the center of a reverse string micelle. Of these, when graphene oxide, carbon nanotubes, graphene, carbon nanophones, silver nanoparticles, gold nanoparticles, palladium nanoparticles, and copper nanoparticles are dispersed, high electronic conductivity and ion conductivity, as well as molecular assembly The effect of improving the stability of the body can be obtained. On the other hand, when silica nanoparticles, semiconductor nanoparticles, and mesoporous materials are dispersed, an effect of improving the stability of the molecular assembly can be obtained.

また、一種類以上の半導体ナノ粒子を分子集合体の内部、表面、又は周辺に分散することができる。半導体ナノ粒子を分散させる場合、分子集合体の安定性向上という効果が得られるほか、光照射により生じた電子を酵素へ直接提供することもできる。   Also, one or more types of semiconductor nanoparticles can be dispersed inside, on the surface, or around the molecular assembly. When semiconductor nanoparticles are dispersed, the effect of improving the stability of the molecular assembly can be obtained, and electrons generated by light irradiation can be directly provided to the enzyme.

非水相に設けた一対以上の電極(カソード電極、アノード電極、参照電極、又は擬似参照電極)同士がこれらの材料によって短絡されないように留意する。例えば、分子集合体の内部に材料を分散する、又は各々の電極を十分に離して配置することで、電極の短絡を防止することができる。また、材料の大きさを小さくすることが、電極の短絡を防止するうえで好ましい。   Care is taken not to short-circuit a pair of electrodes (cathode electrode, anode electrode, reference electrode, or pseudo reference electrode) provided in the non-aqueous phase with these materials. For example, short-circuiting of the electrodes can be prevented by dispersing the material inside the molecular assembly or arranging the electrodes sufficiently apart. In addition, it is preferable to reduce the size of the material in order to prevent short-circuiting of the electrodes.

(マイクロカプセル)
実施形態に係るマイクロカプセルとは、例えば、微小な核(固体、液体、気体)を含む芯部を多孔性の壁膜により包み込んで得られ、大きさがナノスケールからミリスケールの範囲のものを指す。酵素体におけるマイクロカプセルは、酵素の変性や不活性化などの防止、非水溶媒からの隔離、保存、及び隠蔽などの効果を有する。
(Micro capsule)
The microcapsule according to the embodiment is obtained, for example, by encapsulating a core portion including minute nuclei (solid, liquid, gas) with a porous wall film and having a size ranging from nanoscale to millimeter scale. Point to. The microcapsules in the enzyme body have effects such as prevention of enzyme denaturation and inactivation, isolation from non-aqueous solvents, storage, and concealment.

実施形態に係るマイクロカプセルの芯部は、酵素反応の場として利用される。さらに、マイクロカプセルは、芯部へ基質、水、中間生成物など酵素反応に係る成分を速やかに取り込むことができ、また、芯部から酵素反応の反応生成物を速やかに放出することができる。   The core part of the microcapsule according to the embodiment is used as a field for enzyme reaction. Furthermore, the microcapsule can quickly take in the components related to the enzyme reaction such as a substrate, water, and an intermediate product into the core, and can quickly release the reaction product of the enzyme reaction from the core.

マイクロカプセルの壁膜、すなわち殻部の材料として、吸湿性高分子材料やその他の、例えば、固定化担体として用いることのできる高分子の材料を用いることができる。すなわち、マイクロカプセルの壁膜は、吸湿性高分子材料や高分子材料からなる有機の壁膜、無機の壁膜、無機/有機のハイブリッド壁膜のいずれか一種類の壁膜であり得る。   As the material of the wall film of the microcapsule, that is, the shell, a hygroscopic polymer material or other polymer material that can be used as, for example, an immobilization carrier can be used. That is, the wall film of the microcapsule may be any one of a wall film made of a hygroscopic polymer material or a polymer material, an organic wall film, an inorganic wall film, or an inorganic / organic hybrid wall film.

直接電子移動により酵素へ電子を与える場合、上述の分子集合体と同様に、導電性が高いナノ材料又は半導体ナノ材料をこれらの壁膜に分散させることが望ましい。   When an electron is given to an enzyme by direct electron transfer, it is desirable to disperse a highly conductive nanomaterial or semiconductor nanomaterial in these wall films as in the above-described molecular assembly.

マイクロカプセルは、一般的に、化学的技法、物理化学的技法、及び機械的かつ物理的技法の三大技法により作製することができる。これらの技法の中で、球状単核のマイクロカプセルを作製する技法として、化学的技法の界面重合法、in-situ重合法、液中硬化被覆法と、物理化学的技法の液中乾燥法などの方法がある。   Microcapsules can generally be made by three major techniques: chemical techniques, physicochemical techniques, and mechanical and physical techniques. Among these techniques, interfacial polymerization method of chemical technique, in-situ polymerization method, submerged curing coating method, and submerged drying method of physicochemical technique, etc. There is a way.

実施形態に係るマイクロカプセルは、上述の方法で作製できるほか、例えば、二段階乳化法や膜乳法、一段階乳化法により作製されたダブルエマルションを鋳型として作製することができる。特に一段階乳化法により作製されたダブルエマルションを鋳型として得られたマイクロカプセルは、芯物質内の不純物が少なく、粒径や芯の数、芯の粒径のバラツキが少なく、かつ高活性を保ったままの酵素を芯部に内包させることができるため、望ましい。   The microcapsule according to the embodiment can be produced by the above-described method, and can be produced by using, for example, a double emulsion produced by a two-stage emulsification method, a film milk method, or a one-stage emulsification method as a template. In particular, microcapsules obtained by using a double emulsion prepared by a one-step emulsification method as a template have few impurities in the core material, few variations in the particle size, number of cores, and core particle size, and maintain high activity. It is desirable because the enzyme can be encapsulated in the core.

又は、反応性の分散剤により形成された逆ミセル又はベシクル、ダブルエマルションを用いて、分散剤の光重合によりマイクロカプセルを作製することもできる。   Alternatively, microcapsules can be produced by photopolymerization of a dispersant using reverse micelles, vesicles, or double emulsions formed with a reactive dispersant.

マイクロカプセル内に酵素を保持させたものを酵素体とすることができる。このような酵素体は、例えば、上述の方法によってマイクロカプセルを作製する際、作製されるマイクロカプセルに酵素が内包されるようにしてマイクロカプセルを作製して得ることができる。また、酵素の代わりに、後述する細胞や微生物をマイクロカプセル内に保持してもよい。こうして得られる酵素を内包するマイクロカプセル(酵素体)を水溶媒に浸漬して芯部又は壁膜に水分を含ませてもよい。   A substance in which an enzyme is held in a microcapsule can be used as an enzyme body. Such an enzyme body can be obtained, for example, by producing a microcapsule so that the enzyme is encapsulated in the produced microcapsule when the microcapsule is produced by the above-described method. Moreover, you may hold | maintain the cell and microorganisms mentioned later in a microcapsule instead of an enzyme. Microcapsules (enzyme bodies) encapsulating the enzyme thus obtained may be immersed in an aqueous solvent so that the core or wall membrane contains moisture.

(細胞及び微生物)
酵素体として、酵素を含んだ細胞や微生物を用いることができる。細胞や微生物は、単体で酵素体として用いることができる。あるいは、担体結合法や包括法などにより固定化した細胞又は微生物を酵素体とすることもできる。
(Cells and microorganisms)
As the enzyme body, cells or microorganisms containing the enzyme can be used. Cells and microorganisms can be used alone as enzyme bodies. Alternatively, cells or microorganisms immobilized by a carrier binding method or a comprehensive method can be used as the enzyme body.

また、細胞や微生物を導電性が高いナノ材料又は半導体ナノ材料を含むゲル又は高分子材料でコートして、酵素体としてもよい。細胞や微生物をコートするゲルや高分子材料の詳細は後述する。細胞や微生物をゲルでコートする場合、ゲルとともに、細胞外マトリックスタンパク質(Extracellular Matrix protein: ECM protein)又は細胞外マトリックスであるフィブロネクチン(Fibronectin: FN)も併せてコートすることもできる。   Alternatively, cells or microorganisms may be coated with a gel or polymer material containing a highly conductive nanomaterial or semiconductor nanomaterial to form an enzyme body. Details of gels and polymer materials that coat cells and microorganisms will be described later. When cells or microorganisms are coated with a gel, an extracellular matrix protein (Extracellular Matrix protein: ECM protein) or an extracellular matrix, Fibronectin (FN) can also be coated together with the gel.

自然に存在する細胞や微生物は、さまざまな酵素を含んでおり、二酸化炭素の固定化や燃料への変換に有用な酵素又は酵素の組み合わせを含んでいるものもある。適当な組み合わせの酵素を有する細胞又は微生物を選択することにより、実施形態の酵素体として用いることができる。また、実施形態に用いることのできる細胞は、微生物以外の細胞、例えば、動物細胞や植物細胞であり得る。また、上記の微生物や細胞の代わりに、太陽光や人工光などの光をエネルギー源とする藻類と総称される生物群を用いることもできる。   Naturally occurring cells and microorganisms contain various enzymes, some of which contain enzymes or combinations of enzymes that are useful for fixing carbon dioxide or converting it to fuel. By selecting cells or microorganisms having an appropriate combination of enzymes, they can be used as the enzyme bodies of the embodiments. Moreover, the cell which can be used for embodiment can be cells other than microorganisms, for example, an animal cell and a plant cell. Further, instead of the above microorganisms and cells, a group of organisms collectively called algae using light such as sunlight or artificial light as an energy source can be used.

細胞や微生物は、増殖を伴わない死滅した状態のものを用いることができる。なお、このように死滅状態にある微生物は、静止状態にあるといい、このような微生物を固定化したものを固定化静止菌体という。   Cells and microorganisms that have been killed without proliferation can be used. A microorganism in such a dead state is said to be in a quiescent state, and a microorganism in which such a microorganism is immobilized is referred to as an immobilized quiescent cell.

(支持体)
酵素を固定化する支持体は、例えば、粉末状又は多孔性ビーズ状のキチン、キトサン(例えば、富士紡績製のキトパールBCW3010)、キシラン、κ−カラギーナンなどの多糖類を用いることができる。また、支持体として、例えば、多孔性のガラス、ポリ乳酸、アルミナ、シリカゲル、セライトを用いることができる。その他にも、例えば、セルロース、デキストラン、アガロースなどの多糖類誘導体も支持体として用いることができる。
(Support)
As the support on which the enzyme is immobilized, for example, powdered or porous beaded chitin, chitosan (for example, Chito Pearl BCW3010 manufactured by Fujibo), xylan, κ-carrageenan and other polysaccharides can be used. As the support, for example, porous glass, polylactic acid, alumina, silica gel, and celite can be used. In addition, for example, polysaccharide derivatives such as cellulose, dextran, and agarose can also be used as the support.

支持体の形状は特に限定されず、上述の粉末状や多孔性ビーズ以外の形状とすることもできる。例えば、セルロースの場合は、セルロースパウダーとしての形態の他に、不織布にして用いることができる。また、支持体としては、例えば、セルロースパウダー、セルロースナノファイバー(CNF)、セルロースナノクリスタル(CNC)、キチンナノファイバー、又はキトサンナノファイバーなどを用いることができる。なお、典型的なCNFは4 nm〜100 nm程度の幅及び5μm程度の長さを有し、典型的なCNCは、幅10 nm〜50 nm程度の幅及び100 nm〜500 nm程度の長さを有する。また、例えば、スギノマシン社製のセルロース、キチン、キトサン由来のナノファイバーである[BiNFi-s]を用いてもよい。なお、「BiNFi-s」は約20nmの直径及び数μmの長さを有する。   The shape of the support is not particularly limited, and may be a shape other than the above powder and porous beads. For example, in the case of cellulose, in addition to the form as cellulose powder, it can be used as a non-woven fabric. As the support, for example, cellulose powder, cellulose nanofiber (CNF), cellulose nanocrystal (CNC), chitin nanofiber, or chitosan nanofiber can be used. A typical CNC has a width of about 4 nm to 100 nm and a length of about 5 μm, and a typical CNC has a width of about 10 nm to 50 nm and a length of about 100 nm to 500 nm. Have Further, for example, [BiNFi-s], which is a nanofiber derived from cellulose, chitin, and chitosan manufactured by Sugino Machine, may be used. “BiNFi-s” has a diameter of about 20 nm and a length of several μm.

また、支持体として高分子材料を用いることができる。支持体として用いることのできる高分子材料(ポリマー材料)には、天然高分子又は合成高分子を原料としたものがある。   Further, a polymer material can be used as the support. As polymer materials (polymer materials) that can be used as a support, there are materials made from natural polymers or synthetic polymers.

天然高分子として、例えば、デンプン系(デンプン−アクリロニトリルグラフト重合体加水分解物、デンプン−アクリル酸グラフト重合体、デンプン−スチレンスルホン酸グラフト重合体、デンプン−ビニルスルホン酸グラフト重合体、デンプン−アクリルアミドグラフト重合体など)、セルロース系(セルロース−アクリロニトリルグラフト重合体、セルロース−スチレンスルホン酸グラフト重合体、カルボキシメチルセルロースの架橋体)、その他の多糖類系(ヒアルロン酸、アガロース)、タンパク質系(コラーゲンなど)などを用いることができる。   Examples of natural polymers include starch-based (starch-acrylonitrile graft polymer hydrolyzate, starch-acrylic acid graft polymer, starch-styrene sulfonic acid graft polymer, starch-vinyl sulfonic acid graft polymer, starch-acrylamide graft. Polymers), cellulose (cellulose-acrylonitrile graft polymer, cellulose-styrene sulfonic acid graft polymer, crosslinked carboxymethyl cellulose), other polysaccharides (hyaluronic acid, agarose), protein (collagen, etc.), etc. Can be used.

合成高分子を原料とした高分子材料は、機械的強度及び化学的安定性の面において優れている。合成高分子として、例えば、ポリビニルアルコール系(ポリビニルアルコール架橋重合体、PVA吸水ゲル、凍結/解凍エラストマーなど)、アクリル系(ポリアクリル酸ナトリウム架橋体、アクリル酸ナトリウム−ビニルアルコール共重合体、ポリアクリロニトリル系重合体ケン化物など)、その他の付加重合体(無水マレイン酸系重合体、ビニルピロリドン系共重合体など)、ポリエーテル系(ポリエチレングリコール−ジアクリレート架橋重合体など)、縮合系ポリマー(エステル系ポリマー、アミド系ポリマー)などを用いることができる。   A polymer material made from a synthetic polymer is excellent in terms of mechanical strength and chemical stability. Synthetic polymers include, for example, polyvinyl alcohol (polyvinyl alcohol cross-linked polymer, PVA water absorption gel, freeze / thaw elastomer, etc.), acrylic (sodium polyacrylate cross-linked, sodium acrylate-vinyl alcohol copolymer, polyacrylonitrile) Saponified polymers), other addition polymers (maleic anhydride polymers, vinylpyrrolidone copolymers, etc.), polyethers (polyethylene glycol-diacrylate cross-linked polymers, etc.), condensation polymers (esters) Polymer, amide polymer) and the like can be used.

上述の高分子材料は用途に応じて、粉末状、ビーズ状、繊維状、フィルム状、不織布状などさまざまな形状に適宜に加工して使用することができる。   The above-described polymer material can be used by appropriately processing into various shapes such as powder, bead, fiber, film, and non-woven fabric depending on the application.

上記の支持体を固定化担体として、例えば、担体結合法(物理的吸着法、イオン結合法、共有結合法)により酵素を支持体に修飾し、支持体上に酵素を分散して酵素体を作製する。あるいは、例えば、格子状の支持体を用い、包括法(格子型)により酵素で修飾する、又は酵素を支持体の網目構造の内部に閉じ込めることで酵素を中に分散して酵素体を作製する。   Using the above support as an immobilization carrier, for example, by modifying the enzyme to a support by a carrier binding method (physical adsorption method, ion binding method, covalent bond method), dispersing the enzyme on the support, Make it. Alternatively, for example, a lattice-shaped support is used and modified with an enzyme by a comprehensive method (lattice type), or the enzyme is dispersed in the network structure of the support to produce an enzyme body. .

酵素を固定化する支持体として、高分子ゲル(ポリマーゲル)を用いてもよい。このようなゲルとしては、例えば、トロポエラスチンというタンパク質で作られたMetrogel(MeTro Hydrogel;登録商標)、gelatin methacrylate(GelMA)ヒドロゲル、ゼラチン、アルギン酸ヒドロゲル、ポリアクリル酸ナトリウムゲル、メビオールジェル(池田化学社製の登録商標; Mebiolgel)、常温固化型/伸縮性ハイドロゲルAQUAJOINT(登録商標;日産化学工業株式会社製の商品名)、シリカゲル、寒天、κ−カラギーナン、ポリアクリルアミドゲルを用いることができる。   As a support on which the enzyme is immobilized, a polymer gel (polymer gel) may be used. Examples of such gels include Metrogel (MeTro Hydrogel; registered trademark), gelatin methacrylate (GelMA) hydrogel, gelatin, alginic acid hydrogel, sodium polyacrylate gel, mebiol gel (Ikeda) made of a protein called tropoelastin. Mebiolgel), room temperature solidified / stretchable hydrogel AQUAJOINT (registered trademark; trade name, manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.), silica gel, agar, κ-carrageenan, polyacrylamide gel can be used. .

上記のゲルに、例えば、結合法(物理的吸着法、イオン結合法、共有結合法)により酵素を分散及び修飾して、あるいは、包括法により酵素をゲルで包括することにより酵素体を作製することができる。   An enzyme body is prepared by dispersing and modifying an enzyme in the above gel by, for example, a binding method (physical adsorption method, ion binding method, covalent bonding method), or by encapsulating the enzyme in a gel by an inclusion method. be able to.

[多孔質膜]
気相と非水相との間、又は非水相と水相との間に多孔質膜を設けることができる。また、非水相に多孔質膜を設置することで、非水相を複数の非水相に分けることができる。
[Porous membrane]
A porous membrane can be provided between the gas phase and the non-aqueous phase, or between the non-aqueous phase and the aqueous phase. Moreover, the non-aqueous phase can be divided into a plurality of non-aqueous phases by installing a porous membrane in the non-aqueous phase.

上述したとおり、多孔質のカソード電極やアノード電極を多孔質膜として用いてもよいが、カソード電極及びアノード電極とは別体の多孔質膜を用いてもよい。この場合は、多孔質膜の材料として、上述した電極材料に加え、ガラス、セラミックス、高分子などといった、無機又は有機の材料を用いることができる。   As described above, a porous cathode electrode or an anode electrode may be used as the porous film, but a porous film separate from the cathode electrode and the anode electrode may be used. In this case, an inorganic or organic material such as glass, ceramics, or a polymer can be used as the material for the porous film, in addition to the electrode material described above.

また、多孔質膜表面の適切な位置において、撥水性膜や親水性膜、修飾膜、金属ナノ粒子などで適切に修飾することができる。なお、カソード電極及びアノード電極が多孔質膜を兼用する場合は、これらの電極も同様に、撥水性膜や親水性膜、修飾膜、金属ナノ粒子などで修飾してもよい。   Further, it can be appropriately modified with a water repellent film, a hydrophilic film, a modified film, metal nanoparticles or the like at an appropriate position on the surface of the porous film. When the cathode electrode and the anode electrode also serve as a porous film, these electrodes may be similarly modified with a water repellent film, a hydrophilic film, a modified film, metal nanoparticles, or the like.

また、多孔質膜を水相との間に設置する場合、水相側に面する多孔質膜の表面に透過−分離膜、プロトン交換膜(PEM)又はProtic系のイオン液体膜をさらに設けてもよい。   When a porous membrane is installed between the aqueous phase and the porous membrane facing the aqueous phase, a permeation-separation membrane, a proton exchange membrane (PEM) or a Protic ionic liquid membrane is further provided. Also good.

<水相>
実施形態に係る二酸化炭素固定化装置は、水を含んだ抽出液を含む水相を含む。
<Water phase>
The carbon dioxide immobilization apparatus according to the embodiment includes an aqueous phase including an extract containing water.

抽出液は、緩衝液を含むことができる。緩衝液の種類及び濃度は、反応系の種類によって適切に選択して使用することができる。適切に調整した緩衝液は、還元反応のためのプロトン源として機能し得る。   The extract can contain a buffer. The type and concentration of the buffer can be appropriately selected depending on the type of reaction system. An appropriately conditioned buffer can serve as a proton source for the reduction reaction.

抽出液は特に限定されず、反応生成物を速やかに抽出できる水溶液を抽出液として用いることができる。抽出液として、非水相へプロトンを継続的に供給できる水溶液を用いることが望ましい。   The extract is not particularly limited, and an aqueous solution that can rapidly extract the reaction product can be used as the extract. As the extract, it is desirable to use an aqueous solution capable of continuously supplying protons to the non-aqueous phase.

<セパレーター>
実施形態に係る二酸化炭素固定化装置は、さらにセパレーターを含むことができる。セパレーターを設置する個所は、装置の設計に応じて変更することができる。例えば、非水相と水相との間にセパレーターを設置したり、多孔質膜を兼用する電極に隣接するようにセパレーターを設置したりすることが可能であるが、セパレーターの設置個所は、これらに限定されない。
<Separator>
The carbon dioxide immobilization apparatus according to the embodiment may further include a separator. The location where the separator is installed can be changed according to the design of the apparatus. For example, it is possible to install a separator between a non-aqueous phase and an aqueous phase, or to install a separator adjacent to an electrode that also serves as a porous membrane. It is not limited to.

セパレーターは、基質や燃料を選択的に透過させることができる材料から選ぶことが望ましい。また、セパレーターは絶縁性の材料から選ぶことが望ましい。   The separator is preferably selected from materials that can selectively permeate the substrate and fuel. The separator is preferably selected from insulating materials.

セパレーターは独立型と複合型の物を選ぶことができる。例えば、多孔質膜に修飾されており、多孔質膜と一体になった複合型セパレーターを用いることができる。あるいは、多孔質膜と一体化されていない単独型セパレーターを用いることができる。   A separator can be selected from a stand-alone type and a composite type. For example, a composite separator that is modified with a porous membrane and integrated with the porous membrane can be used. Alternatively, a single separator that is not integrated with the porous membrane can be used.

セパレーターを、例えば、気相と非水相との間に設置する場合は、二酸化炭素を選択的に透過させ、中間生成物(例えば、ギ酸やホルムアルデヒド)や最終生成物(例えば、メタノールなどの燃料)を透過さないために、例えば、疎水性のセパレーターを用いることができる。   For example, when the separator is installed between the gas phase and the non-aqueous phase, carbon dioxide is selectively permeated, and an intermediate product (for example, formic acid or formaldehyde) or a final product (for example, fuel such as methanol). ), For example, a hydrophobic separator can be used.

一方、セパレーターを例えば、非水相と水相との間に設置する場合は、例えば、水相から非水相へのプロトンイオンの移動と、非水相から水相への燃料の拡散及び抽出とを鑑みて、プロトン交換膜や親水性の材料から選ぶことが望ましい。   On the other hand, when the separator is installed, for example, between the non-aqueous phase and the aqueous phase, for example, the movement of proton ions from the aqueous phase to the non-aqueous phase and the diffusion and extraction of fuel from the non-aqueous phase to the aqueous phase In view of the above, it is desirable to select from proton exchange membranes and hydrophilic materials.

セパレーターは高分子膜から選ぶことができる。高分子膜として、均質膜と複合膜、非対称膜からなる高分子膜を選ぶことができる。また、Nafion(登録商標)膜をセパレーターとして用いることもできる。特に、水と反応生成物、イオンを選択的に通し、酵素、酵素体、イオン液体などを通さない透過−分離膜を用いることが望ましい。   The separator can be selected from polymer membranes. As the polymer film, a polymer film composed of a homogeneous film, a composite film, and an asymmetric film can be selected. A Nafion (registered trademark) membrane can also be used as a separator. In particular, it is desirable to use a permeation-separation membrane that selectively allows water, reaction products, and ions to pass therethrough and does not pass enzymes, enzyme bodies, ionic liquids, and the like.

セパレーターの厚さは、気相における二酸化炭素の透過速度、非水相又は水相におけるイオンと分子の透過速度に応じて適切に選択することができる。   The thickness of the separator can be appropriately selected according to the permeation rate of carbon dioxide in the gas phase and the permeation rate of ions and molecules in the non-aqueous phase or the aqueous phase.

以下に、実施形態に係る二酸化炭素固定化装置の具体的な構成の例を、図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は実施の形態の説明とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは上述した説明と公知の技術とを参酌して、適宜設計変更することができる。   Below, the example of the concrete structure of the carbon dioxide fixing device which concerns on embodiment is demonstrated, referring drawings. In addition, the same code | symbol shall be attached | subjected to a common structure through embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted. Each figure is a schematic diagram for promoting the explanation of the embodiment and its understanding, and its shape, dimensions, ratio, etc. are different from the actual apparatus, but these are the explanations described above and known techniques. The design can be changed as appropriate.

図1に、実施形態の第1の態様に係る一例の二酸化炭素固定化装置の概略図を示す。図示する二酸化炭素固定化装置は、三段階の酵素反応を経て二酸化炭素を最終生成物へと還元する二酸化炭素固定化装置の一例である。   In FIG. 1, the schematic of the carbon dioxide fixing device of an example which concerns on the 1st aspect of embodiment is shown. The carbon dioxide immobilization apparatus shown in the figure is an example of a carbon dioxide immobilization apparatus that reduces carbon dioxide to a final product through a three-stage enzyme reaction.

図1に示す二酸化炭素固定化装置100は、第1のブロック110と、第2のブロック120と、第3のブロック130とから構成される。   A carbon dioxide immobilization apparatus 100 shown in FIG. 1 includes a first block 110, a second block 120, and a third block 130.

第1のブロック110は、気相111、非水相112、及び水相113を収容する、又はそれらが収容される空間を内部に有する第1のセル本体C1を含む。第2のブロック120は、供給水相123a、非水相122、及び抽出水相123bを収容する、又はそれらが収容される空間を内部に有する第2のセル本体C2を含む。第3のブロック130は、供給水相133a、非水相132、及び抽出水相133bを収容する、又はそれらが収容される空間を内部に有する第3のセル本体C3を含む。   The first block 110 includes a first cell body C1 that accommodates the gas phase 111, the non-aqueous phase 112, and the aqueous phase 113 or has a space in which they are accommodated. The 2nd block 120 contains the 2nd cell main body C2 which accommodates the space which accommodates the supply water phase 123a, the non-aqueous phase 122, and the extraction water phase 123b, or accommodates them inside. The third block 130 includes a third cell main body C3 that houses the supply aqueous phase 133a, the non-aqueous phase 132, and the extracted aqueous phase 133b, or has a space in which they are contained.

ここで、第1のブロック110の非水相112と第2のブロック120の非水相122と第3のブロック130の非水相132とは、それぞれ第1の非水相と第2の非水相と第3の非水相と見なすことができる。   Here, the non-aqueous phase 112 of the first block 110, the non-aqueous phase 122 of the second block 120, and the non-aqueous phase 132 of the third block 130 are respectively a first non-aqueous phase and a second non-aqueous phase. It can be regarded as an aqueous phase and a third non-aqueous phase.

また、第1のブロック110における水相113と第2のブロック120の前段にある供給水相123aとを併せて第1の水相と見なせる。第2のブロック120の後段にある抽出水相123bと第3のブロック130の前段にある供給水相133aとを併せて第2の水相と見なせる。第3のブロック130の後段にある抽出水相133bを第3の水相と見なせる。   Further, the water phase 113 in the first block 110 and the supply water phase 123a in the previous stage of the second block 120 can be considered together as the first water phase. The extracted aqueous phase 123b in the subsequent stage of the second block 120 and the supply aqueous phase 133a in the preceding stage of the third block 130 can be considered as the second aqueous phase. The extracted aqueous phase 133b in the subsequent stage of the third block 130 can be regarded as the third aqueous phase.

より詳細には、二酸化炭素固定化装置100の第1のブロック110では、二酸化炭素を含む気相111と、イオン液体を含む非水相112と、非水相112から第1の反応生成物15を抽出する抽出液を含む水相113とが第1のセル本体C1に収容されている。   More specifically, in the first block 110 of the carbon dioxide immobilization apparatus 100, the gas phase 111 containing carbon dioxide, the non-aqueous phase 112 containing ionic liquid, and the first reaction product 15 from the non-aqueous phase 112. The aqueous phase 113 containing the extraction liquid for extracting the water is accommodated in the first cell body C1.

第1のブロック110では、カソード電極115及びアノード電極114が、非水相112に接するように設けられている。カソード電極115とアノード電極114は多孔質材料からなる電極である。カソード電極115には、酵素体11が担持されている。酵素体11の担持の形態は、概略的に示す。   In the first block 110, the cathode electrode 115 and the anode electrode 114 are provided in contact with the non-aqueous phase 112. The cathode electrode 115 and the anode electrode 114 are electrodes made of a porous material. The enzyme body 11 is supported on the cathode electrode 115. The carrying form of the enzyme body 11 is schematically shown.

また、第1のブロック110は、電気的制御部151をさらに含む。電気的制御部151は、カソード電極115とアノード電極114とに印加する電圧(又は電位)を制御するセル電圧制御部であり得る。あるいは、電気的制御部151は、カソード電極115とアノード電極114との間を流れる電流を制御する電流制御部であり得る。また、電気的制御部151は、セル電圧制御部として機能するモードと電流制御部として機能するモードとを備えたものであってもよい。   The first block 110 further includes an electrical control unit 151. The electrical control unit 151 may be a cell voltage control unit that controls a voltage (or potential) applied to the cathode electrode 115 and the anode electrode 114. Alternatively, the electrical control unit 151 may be a current control unit that controls a current flowing between the cathode electrode 115 and the anode electrode 114. The electrical control unit 151 may include a mode that functions as a cell voltage control unit and a mode that functions as a current control unit.

カソード電極115は、例えば、カソード(陰極)であるとともに、非水相112と水相113との間に設置されて多孔質膜としても機能する。アノード電極114は、例えば、アノード(陽極)であるとともに、気相111と非水相112との間に設置されて多孔質膜としても機能する。カソード電極115とアノード電極114とは、第1のセル本体C1の内部空間を3つの室、すなわち気相111用の室と、非水相112用の室と、水相113用の室とに仕切っている。   The cathode electrode 115 is, for example, a cathode (cathode) and is also disposed between the non-aqueous phase 112 and the aqueous phase 113 and functions as a porous film. The anode electrode 114 is, for example, an anode (anode), and is installed between the gas phase 111 and the non-aqueous phase 112 to function as a porous film. The cathode electrode 115 and the anode electrode 114 divide the internal space of the first cell body C1 into three chambers: a chamber for the gas phase 111, a chamber for the non-aqueous phase 112, and a chamber for the aqueous phase 113. Partitioning.

図1に示すカソード電極115は、非水相112と水相113との間に設置されているが、非水相112におけるその他の任意の場所に設置することができる。例えば、カソード電極115を、非水相112と水相113との界面付近に、かつ水相113と接さないように設置することが望ましい。同様にアノード電極114も、非水相112における任意の場所に設置することができる。アノード電極114は、非水相112と気相111の間に設置される場合、アノード電極の一部が気相に曝露されても構わない。また、カソード電極115及びアノード電極114は、非水相112の一部をそれぞれ含浸し得る。   The cathode electrode 115 shown in FIG. 1 is installed between the non-aqueous phase 112 and the aqueous phase 113, but can be installed at any other location in the non-aqueous phase 112. For example, it is desirable to install the cathode electrode 115 in the vicinity of the interface between the non-aqueous phase 112 and the aqueous phase 113 so as not to contact the aqueous phase 113. Similarly, the anode electrode 114 can also be installed at any location in the non-aqueous phase 112. When the anode electrode 114 is installed between the non-aqueous phase 112 and the gas phase 111, a part of the anode electrode may be exposed to the gas phase. Moreover, the cathode electrode 115 and the anode electrode 114 can each impregnate a part of the non-aqueous phase 112.

また、第1のブロック110は、カソード電極115とアノード電極114とに加え、参照電極116を含む。図1では、水相113に参照電極116を設置して3電極系とした例を示す。参照電極116を設置する位置は図示する位置に限られず、例えば、水相113における任意の位置に参照電極116を設置することができる。あるいは、非水相112における任意の位置に参照電極116を設定してもよい。但し、参照電極116が、カソード電極115又はアノード電極114と接触しないよう留意する。   The first block 110 includes a reference electrode 116 in addition to the cathode electrode 115 and the anode electrode 114. FIG. 1 shows an example in which a reference electrode 116 is provided in the aqueous phase 113 to form a three-electrode system. The position where the reference electrode 116 is installed is not limited to the position shown in the figure. For example, the reference electrode 116 can be installed at an arbitrary position in the aqueous phase 113. Alternatively, the reference electrode 116 may be set at an arbitrary position in the non-aqueous phase 112. However, care should be taken that the reference electrode 116 does not contact the cathode electrode 115 or the anode electrode 114.

参照電極116を水相113に設ける場合は考慮しなくてもよいが、参照電極116を非水相112に設ける場合は、例えば、有機溶媒用の参照電極を参照電極116として用いることが望ましい。   When the reference electrode 116 is provided in the aqueous phase 113, it may not be considered. However, when the reference electrode 116 is provided in the non-aqueous phase 112, for example, a reference electrode for an organic solvent is preferably used as the reference electrode 116.

参照電極を二つ用いることで、4電極系の設計にしてもよい。例えば、二つの参照電極を各々カソード電極115及びアノード電極114にそれぞれ対応させることができる。あるいは、参照電極を省略して2電極系の設計にしてもよい。   A four-electrode system may be designed by using two reference electrodes. For example, two reference electrodes can correspond to the cathode electrode 115 and the anode electrode 114, respectively. Alternatively, the reference electrode may be omitted and a two-electrode system may be designed.

なお、2電極系の場合は、セル電圧制御部(電気的制御部151)は、電極に印加する電圧を制御する。一方で、例えば、3電極系とした場合は、セル電圧制御部は、電極に印加する電位を制御する。   In the case of the two-electrode system, the cell voltage control unit (electric control unit 151) controls the voltage applied to the electrodes. On the other hand, for example, in the case of a three-electrode system, the cell voltage control unit controls the potential applied to the electrodes.

参照電極の代わりに擬似参照電極を用いてもよい。擬似参照電極を設置する位置など擬似参照電極の設計は参照電極と同様の設計を採用できるため、詳細を省略する。   A pseudo reference electrode may be used instead of the reference electrode. Since the design of the pseudo reference electrode such as the position where the pseudo reference electrode is installed can be the same as the design of the reference electrode, the details are omitted.

図1に示す酵素体11は、酵素12を含んでいる。酵素12は、非水相112に供給された二酸化炭素(CO)を第1の反応生成物15へと還元する反応を触媒する。 The enzyme body 11 shown in FIG. The enzyme 12 catalyzes a reaction for reducing the carbon dioxide (CO 2 ) supplied to the non-aqueous phase 112 to the first reaction product 15.

気相111が含む二酸化炭素は、非水相112が含むイオン液体により二酸化炭素が選択的に吸収されることで、二酸化炭素が非水相112に供給される。酵素体11の酵素12の触媒作用によって、二酸化炭素は第1の反応生成物15に還元される。カソード電極115は、酵素12に電子を供与し、二酸化炭素を還元する際に酸化されて生じる酵素12の酸化型酵素を酵素12の還元型酵素へ還元する。   The carbon dioxide contained in the gas phase 111 is selectively absorbed by the ionic liquid contained in the non-aqueous phase 112, whereby the carbon dioxide is supplied to the non-aqueous phase 112. Carbon dioxide is reduced to the first reaction product 15 by the catalytic action of the enzyme 12 of the enzyme body 11. The cathode electrode 115 donates electrons to the enzyme 12 and reduces the oxidized enzyme of the enzyme 12 that is oxidized when the carbon dioxide is reduced to the reduced enzyme of the enzyme 12.

次に、生成された第1の反応生成物15は、水相113における抽出液により抽出される。その後、第1の反応生成物15は、第2のブロック120へと導入される。あるいは、例えば、中間生成物である第1の反応生成物15自体が有用な物質である場合は、第1の反応生成物15を水相113にて回収して利用することもできる。なお、第1の反応生成物15を回収する場合は、セル本体C1の水相113に隣接する部分に例えば、回収物を取り出すための取出し口を設けてもよい(図示省略)。   Next, the generated first reaction product 15 is extracted by the extract in the aqueous phase 113. Thereafter, the first reaction product 15 is introduced into the second block 120. Alternatively, for example, when the first reaction product 15 itself, which is an intermediate product, is a useful substance, the first reaction product 15 can be recovered and used in the aqueous phase 113. In addition, when collect | recovering the 1st reaction product 15, you may provide the extraction port for taking out a collection | recovery, for example in the part adjacent to the water phase 113 of the cell main body C1 (illustration omitted).

気相の流量は、気体導入口(CO導入口)51と気体排出口(CO導出口)52に設置されている気流制御弁53や、気体導入口51に接続されている気体導入路に設置されているポンプ(図示省略)によって制御できる。 The flow rate of the gas phase is determined by the air flow control valve 53 installed in the gas inlet (CO 2 inlet) 51 and the gas outlet (CO 2 outlet) 52 or the gas inlet path connected to the gas inlet 51. It can be controlled by a pump (not shown) installed in

また、例えば、気流制御弁53や、気体導入路に設置されているポンプを制御することによって、気相111の圧力を制御することもできる。気相111の圧力を上昇させることで、非水相112への二酸化炭素の供給を促進できる。   Further, for example, the pressure of the gas phase 111 can be controlled by controlling the air flow control valve 53 or a pump installed in the gas introduction path. By increasing the pressure of the gas phase 111, the supply of carbon dioxide to the non-aqueous phase 112 can be promoted.

また、図1に示した二酸化炭素固定化装置100では、第1のセル本体C1に気相111が収容されているが、第1のセル本体C1が気相111を収容しない形態を採用することもできる。例えば、二酸化炭素固定化装置100において、非水相112が直接、あるいは多孔質のアノード電極114又はその他の多孔質膜を介して大気に接するようにしてもよい。   In the carbon dioxide immobilization apparatus 100 shown in FIG. 1, the gas phase 111 is accommodated in the first cell main body C1, but the first cell main body C1 does not accommodate the gas phase 111. You can also. For example, in the carbon dioxide immobilization apparatus 100, the non-aqueous phase 112 may be in contact with the air directly or via the porous anode electrode 114 or other porous membrane.

水相113における抽出液の流量は、抽出液導入口55と抽出液導出口56とに設置されている液体流制御弁57や、抽出液導入口55に接続されている外部流路54に設置されているポンプ(図示省略)によって制御できる。   The flow rate of the extract in the aqueous phase 113 is set in the liquid flow control valve 57 installed in the extract introducing port 55 and the extract extracting port 56 or in the external flow path 54 connected to the extract introducing port 55. It can be controlled by a pump (not shown).

二酸化炭素固定化装置100の第2のブロック120では、第1の反応生成物15を抽出した水相113が導入される供給水相123aと、イオン液体を含む非水相122と、非水相122から第2の反応生成物25を抽出する抽出液を含む抽出水相123bとが第2のセル本体C2に収容されている。なお、第2のブロック120の非水相122に含まれているイオン液体は、第1のブロック110の非水相112に含まれているイオン液体と同一のものでもよく、あるいは異なっていてもよい。   In the second block 120 of the carbon dioxide fixing device 100, a supply aqueous phase 123a into which the aqueous phase 113 from which the first reaction product 15 has been extracted is introduced, a non-aqueous phase 122 containing an ionic liquid, and a non-aqueous phase. An extracted aqueous phase 123b containing an extraction liquid for extracting the second reaction product 25 from 122 is accommodated in the second cell main body C2. Note that the ionic liquid contained in the non-aqueous phase 122 of the second block 120 may be the same as or different from the ionic liquid contained in the non-aqueous phase 112 of the first block 110. Good.

第2のブロック120では、カソード電極125及びアノード電極124が、非水相122に接するように設けられている。カソード電極125とアノード電極124は多孔質材料からなる電極である。カソード電極125には、酵素体21が担持されている。酵素体11の担持の形態は、概略的に示す。   In the second block 120, the cathode electrode 125 and the anode electrode 124 are provided in contact with the non-aqueous phase 122. The cathode electrode 125 and the anode electrode 124 are electrodes made of a porous material. The enzyme body 21 is supported on the cathode electrode 125. The carrying form of the enzyme body 11 is schematically shown.

また、第2のブロック120は、電気的制御部152をさらに含む。電気的制御部152は、カソード電極125とアノード電極124とに印加する電圧(又は電位)を制御するセル電圧制御部であり得る。あるいは、電気的制御部152は、カソード電極125とアノード電極124との間に流れる電流を制御する電流制御部であり得る。また、電気的制御部152は、セル電圧制御部として機能するモードと電流制御部として機能するモードとを備えたものであってもよい。   The second block 120 further includes an electrical control unit 152. The electrical control unit 152 may be a cell voltage control unit that controls a voltage (or potential) applied to the cathode electrode 125 and the anode electrode 124. Alternatively, the electrical control unit 152 may be a current control unit that controls a current flowing between the cathode electrode 125 and the anode electrode 124. The electrical control unit 152 may include a mode that functions as a cell voltage control unit and a mode that functions as a current control unit.

カソード電極125は、例えば、カソード(陰極)であるとともに、非水相122と抽出水相123bとの間に設置されて多孔質膜としても機能する。アノード電極124は、例えば、アノード(陽極)であるとともに、供給水相123aと非水相122との間に設置されて多孔質膜としても機能する。また、カソード電極125とアノード電極124とは、非水相122のサポート基板としての役割も果たす。カソード電極125とアノード電極124とは、第2のセル本体C2の内部空間を3つの室、すなわち供給水相123a用の室と、非水相122用の室と、抽出水相123b用の室とに仕切っている。   The cathode electrode 125 is, for example, a cathode (cathode) and is installed between the non-aqueous phase 122 and the extraction aqueous phase 123b and functions as a porous membrane. The anode electrode 124 is, for example, an anode (anode) and is disposed between the supply aqueous phase 123a and the non-aqueous phase 122 and functions as a porous film. Further, the cathode electrode 125 and the anode electrode 124 also serve as a support substrate for the non-aqueous phase 122. The cathode electrode 125 and the anode electrode 124 include three chambers in the internal space of the second cell body C2, that is, a chamber for the supply aqueous phase 123a, a chamber for the non-aqueous phase 122, and a chamber for the extraction aqueous phase 123b. It is divided into and.

図1に示すカソード電極125及びアノード電極124は、それぞれ供給水相123aと非水相122との間及び非水相122と抽出水相123bとの間に設置されているが、これらカソード電極125及びアノード電極124は、非水相122におけるその他の任意の場所に設置することができる。例えば、カソード電極125を、非水相122と抽出水相123bとの界面付近、かつ水相と接さないように設置することが望ましい。同様にアノード電極124も、非水相122における任意の場所に設置することができる。例えば、アノード電極124を、非水相122と供給水相123aとの界面付近、かつ水相と接さないように設置することが望ましい。   The cathode electrode 125 and the anode electrode 124 shown in FIG. 1 are installed between the supply aqueous phase 123a and the non-aqueous phase 122 and between the non-aqueous phase 122 and the extraction aqueous phase 123b, respectively. And the anode electrode 124 can be installed at any other location in the non-aqueous phase 122. For example, it is desirable to install the cathode electrode 125 in the vicinity of the interface between the non-aqueous phase 122 and the extracted aqueous phase 123b so as not to contact the aqueous phase. Similarly, the anode electrode 124 can also be installed at any place in the non-aqueous phase 122. For example, it is desirable to install the anode electrode 124 in the vicinity of the interface between the non-aqueous phase 122 and the supply aqueous phase 123a so as not to contact the aqueous phase.

また、第2のブロック120は、カソード電極125とアノード電極124とに加え、参照電極126を含む。参照電極126を設置する位置など第2のブロック120における参照電極126の設計は、第1のブロック110における参照電極116と同様の設計を採用できるため、詳細を省略する。   The second block 120 includes a reference electrode 126 in addition to the cathode electrode 125 and the anode electrode 124. Since the design of the reference electrode 126 in the second block 120 such as the position where the reference electrode 126 is installed can be the same as the design of the reference electrode 116 in the first block 110, the details are omitted.

なお、2電極系の場合は、セル電圧制御部(電気的制御部152)は、電極に印加する電圧を制御する。一方で、例えば、3電極系とした場合は、セル電圧制御部は、電極に印加する電位を制御する。   In the case of a two-electrode system, the cell voltage control unit (electric control unit 152) controls the voltage applied to the electrodes. On the other hand, for example, in the case of a three-electrode system, the cell voltage control unit controls the potential applied to the electrodes.

参照電極の代わりに擬似参照電極を用いてもよい。擬似参照電極を設置する位置など擬似参照電極の設計は参照電極と同様の設計を採用できるため、詳細を省略する。   A pseudo reference electrode may be used instead of the reference electrode. Since the design of the pseudo reference electrode such as the position where the pseudo reference electrode is installed can be the same as the design of the reference electrode, the details are omitted.

第1のブロック110の水相113から第1の反応生成物15を含む抽出液が第2のブロック120の供給水相123aに導入されると、非水相122が含むイオン液体により第1の反応生成物15が選択的に抽出されることで、第1の反応生成物15が非水相122に供給される。酵素体21の酵素22の触媒作用によって、第1の反応生成物15は第2の反応生成物25に還元される。カソード電極125は、酵素22に電子を供与し、酵素22の酸化型酵素から酵素22の還元型酵素へ還元する。   When the extract containing the first reaction product 15 is introduced from the aqueous phase 113 of the first block 110 into the supply aqueous phase 123a of the second block 120, the ionic liquid contained in the non-aqueous phase 122 causes the first By selectively extracting the reaction product 15, the first reaction product 15 is supplied to the non-aqueous phase 122. The first reaction product 15 is reduced to the second reaction product 25 by the catalytic action of the enzyme 22 of the enzyme body 21. The cathode electrode 125 donates electrons to the enzyme 22 and reduces the oxidized enzyme of the enzyme 22 to the reduced enzyme of the enzyme 22.

次に、生成された第2の反応生成物25は、抽出水相123bにおける抽出液により抽出される。その後、第2の反応生成物25は、第3のブロック130へと導入される。あるいは、例えば、中間生成物である第2の反応生成物25自体が有用な物質である場合は、第2の反応生成物25をそのまま抽出水相123bにて回収して利用することもできる。なお、第2の反応生成物25を回収する場合は、セル本体C2の抽出水相123bに隣接する部分に例えば、回収物を取り出すための取出し口を設けてもよい(図示省略)。   Next, the produced | generated 2nd reaction product 25 is extracted with the extract in the extraction water phase 123b. Thereafter, the second reaction product 25 is introduced into the third block 130. Alternatively, for example, when the second reaction product 25 itself, which is an intermediate product, is a useful substance, the second reaction product 25 can be recovered and used as it is in the extracted aqueous phase 123b. In addition, when collect | recovering the 2nd reaction product 25, you may provide the extraction port for taking out a collection | recovery, for example in the part adjacent to the extraction water phase 123b of the cell main body C2 (illustration omitted).

第1のブロック110と同様に、第2のブロック120の供給水相123a及び抽出水相123bにおける抽出液の流量は、液体流制御弁57や、抽出液導入口55に接続されている外部流路54に設置されているポンプ(図示省略)によって制御できる。   Similar to the first block 110, the flow rate of the extraction liquid in the supply water phase 123 a and the extraction water phase 123 b of the second block 120 is the external flow connected to the liquid flow control valve 57 and the extraction liquid inlet 55. It can be controlled by a pump (not shown) installed in the passage 54.

二酸化炭素固定化装置100の第3のブロック130では、第2の反応生成物25を抽出した第2のブロック120の抽出水相123bが導入される供給水相133aと、イオン液体を含む非水相132と、非水相132から第3の反応生成物35を抽出する抽出液を含む抽出水相133bとが第3のセル本体C3に収容されている。なお、第3のブロック130の非水相132に含まれているイオン液体は、第1のブロック110の非水相112に含まれているイオン液体及び第2のブロック120の非水相122に含まれているイオン液体と同一のものでもよく、あるいは異なっていてもよい。   In the third block 130 of the carbon dioxide immobilization apparatus 100, a supply aqueous phase 133a into which the extracted aqueous phase 123b of the second block 120 from which the second reaction product 25 has been extracted is introduced, and a non-aqueous solution containing an ionic liquid. The phase 132 and the extraction aqueous phase 133b containing the extraction liquid for extracting the third reaction product 35 from the non-aqueous phase 132 are accommodated in the third cell body C3. The ionic liquid contained in the non-aqueous phase 132 of the third block 130 is transferred to the ionic liquid contained in the non-aqueous phase 112 of the first block 110 and the non-aqueous phase 122 of the second block 120. It may be the same as or different from the ionic liquid contained.

第3のブロック130では、カソード電極135及びアノード電極134が、非水相132に接するように設けられている。カソード電極135とアノード電極134は多孔質材料からなる電極である。カソード電極135には、酵素体31が担持されている。酵素体31の担持の形態は、概略的に示す。   In the third block 130, the cathode electrode 135 and the anode electrode 134 are provided in contact with the non-aqueous phase 132. The cathode electrode 135 and the anode electrode 134 are electrodes made of a porous material. An enzyme body 31 is carried on the cathode electrode 135. The carrying form of the enzyme body 31 is schematically shown.

また、第3のブロック130は、電気的制御部153をさらに含む。電気的制御部153は、カソード電極135とアノード電極134とに印加する電圧(又は電位)を制御するセル電圧制御部であり得る。あるいは、電気的制御部153は、カソード電極135とアノード電極134との間を流れる電流を制御する電流制御部であり得る。また、電気的制御部153は、セル電圧制御部として機能するモードと電流制御部として機能するモードとを備えたものであってもよい。   The third block 130 further includes an electrical control unit 153. The electrical control unit 153 may be a cell voltage control unit that controls a voltage (or potential) applied to the cathode electrode 135 and the anode electrode 134. Alternatively, the electrical control unit 153 may be a current control unit that controls a current flowing between the cathode electrode 135 and the anode electrode 134. The electrical control unit 153 may include a mode that functions as a cell voltage control unit and a mode that functions as a current control unit.

カソード電極135は、例えば、カソード(陰極)であるとともに、非水相132と抽出水相133bとの間に設置されて多孔質膜としても機能する。アノード電極134は、例えば、アノード(陽極)であるとともに、供給水相133aと非水相132との間に設置されて多孔質膜としても機能する。また、カソード電極135とアノード電極134とは、非水相132のサポート基板としての役割も果たす。カソード電極135とアノード電極134とは、第3のセル本体C3の内部空間を3つの室、すなわち供給水相133a用の室と、非水相132用の室と、抽出水相133b用の室とに仕切っている。なお、図1に示すカソード電極135及びアノード電極134は、それぞれ供給水相133aと非水相132との間及び非水相132と抽出水相133bとの間に設置されているが、これらカソード電極135及びアノード電極134は、非水相132におけるその他の任意の場所に設置することができる。また、第3のブロックにおけるカソード電極135とアノード電極134は、第2のブロックにおけるカソード電極125とアノード電極124と同様な構成で、非水相132中に設置することができる。   The cathode electrode 135 is, for example, a cathode (cathode) and is installed between the non-aqueous phase 132 and the extraction aqueous phase 133b and functions as a porous membrane. The anode electrode 134 is, for example, an anode (anode), and is disposed between the supply aqueous phase 133a and the non-aqueous phase 132 and functions as a porous film. Further, the cathode electrode 135 and the anode electrode 134 also serve as a support substrate for the non-aqueous phase 132. The cathode electrode 135 and the anode electrode 134 have three internal spaces in the third cell body C3, that is, a chamber for the supply aqueous phase 133a, a chamber for the non-aqueous phase 132, and a chamber for the extraction aqueous phase 133b. It is divided into and. The cathode electrode 135 and the anode electrode 134 shown in FIG. 1 are installed between the supply aqueous phase 133a and the non-aqueous phase 132 and between the non-aqueous phase 132 and the extraction aqueous phase 133b, respectively. The electrode 135 and the anode electrode 134 can be installed at any other location in the non-aqueous phase 132. The cathode electrode 135 and the anode electrode 134 in the third block can be installed in the non-aqueous phase 132 with the same configuration as the cathode electrode 125 and the anode electrode 124 in the second block.

また、第3のブロック130は、カソード電極135とアノード電極134とに加え、参照電極136を含む。参照電極136を設置する位置など第3のブロック130における参照電極136の設計は、第1のブロック110における参照電極116と同様の設計を採用できるため、詳細を省略する。   The third block 130 includes a reference electrode 136 in addition to the cathode electrode 135 and the anode electrode 134. Since the design of the reference electrode 136 in the third block 130 such as the position where the reference electrode 136 is installed can be the same as the design of the reference electrode 116 in the first block 110, the details are omitted.

なお、2電極系の場合は、セル電圧制御部(電気的制御部153)は、電極に印加する電圧を制御する。一方で、例えば、3電極系とした場合は、セル電圧制御部は、電極に印加する電位を制御する。   In the case of a two-electrode system, the cell voltage control unit (electric control unit 153) controls the voltage applied to the electrodes. On the other hand, for example, in the case of a three-electrode system, the cell voltage control unit controls the potential applied to the electrodes.

参照電極の代わりに擬似参照電極を用いてもよい。擬似参照電極を設置する位置など擬似参照電極の設計は参照電極と同様の設計を採用できるため、詳細を省略する。   A pseudo reference electrode may be used instead of the reference electrode. Since the design of the pseudo reference electrode such as the position where the pseudo reference electrode is installed can be the same as the design of the reference electrode, the details are omitted.

第2のブロック120の抽出水相123bから第2の反応生成物25を含む抽出液が第3のブロック130の供給水相133aに導入されると、非水相132が含むイオン液体により第2の反応生成物25が選択的に吸収されることで、第2の反応生成物25が非水相132に供給される。酵素体31の酵素32の触媒作用によって、第2の反応生成物25は第3の反応生成物35に還元される。カソード電極135は、酵素32に電子を供与し、酵素32の酸化型酵素から酵素32の還元型酵素へ還元する。   When the extraction liquid containing the second reaction product 25 is introduced from the extraction aqueous phase 123b of the second block 120 into the supply aqueous phase 133a of the third block 130, the ionic liquid contained in the non-aqueous phase 132 causes the second As the reaction product 25 is selectively absorbed, the second reaction product 25 is supplied to the non-aqueous phase 132. The second reaction product 25 is reduced to the third reaction product 35 by the catalytic action of the enzyme 32 of the enzyme body 31. The cathode electrode 135 donates electrons to the enzyme 32 and reduces the oxidized enzyme of the enzyme 32 to the reduced enzyme of the enzyme 32.

次に、生成された第3の反応生成物35は、抽出水相133bにおける抽出液により抽出される。その後、第3の反応生成物35は、最終生成物として回収される。例えば、最終生成物としての第3の反応生成物35を抽出液導出口56から回収することができる。   Next, the generated third reaction product 35 is extracted by the extract in the extracted aqueous phase 133b. Thereafter, the third reaction product 35 is recovered as a final product. For example, the third reaction product 35 as a final product can be recovered from the extraction liquid outlet 56.

また、図示するように第3のブロック130の抽出水相133bから導出された抽出液を、外部流路54を通して、第1のブロック110の水相113に再び導入することもできる。その際、外部流路54に例えば、第3の反応生成物35を濃縮する装置(図示省略)を設けることにより、第3の反応生成物35を濃縮回収してもよい。また、抽出液が流通する外部流路54にpH調整ライン(図示省略)を接続することで、抽出液のpHを適切に調整することもできる。   Further, as shown in the drawing, the extract derived from the extracted aqueous phase 133 b of the third block 130 can be reintroduced into the aqueous phase 113 of the first block 110 through the external flow path 54. At this time, the third reaction product 35 may be concentrated and recovered by providing, for example, a device (not shown) for concentrating the third reaction product 35 in the external channel 54. In addition, the pH of the extract can be adjusted appropriately by connecting a pH adjustment line (not shown) to the external channel 54 through which the extract flows.

第1のブロック110及び第2のブロック120と同様に、第3のブロック130の供給水相133a及び抽出水相133bにおける抽出液の流量は、液体流制御弁57や、抽出液導入口55に接続されている外部流路54に設置されているポンプ(図示省略)によって制御できる。   Similar to the first block 110 and the second block 120, the flow rate of the extraction liquid in the supply water phase 133 a and the extraction water phase 133 b of the third block 130 is supplied to the liquid flow control valve 57 and the extraction liquid inlet 55. It can be controlled by a pump (not shown) installed in the connected external flow path 54.

図1に示す二酸化炭素固定化装置100では、第1のブロック110と第2のブロック120と第3のブロック130との各々が、電極の動作を制御する電気的制御部(151、152、153)を備えていたが、第1のブロック110と第2のブロック120と第3のブロック130とのすべてについての電極の動作を統括制御する一つの電気的制御部を用いることもできる。   In the carbon dioxide immobilization apparatus 100 shown in FIG. 1, each of the first block 110, the second block 120, and the third block 130 is an electric control unit (151, 152, 153) that controls the operation of the electrodes. However, it is also possible to use one electrical control unit that performs overall control of electrode operations for all of the first block 110, the second block 120, and the third block 130.

図2に、実施形態の第1の態様に係る別の一例の二酸化炭素固定化装置の概略図を示す。   In FIG. 2, the schematic of the carbon dioxide fixing apparatus of another example which concerns on the 1st aspect of embodiment is shown.

図2に示す二酸化炭素固定化装置200は、図1の二酸化炭素固定化装置100と同様に、第1のブロック210と、第2のブロック220と、第3のブロック230とを含む。図1の場合と同様に、二酸化炭素固定化装置200の第1のブロック210は、気相211と非水相212と水相213とを含む。一方で、第2のブロック220は非水相222と水相223とを含み、第3のブロック230は非水相232と水相233とを含んでいる。   A carbon dioxide immobilization apparatus 200 shown in FIG. 2 includes a first block 210, a second block 220, and a third block 230, similarly to the carbon dioxide immobilization apparatus 100 of FIG. As in the case of FIG. 1, the first block 210 of the carbon dioxide immobilization apparatus 200 includes a gas phase 211, a non-aqueous phase 212, and an aqueous phase 213. On the other hand, the second block 220 includes a non-aqueous phase 222 and an aqueous phase 223, and the third block 230 includes a non-aqueous phase 232 and an aqueous phase 233.

また、図2に示すとおり、第1のブロック210と第2のブロック220と第3のブロック230とは、単一のセル本体C10に収容されている。   Moreover, as shown in FIG. 2, the 1st block 210, the 2nd block 220, and the 3rd block 230 are accommodated in the single cell main body C10.

ここで、第1のブロック210の非水相212と第2のブロック220の非水相222と第3のブロック230の非水相232とは、それぞれ第1の非水相と第2の非水相と第3の非水相と見なすことができる。また、第1のブロック210の水相213と第2のブロック220の水相223と第3のブロック230の水相233とを、それぞれ第1の水相と第2の水相と第3の水相と見なせる。   Here, the non-aqueous phase 212 of the first block 210, the non-aqueous phase 222 of the second block 220, and the non-aqueous phase 232 of the third block 230 are respectively the first non-aqueous phase and the second non-aqueous phase. It can be regarded as an aqueous phase and a third non-aqueous phase. In addition, the water phase 213 of the first block 210, the water phase 223 of the second block 220, and the water phase 233 of the third block 230 are respectively connected to the first water phase, the second water phase, and the third water phase 233. It can be regarded as an aqueous phase.

二酸化炭素固定化装置200の場合は、図2に示すとおり第1のブロック210の水相213は第2のブロック220の非水相222とも隣接している。第1のブロック210の水相213に含まれている抽出液が第1のブロックで生成された第1の反応生成物15を抽出した後、続けて第2のブロック220の非水相222に第1の反応生成物15が直接供給されて、第2のブロック220における酵素反応の基質となる。同様に、第2のブロック220の水相223は第3のブロック230の非水相232とも隣接している。第2のブロック220の水相223に含まれている抽出液が第2のブロックで生成された第2の反応生成物25を抽出した後、続けて第3のブロック230の非水相232に第2の反応生成物25が直接供給されて、第3のブロック230における酵素反応の基質となる。   In the case of the carbon dioxide fixing device 200, the aqueous phase 213 of the first block 210 is adjacent to the non-aqueous phase 222 of the second block 220 as shown in FIG. After the extract contained in the aqueous phase 213 of the first block 210 extracts the first reaction product 15 generated in the first block, the extraction liquid continuously enters the non-aqueous phase 222 of the second block 220. The first reaction product 15 is directly supplied and becomes a substrate for the enzyme reaction in the second block 220. Similarly, the aqueous phase 223 of the second block 220 is adjacent to the non-aqueous phase 232 of the third block 230. After the extract contained in the aqueous phase 223 of the second block 220 extracts the second reaction product 25 generated in the second block, the non-aqueous phase 232 of the third block 230 is subsequently extracted. The second reaction product 25 is directly supplied and becomes a substrate for the enzyme reaction in the third block 230.

図2の二酸化炭素固定化装置200の構成は、よりコンパクトな設計で、多段酵素反応による最終生成物である第3の反応生成物35を高い生産効率で製造することができる。   The configuration of the carbon dioxide immobilization apparatus 200 of FIG. 2 can produce the third reaction product 35, which is the final product of the multistage enzyme reaction, with high production efficiency with a more compact design.

図2の構成において、気相211の流量制御方法及び第3のブロック230の水相233からの最終生成物(第3の反応生成物)の回収方法とpH調整方法は、図1と同様である。抽出液の流量は、抽出液導入口55に設置された液体流制御弁57によって制御される。   2, the method for controlling the flow rate of the gas phase 211, the method for recovering the final product (third reaction product) from the aqueous phase 233 of the third block 230, and the method for adjusting the pH are the same as those in FIG. is there. The flow rate of the extract is controlled by a liquid flow control valve 57 installed at the extract introduction port 55.

さらに、非水相212に接するように、カソード電極215及びアノード電極214が設置されている。同様に非水相222に接するように、カソード電極225及びアノード電極224が設置されている。また、非水相232に接するようにカソード電極235及びアノード電極234が設置されている。非水相212におけるアノード電極214を除く、陰極であるカソード電極(215、225、235)、並びに陽極であるアノード電極(224、234)との各々は、図示するようにそれぞれのブロック(第1のブロック210、第2のブロック220、第3のブロック230)において非水相と水相とを区分けするように設置されている。陽極であるアノード電極214は、非水相212と気相211との間に設置されている。   Further, a cathode electrode 215 and an anode electrode 214 are provided so as to be in contact with the non-aqueous phase 212. Similarly, a cathode electrode 225 and an anode electrode 224 are disposed so as to be in contact with the non-aqueous phase 222. Further, a cathode electrode 235 and an anode electrode 234 are provided so as to be in contact with the non-aqueous phase 232. Each of the cathode electrodes (215, 225, 235) serving as the cathode and the anode electrodes (224, 234) serving as the anode, excluding the anode electrode 214 in the non-aqueous phase 212, is shown in FIG. In the block 210, the second block 220, and the third block 230), the non-aqueous phase and the aqueous phase are separated. The anode electrode 214 that is an anode is disposed between the non-aqueous phase 212 and the gas phase 211.

図2に示す各非水相(212、222、232)におけるカソード電極(215、225、235)の設置方法は、図1と同様である。図2の二酸化炭素固定化装置200の場合は、図示するようにすべてのブロック(第1のブロック210、第2のブロック220、第3のブロック230)について、カソード電極とアノード電極の動作を一つの電気的制御部250によって統括制御することができる。あるいは、図1のように、各ブロックの各々に設置された電気的制御部によって、電極の動作を別々に制御してもよい。   The installation method of the cathode electrode (215, 225, 235) in each non-aqueous phase (212, 222, 232) shown in FIG. 2 is the same as that in FIG. In the case of the carbon dioxide immobilization apparatus 200 of FIG. 2, the operation of the cathode electrode and the anode electrode is the same for all the blocks (the first block 210, the second block 220, and the third block 230) as shown. The two electrical control units 250 can perform overall control. Or you may control operation | movement of an electrode separately by the electrical control part installed in each of each block like FIG.

また、第1のブロック210は、参照電極216を含む。第2のブロック220は、参照電極226を含む。第3のブロック230は、参照電極236を含む。二酸化炭素固定化装置200における各ブロック(210、220、230)にて参照電極(216、226、236)を設置する位置は、二酸化炭素固定化装置100における各ブロック(110、120、130)における参照電極(116、126、136)と同様の設計を採用できるため、詳細を省略する。また、参照電極の代わりに擬似参照電極を用いてもよい。擬似参照電極を設置する位置など擬似参照電極の設計は参照電極と同様の設計を採用できるため、詳細を省略する。   The first block 210 includes a reference electrode 216. The second block 220 includes a reference electrode 226. The third block 230 includes a reference electrode 236. The position where the reference electrode (216, 226, 236) is installed in each block (210, 220, 230) in the carbon dioxide fixing device 200 is the position in each block (110, 120, 130) in the carbon dioxide fixing device 100. Since the same design as the reference electrodes (116, 126, 136) can be adopted, the details are omitted. Further, a pseudo reference electrode may be used instead of the reference electrode. Since the design of the pseudo reference electrode such as the position where the pseudo reference electrode is installed can be the same as the design of the reference electrode, the details are omitted.

図3に、実施形態の第2の態様に係る一例の二酸化炭素固定化装置の概略図を示す。   In FIG. 3, the schematic of the carbon dioxide fixing device of an example which concerns on the 2nd aspect of embodiment is shown.

図3に示すように、実施形態に係る第2の態様の一例の二酸化炭素固定化装置300は、気相311と、第1の非水相312と、第2の非水相322と、第3の非水相332と、水相333とを収容する単一のセル本体C10を含む。第1の非水相312と第2の非水相322とは、多孔質膜を兼用する電極315により仕切られている。また、第2の非水相322と第3の非水相332とは、多孔質膜を兼用する電極325によって仕切られている。   As shown in FIG. 3, the carbon dioxide immobilization apparatus 300 of an example of the second aspect according to the embodiment includes a gas phase 311, a first non-aqueous phase 312, a second non-aqueous phase 322, 3 non-aqueous phases 332 and a single cell body C10 containing the aqueous phase 333 are included. The first non-aqueous phase 312 and the second non-aqueous phase 322 are partitioned by an electrode 315 that also serves as a porous film. The second non-aqueous phase 322 and the third non-aqueous phase 332 are partitioned by an electrode 325 that also serves as a porous film.

電極315は、酵素体11を担持している。酵素体11は、酵素12を含む。電極325は、酵素体21を担持している。酵素体21は、酵素22を含む。電極335は、酵素体31を担持している。酵素体31は、酵素32を含む。各電極への酵素体の担持の形態は、概略的に示す。   The electrode 315 carries the enzyme body 11. The enzyme body 11 includes an enzyme 12. The electrode 325 carries the enzyme body 21. The enzyme body 21 includes an enzyme 22. The electrode 335 carries the enzyme body 31. The enzyme body 31 includes an enzyme 32. The form of carrying the enzyme body on each electrode is schematically shown.

多段酵素反応における各段階の中間生成物及び最終生成物の生成を効率よく進めさせるために、酵素(12、22、32)の活性及び触媒効率に応じて、各非水相の体積(量)や各電極(315、325、335)に担持されている酵素体(11、21、31)の量を適宜調整することができる。   The volume (quantity) of each non-aqueous phase depends on the activity and catalytic efficiency of the enzyme (12, 22, 32) in order to efficiently advance the production of intermediate products and final products of each stage in the multistage enzyme reaction. Alternatively, the amount of the enzyme bodies (11, 21, 31) carried on the electrodes (315, 325, 335) can be adjusted as appropriate.

二酸化炭素固定化装置300では、電極315がカソードとして作動する場合、電極304がアノードとして機能する。カソードとして作動する電極325に対しては、電極315がアノードとなる。また、カソードとして作動する電極335に対して、電極325がアノードとなる。   In the carbon dioxide fixing device 300, when the electrode 315 operates as a cathode, the electrode 304 functions as an anode. For electrode 325 operating as a cathode, electrode 315 becomes the anode. Further, the electrode 325 is an anode with respect to the electrode 335 operating as a cathode.

電極対への電位(電圧)の印加は、左から右へ順次に行わせることができる。換言すれば、まず、カソードとして作動する電極315とアノードとして機能する電極304の間に一定時間の電位(電圧)を印加して、二酸化炭素の還元を行わせる。その後、カソードとしての電極325とアノードとしての電極315の間に一定時間の電位を印加する。次に、カソードとしての電極335とアノードとしての電極325の間に一定時間の電位を印加する。   Application of a potential (voltage) to the electrode pair can be sequentially performed from left to right. In other words, first, a potential (voltage) for a certain period of time is applied between the electrode 315 that operates as a cathode and the electrode 304 that functions as an anode, so that carbon dioxide is reduced. After that, a potential for a certain time is applied between the electrode 325 serving as the cathode and the electrode 315 serving as the anode. Next, a potential for a predetermined time is applied between the electrode 335 serving as a cathode and the electrode 325 serving as an anode.

このように、一対以上の電極(304、315、325、335)には、電位(又は電圧)を複数回に亘って断続的かつ順次的に印加することができる。この場合、一つの回において電位(又は電圧)を印加する際にカソード電極として作用する電極は、別の回において電位(又は電圧)を印加する時のアノード電極として作用し得る。また、上記例では、電位(又は電圧)の印加を左側から右側へ順次移行させる例について説明したが、電極対へ電位(又は電圧)を印加する順番は、この順に限られない。例えば、各段階の酵素反応の進行具合に応じて、印加の順番を制御してもよい。   As described above, the potential (or voltage) can be intermittently and sequentially applied to the pair of electrodes (304, 315, 325, 335) a plurality of times. In this case, an electrode that acts as a cathode electrode when applying a potential (or voltage) at one time can act as an anode electrode when applying a potential (or voltage) at another time. In the above example, the example in which the application of the potential (or voltage) is sequentially shifted from the left side to the right side has been described. However, the order in which the potential (or voltage) is applied to the electrode pair is not limited to this order. For example, the order of application may be controlled according to the progress of the enzyme reaction at each stage.

上記のとおり、各電極対へ電位(電圧)を印加する際、時間差を設けて、断続的にかつ順次に電位の印加を繰り返すことにより、各酵素体における酸化型酵素を還元型酵素へ再生し、酵素反応を維持することができる。   As described above, when a potential (voltage) is applied to each electrode pair, a time difference is provided, and the potential enzyme is repeatedly and sequentially applied to regenerate the oxidized enzyme in each enzyme body to the reduced enzyme. The enzyme reaction can be maintained.

図3に示すように、例えば、スイッチをオン−オフして回路を切り替えることによって各電極対への電位(電圧)の印加の切り替えを行うことができる。また、各電極対のそれぞれの電極が、独立電気回線を介して(図示省略)、セル電圧制御部(電気的制御部)に電気的に接続されていてもよい。この場合、セル電圧制御部を用いて、自動制御により、各電極対に対して、所定の時間差を設けて、電位(電圧)を印加させることもできる。   As shown in FIG. 3, for example, the application of the potential (voltage) to each electrode pair can be switched by switching the circuit by turning on and off the switch. In addition, each electrode of each electrode pair may be electrically connected to a cell voltage control unit (electrical control unit) via an independent electric line (not shown). In this case, a potential (voltage) can be applied to each electrode pair with a predetermined time difference by automatic control using the cell voltage control unit.

電流制御部を用いる場合は、例えば、スイッチをオン−オフして回路を切り替えることによって各電極対の間で電流を流れさせたり、電流を切ったりすることができる。また、各電極対のそれぞれの電極が、独立電気回線を介して電流制御部に電気的に接続されていてもよい。この場合、電流制御部を用いた自動制御により、各電極対の間で所定の時間差を設けて電流を流れさせることもできる。   When the current control unit is used, for example, the current can flow between each electrode pair or the current can be turned off by switching the circuit by turning the switch on and off. In addition, each electrode of each electrode pair may be electrically connected to the current control unit via an independent electric line. In this case, the current can be caused to flow with a predetermined time difference between the electrode pairs by automatic control using the current control unit.

また、電極は一対、つまり計二つあればよい。具体例として、二酸化炭素固定化装置300の場合は、図3に示す電極(304、315、325、335)の内、二つの電極の設置を省略することができる。例えば、電極315と電極325の設置を省略して、電極304と電極335だけを設置する。又は、電極304と電極325の設置を省略して、電極315と電極335だけを設置する。電極は一対、即ち二つ以上あればよく、装置における電極の設置数を特に限定されるものではない。   Further, there may be a pair of electrodes, that is, a total of two electrodes. As a specific example, in the case of the carbon dioxide immobilization apparatus 300, installation of two electrodes among the electrodes (304, 315, 325, 335) shown in FIG. 3 can be omitted. For example, the electrodes 315 and 325 are omitted, and only the electrodes 304 and 335 are installed. Alternatively, the electrode 304 and the electrode 325 are omitted and only the electrode 315 and the electrode 335 are installed. There may be a pair of electrodes, that is, two or more electrodes, and the number of electrodes installed in the apparatus is not particularly limited.

各非水相の界面に設置された電極の位置を変更する場合、異なる非水相が互いに直接接することになり得る。例えば、電極を非水相における任意の位置に設置することができる。さらに、多孔質膜を兼用する電極の位置を変更する場合には、異なる非水相の間に、例えば、セパレーターを設けてもよい。あるいは、反応生成物などの分子やイオンの拡散を促進するため、セパレーターなどの多孔質膜の設置を省略してもよい。   When changing the position of the electrode installed at the interface of each non-aqueous phase, different non-aqueous phases may be in direct contact with each other. For example, the electrode can be placed at any position in the non-aqueous phase. Furthermore, when changing the position of the electrode that also serves as the porous membrane, for example, a separator may be provided between different non-aqueous phases. Alternatively, the installation of a porous film such as a separator may be omitted in order to promote diffusion of molecules such as reaction products and ions.

気相311に二酸化炭素を含む気体が導入されると、第1の非水相312が含むイオン液体の作用により、二酸化炭素が第1の非水相312に選択的に供給される。酵素体11の酵素12の触媒作用によって、二酸化炭素は第1の反応生成物15に還元される。   When a gas containing carbon dioxide is introduced into the gas phase 311, carbon dioxide is selectively supplied to the first non-aqueous phase 312 by the action of the ionic liquid contained in the first non-aqueous phase 312. Carbon dioxide is reduced to the first reaction product 15 by the catalytic action of the enzyme 12 of the enzyme body 11.

生成された第1の反応生成物15は、さらに第2の非水相322に拡散されて行き、酵素体21の酵素22によって第2の反応生成物25に還元される。生成された第2の反応生成物25は、さらに第3の非水相332に拡散されて行き、酵素体31の酵素32によって第3の反応生成物35に還元される。   The generated first reaction product 15 is further diffused into the second non-aqueous phase 322 and is reduced to the second reaction product 25 by the enzyme 22 of the enzyme body 21. The generated second reaction product 25 is further diffused into the third non-aqueous phase 332 and is reduced to the third reaction product 35 by the enzyme 32 of the enzyme body 31.

次に、生成された第3の反応生成物35は、水相333における抽出液により抽出される。その後、第3の反応生成物35は、最終生成物として回収される。例えば、最終生成物としての第3の反応生成物35を抽出液導出口56から回収することができる。   Next, the generated third reaction product 35 is extracted by the extract in the aqueous phase 333. Thereafter, the third reaction product 35 is recovered as a final product. For example, the third reaction product 35 as a final product can be recovered from the extraction liquid outlet 56.

また、図示するように水相333から第3の反応生成物を含んだ抽出液を導出した後、外部流路54を通して、水相333の導入口から再び導入することもできる。その際、外部流路54に例えば、第3の反応生成物35を濃縮する装置(図示省略)を設けることにより、第3の反応生成物を濃縮回収することができる。また、抽出液が流通する外部流路54にpH調整ライン(図示省略)を接続することで、抽出液のpHを適切に調整することもできる。   Further, as shown in the drawing, after extracting the extract containing the third reaction product from the aqueous phase 333, it can be introduced again from the inlet of the aqueous phase 333 through the external channel 54. At that time, for example, by providing a device (not shown) for concentrating the third reaction product 35 in the external channel 54, the third reaction product can be concentrated and recovered. In addition, the pH of the extract can be adjusted appropriately by connecting a pH adjustment line (not shown) to the external channel 54 through which the extract flows.

二酸化炭素固定化装置300では、実施形態の第1の態様の例(図1、図2)と同様に、気相の流量を、気体導入口(CO導入口)51と気体排出口(CO導出口)52に設置されている気流制御弁53や、気体導入口51に接続されている気体導入路に設置されているポンプ(図示省略)によって制御できる。また、図1に示した二酸化炭素固定化装置100と同様に、気相311をセル本体C10に収容せず、例えば、第1の非水相312を大気に曝露させる形態としてもよい。 In the carbon dioxide immobilization apparatus 300, as in the example of the first aspect of the embodiment (FIGS. 1 and 2), the flow rate of the gas phase is changed between the gas inlet (CO 2 inlet) 51 and the gas outlet (CO (2 outlets) 52 can be controlled by an airflow control valve 53 installed in the gas outlet 52 and a pump (not shown) installed in a gas introduction path connected to the gas introduction port 51. Further, similarly to the carbon dioxide immobilization apparatus 100 shown in FIG. 1, the gas phase 311 may not be accommodated in the cell body C10, and the first non-aqueous phase 312 may be exposed to the atmosphere, for example.

水相333における抽出液の流量も第1の態様の例と同様に、抽出液導入口55と抽出液導出口56とに設置されている液体流制御弁57や、抽出液導入口55に接続されている外部流路54に設置されているポンプ(図示省略)によって制御できる。   The flow rate of the extraction liquid in the aqueous phase 333 is also connected to the liquid flow control valve 57 installed at the extraction liquid inlet 55 and the extraction liquid outlet 56 and the extraction liquid inlet 55 as in the first embodiment. It can be controlled by a pump (not shown) installed in the external flow path 54.

図4に、実施形態の第2の態様に係る別の例の二酸化炭素固定化装置の概略図を示す。図5及び図6は、図4に示す二酸化炭素固定化装置の変形例の概略図をそれぞれ示す。   In FIG. 4, the schematic of the carbon dioxide fixing apparatus of another example which concerns on the 2nd aspect of embodiment is shown. 5 and 6 show schematic diagrams of modifications of the carbon dioxide immobilization apparatus shown in FIG.

図4に示す二酸化炭素固定化装置400の基本的な構成は、図3の二酸化炭素固定化装置300と同様であるが、図4の場合は、第1の非水相412と第2の非水相422と第3の非水相432とに加え、第4の非水相402をさらに含む。なお、説明の簡略化のため図面からは省略しているが、電極415、425、435は、それぞれ1種以上の酵素体を担持している。第4の非水相402と接している電極414は、酵素体を担持していない。また、説明の簡略化のために図面からは省略しているが、電気的制御部(セル電圧制御部、及び/又は電流制御部)が図示する電極415、425、435、及び414のそれぞれと電気的に接続されている。   The basic configuration of the carbon dioxide fixing device 400 shown in FIG. 4 is the same as that of the carbon dioxide fixing device 300 of FIG. 3, but in the case of FIG. 4, the first non-aqueous phase 412 and the second non-aqueous phase In addition to the aqueous phase 422 and the third non-aqueous phase 432, a fourth non-aqueous phase 402 is further included. Although omitted from the drawings for the sake of simplicity of explanation, each of the electrodes 415, 425, and 435 carries one or more kinds of enzyme bodies. The electrode 414 in contact with the fourth non-aqueous phase 402 does not carry an enzyme body. In addition, although omitted from the drawings for the sake of simplicity of explanation, the electrodes 415, 425, 435, and 414 illustrated by the electrical control unit (cell voltage control unit and / or current control unit) are respectively illustrated. Electrically connected.

第1の非水相412の前段に設けられた第4の非水相402には、気相411から二酸化炭素を吸収及び濃縮する作用を示すイオン液体を含ませることができる。このような第4の非水相402を設けることで、第1の非水相412へ二酸化炭素を安定的に供給することができる。   The fourth non-aqueous phase 402 provided in the previous stage of the first non-aqueous phase 412 can contain an ionic liquid that functions to absorb and concentrate carbon dioxide from the gas phase 411. By providing such a fourth non-aqueous phase 402, carbon dioxide can be stably supplied to the first non-aqueous phase 412.

第4の非水相402におけるイオン液体をゲル化することによって、第4の非水相402をゲル状の非水相とし、例えば、電極414の表面に担持させてもよい。こうすることで、気相411と第4の非水相との接触面積を大きくし、第4の非水相402による二酸化炭素の吸収効率を向上させることができる。一方で、第4の非水相402が含むイオン液体をゲル化せず、液状の非水相とした場合は、気相411と第4の非水相402との間に、例えば、多孔質膜を設けることで、気相411と第4の非水相402とを仕切ることができる。あるいは、気相411をセル本体C10に収容しない形態とすることもできる。   The fourth non-aqueous phase 402 may be made into a gel-like non-aqueous phase by gelling the ionic liquid in the fourth non-aqueous phase 402, and may be supported on the surface of the electrode 414, for example. By doing so, the contact area between the gas phase 411 and the fourth non-aqueous phase can be increased, and the carbon dioxide absorption efficiency by the fourth non-aqueous phase 402 can be improved. On the other hand, when the ionic liquid contained in the fourth non-aqueous phase 402 is not gelled and is made into a liquid non-aqueous phase, for example, a porous material is formed between the gas phase 411 and the fourth non-aqueous phase 402. By providing the film, the gas phase 411 and the fourth non-aqueous phase 402 can be partitioned. Or it can also be set as the form which does not accommodate the gaseous phase 411 in the cell main body C10.

また、図示するように、第1の非水相412と第4の非水相402との間に設置されている電極414と隣接してセパレーター441を設けてもよい。このセパレーター441としては、二酸化炭素を選択的に透過させることが可能なものを用いることが望ましい。   Further, as illustrated, a separator 441 may be provided adjacent to the electrode 414 provided between the first non-aqueous phase 412 and the fourth non-aqueous phase 402. As the separator 441, it is desirable to use a separator that can selectively transmit carbon dioxide.

電極414とセパレーター441とは、隣接していなくてもよい。例えば、図5に示すように、セパレーター441を第1の非水相412と第4の非水相402との間に設置し、電極414を気相411と第4の非水相402との間に設置することができる。   The electrode 414 and the separator 441 may not be adjacent to each other. For example, as shown in FIG. 5, the separator 441 is installed between the first non-aqueous phase 412 and the fourth non-aqueous phase 402, and the electrode 414 is connected between the gas phase 411 and the fourth non-aqueous phase 402. Can be installed between.

また、電極414を第4の非水相402における任意の場所に設けることができる。例えば、図6に示すように、電極414を、セル本体C10の外装部材に沿うように第4の非水相402内に設置することができる。なお、電極414を設置する形態によっては、電極414との電気的接続を確保するために、例えば、図示するようなリード線419を用いることもできる。電極414は、第1の非水相412における任意の場所に設けてもよい。   In addition, the electrode 414 can be provided at any place in the fourth non-aqueous phase 402. For example, as shown in FIG. 6, the electrode 414 can be installed in the fourth non-aqueous phase 402 along the exterior member of the cell body C <b> 10. Note that, depending on the form in which the electrode 414 is installed, for example, a lead wire 419 as illustrated can be used in order to ensure electrical connection with the electrode 414. The electrode 414 may be provided at any place in the first non-aqueous phase 412.

また、図4、図5、及び図6に示すように第3の非水相432と水相433との間にセパレーター442を設けてもよい。このセパレーター442としては、二酸化炭素の多段階還元反応の最終生成物(第3の反応生成物)を選択的に透過させることが可能なものを用いることが望ましい。また、プロトンを供給するプロトン源が水相433に含まれている場合は、セパレーター442は、プロトンも透過させ得るものであることが望ましい。   Further, as shown in FIGS. 4, 5, and 6, a separator 442 may be provided between the third non-aqueous phase 432 and the aqueous phase 433. As the separator 442, it is desirable to use a separator that can selectively permeate the final product (third reaction product) of the multistage reduction reaction of carbon dioxide. Moreover, when the proton source which supplies a proton is contained in the water phase 433, it is desirable that the separator 442 can transmit protons.

また、図4、図5、及び図6に示す二酸化炭素固定化装置400についても、複数の非水相の構成及び電極の配置が、図3の二酸化炭素固定化装置300と類似しているため、各カソードとアノードへの電位(電圧)の印加方法は、図3と同様な条件と手順を用いることができる。   Also, the carbon dioxide immobilization apparatus 400 shown in FIGS. 4, 5, and 6 is similar to the carbon dioxide immobilization apparatus 300 of FIG. 3 in the configuration of a plurality of non-aqueous phases and the arrangement of electrodes. As the method of applying a potential (voltage) to each cathode and anode, the same conditions and procedures as in FIG. 3 can be used.

図7に、実施形態の第2の態様に係るさらに別の一例の二酸化炭素固定化装置の概略図を示す。   In FIG. 7, the schematic of the carbon dioxide fixing apparatus of another example which concerns on the 2nd aspect of embodiment is shown.

図7に示す二酸化炭素固定化装置500は、図3に示す二酸化炭素固定化装置300と同様に、気相511と、第1の非水相512と、第2の非水相522と、第3の非水相532と、水相533とから構成されている。   The carbon dioxide immobilization apparatus 500 shown in FIG. 7 is similar to the carbon dioxide immobilization apparatus 300 shown in FIG. 3. The gas phase 511, the first non-aqueous phase 512, the second non-aqueous phase 522, 3 non-aqueous phases 532 and an aqueous phase 533.

図示するとおり、気相511は、外筒551と中間筒552とから構成される気体流路の中を流れる。第1の非水相512と、第2の非水相522と、第3の非水相532との各々は、円筒型の形状を有している。また、これらの円筒型の非水相は、円筒の中心軸(図示せず)に対し垂直の方向、即ち円筒の半径方向に並んで配置されるように収納されている。具体的には、第1の非水相512は、円筒型の最も外側に設置されている。第3の非水相532は、円筒型の最も内側に設置されている。第2の非水相522は、第1の非水相512と第3の非水相532との間に設置されている。水相533は、液体流路としての内筒553の中を流れる。   As shown in the drawing, the gas phase 511 flows through a gas flow path constituted by an outer cylinder 551 and an intermediate cylinder 552. Each of the first non-aqueous phase 512, the second non-aqueous phase 522, and the third non-aqueous phase 532 has a cylindrical shape. These cylindrical non-aqueous phases are stored so as to be arranged in a direction perpendicular to the central axis (not shown) of the cylinder, that is, in the radial direction of the cylinder. Specifically, the first non-aqueous phase 512 is installed on the outermost side of the cylindrical shape. The third non-aqueous phase 532 is installed on the innermost side of the cylindrical shape. The second non-aqueous phase 522 is installed between the first non-aqueous phase 512 and the third non-aqueous phase 532. The aqueous phase 533 flows through the inner cylinder 553 as a liquid flow path.

外筒551は、それ自体が二酸化炭素を含む気体に対する透過性を有するものでもよく、あるいは、気体に対する透過性を有さないものでもよい。外筒551が気体に対する透過性を有さない場合、外筒551と中間筒552との間に二酸化炭素を含む気体を導入する気体導入口などを設けることが望ましい。   The outer cylinder 551 itself may be permeable to a gas containing carbon dioxide, or may not be permeable to gas. When the outer cylinder 551 does not have gas permeability, it is desirable to provide a gas inlet or the like for introducing a gas containing carbon dioxide between the outer cylinder 551 and the intermediate cylinder 552.

中間筒552、及び内筒553としては、例えば、セパレーターなどの多孔質膜の材料を用いて得られた筒を用いることができる。   As the intermediate cylinder 552 and the inner cylinder 553, for example, a cylinder obtained using a porous film material such as a separator can be used.

中間筒552としては、二酸化炭素に対する透過性を有するものを用いることが望ましい。また、内筒553としては、二酸化炭素の還元生成物に対する透過性を有するものを用いることが望ましい。例えば、透過−分離膜を用いることができる。   As the intermediate tube 552, it is desirable to use a material having permeability to carbon dioxide. Further, as the inner cylinder 553, it is desirable to use a material having permeability to the reduction product of carbon dioxide. For example, a permeation-separation membrane can be used.

図7では、第1の非水相512と気相511とが中間筒552を介して接触しているが、中間筒552を省略してもよい。同様に、図7では、第3の非水相532と水相533とが内筒553を介して接触しているが、内筒553を省略してもよい。   In FIG. 7, the first non-aqueous phase 512 and the gas phase 511 are in contact via the intermediate cylinder 552, but the intermediate cylinder 552 may be omitted. Similarly, in FIG. 7, the third non-aqueous phase 532 and the aqueous phase 533 are in contact via the inner cylinder 553, but the inner cylinder 553 may be omitted.

図7の二酸化炭素固定化装置500には、一対以上の電極(514、515、525、535)が設置されている。各電極がお互いに電気的にショートしないように、図3に示された方法と同様に、電極の間に絶縁性セパレーターを設置することができる(図示省略)。なお、非水相が厚く、電極間の接触による電気的ショートが起こる可能性がない場合、セパレーターを設けなくてもよい。電極515、電極525、及び電極535は、それぞれ1種以上の酵素体を担持しているが、図4と同様に説明の簡略化を図るため、酵素体を図面からは省略している。   A pair of or more electrodes (514, 515, 525, 535) are installed in the carbon dioxide immobilization apparatus 500 of FIG. As in the method shown in FIG. 3, an insulating separator can be provided between the electrodes (not shown) so that the electrodes do not electrically short-circuit each other. If the non-aqueous phase is thick and there is no possibility of an electrical short circuit due to contact between the electrodes, the separator need not be provided. Each of the electrode 515, the electrode 525, and the electrode 535 carries one or more kinds of enzyme bodies, but the enzyme bodies are omitted from the drawing in order to simplify the explanation as in FIG.

カソード電極への電位(電圧)印加方法は、図3に示す印加方法に従うことができる(図示省略)。   The potential (voltage) application method to the cathode electrode can follow the application method shown in FIG. 3 (not shown).

また、説明の簡略化のために図面からは省略しているが、電気的制御部(セル電圧制御部、及び/又は電流制御部)が図示する各電極にそれぞれ電気的に接続されている。   Further, although omitted from the drawings for the sake of simplicity of explanation, an electrical control unit (cell voltage control unit and / or current control unit) is electrically connected to each of the illustrated electrodes.

二酸化炭素固定化装置500では、外筒551と中間筒552とからなる気体流路において、外筒551及び中間筒552の中心軸(図示せず)に沿って気相511(二酸化炭素を含む気体)が流通される。また、液体流路としての内筒553において、内筒553の中心軸(図示せず)に沿って水相533(抽出液)が流通される。   In the carbon dioxide fixing device 500, in a gas flow path composed of an outer cylinder 551 and an intermediate cylinder 552, a gas phase 511 (gas containing carbon dioxide) is formed along the central axis (not shown) of the outer cylinder 551 and the intermediate cylinder 552. ) Is distributed. Further, in the inner cylinder 553 as a liquid channel, the aqueous phase 533 (extracted liquid) is circulated along the central axis (not shown) of the inner cylinder 553.

なお、図7では、非水相の外側の流路を気相とし、非水相の内側の流路を水相とした形態を示しているが、例えば、非水相の内側の流路を気相とし、非水相の外側の流路を水相とすることもできる。   FIG. 7 shows a form in which the flow path outside the non-aqueous phase is a gas phase and the flow path inside the non-aqueous phase is a water phase. For example, the flow path inside the non-aqueous phase is The gas phase can be used, and the flow path outside the non-aqueous phase can be the aqueous phase.

このように、二酸化炭素固定化装置500は、水相533が流れる流路(内筒553)を備えており、非水相が水相533の流れ方向に対して垂直な方向に水相533と隣り合っている。また、二酸化炭素固定化装置500は、気相511が流れる流路(外筒551及び中間筒552)を備えており、非水相が気相511の流れ方向に対して垂直な方向に気相511と隣り合っている。   As described above, the carbon dioxide immobilization apparatus 500 includes the flow path (inner cylinder 553) through which the aqueous phase 533 flows, and the non-aqueous phase and the aqueous phase 533 are perpendicular to the flow direction of the aqueous phase 533. Next to each other. The carbon dioxide immobilization apparatus 500 includes a flow path (outer cylinder 551 and intermediate cylinder 552) through which the gas phase 511 flows, and the non-aqueous phase is in the direction perpendicular to the flow direction of the gas phase 511. Next to 511.

水相533が流れる流路の長さに沿って、水相533と電極535との界面を設けることができるため、水相533と電極535との接触面積を大きくすることができる。そのため、酵素体を担持している導電性担体である電極535から水相533に最終生成物を供給する効率を向上させ、回収率を高くすることができる。   Since the interface between the water phase 533 and the electrode 535 can be provided along the length of the flow path through which the water phase 533 flows, the contact area between the water phase 533 and the electrode 535 can be increased. Therefore, the efficiency of supplying the final product from the electrode 535 which is a conductive carrier carrying the enzyme body to the aqueous phase 533 can be improved, and the recovery rate can be increased.

また、気相511が流れる流路の長さに沿って、気相511と非水相との界面を設けることができるため、気相511と非水相との接触面積を大きくすることができる。そのため、非水相に二酸化炭素を供給する効率を向上させることができる。   Further, since the interface between the gas phase 511 and the non-aqueous phase can be provided along the length of the flow path through which the gas phase 511 flows, the contact area between the gas phase 511 and the non-aqueous phase can be increased. . Therefore, the efficiency of supplying carbon dioxide to the non-aqueous phase can be improved.

図7に示すような円筒型の水相533と非水相(512、522、532)と電極(514、515、525、535)と気相511とを備えた二酸化炭素固定化装置を用いて、例えば、下式に示す多段酵素反応により、二酸化炭素(CO)からメタノール(CHOH)を生成することができる。 Using a carbon dioxide immobilization apparatus provided with a cylindrical water phase 533, a non-aqueous phase (512, 522, 532), an electrode (514, 515, 525, 535) and a gas phase 511 as shown in FIG. For example, methanol (CH 3 OH) can be generated from carbon dioxide (CO 2 ) by a multistage enzyme reaction represented by the following formula.

上記式における左側から右側へのメタノールを生産する3段階の酵素反応の各々の反応段階は、図7に示す酵素体を担持している電極のうち最も外側に設置されている電極515、その内側に設置されている電極525、及び電極のうち最も内側に設置されている電極535のそれぞれに含まれている酵素体において、順次に行われる。   In each of the three stages of the enzymatic reaction for producing methanol from the left side to the right side in the above formula, the electrode 515 provided on the outermost side among the electrodes carrying the enzyme body shown in FIG. The electrode body 525 and the enzyme body contained in each of the electrodes 535 disposed on the innermost side among the electrodes are sequentially performed.

多段酵素反応による燃料の生成を効率よく進めさせるために、酵素の活性及び触媒効率に応じて、各非水相の体積(量)や電極に担持されている酵素の量を適宜調整することができる。   In order to efficiently promote the production of fuel by the multistage enzyme reaction, the volume (amount) of each non-aqueous phase and the amount of the enzyme supported on the electrode can be appropriately adjusted according to the activity and catalytic efficiency of the enzyme. it can.

二酸化炭素を基質とし電極515が担持する酵素体により触媒される第1酵素反応(第1還元反応)で生成された第1の反応生成物(ギ酸;HCOOH)は、濃度拡散により第2の非水相522へ拡散してゆき、第2酵素反応(第2還元反応)の基質となる。同様に、第1の反応生成物を基質とし電極525が担持する酵素体により触媒される第2酵素反応で生成された第2の反応生成物(ホルムアルデヒド;HCHO)は、濃度拡散により円筒の一番内側にある第3の非水相532へ拡散してゆき、第3酵素反応(第3還元反応)の基質となる。第2の反応生成物を基質とし電極535が担持する酵素体により触媒される第3酵素反応で生成された第3の反応生成物(メタノール;CHOH)、即ち最終生成物は、内筒553の中を流れている抽出液(水相533)によって抽出されて回収される。 The first reaction product (formic acid; HCOOH) generated in the first enzyme reaction (first reduction reaction) catalyzed by the enzyme body supported by the electrode 515 using carbon dioxide as a substrate is second non-concentrated by concentration diffusion. It diffuses into the aqueous phase 522 and becomes a substrate for the second enzyme reaction (second reduction reaction). Similarly, the second reaction product (formaldehyde; HCHO) produced by the second enzyme reaction catalyzed by the enzyme body supported by the electrode 525 using the first reaction product as a substrate is one of the cylinders by concentration diffusion. It diffuses into the third non-aqueous phase 532 on the inner side and becomes a substrate for the third enzyme reaction (third reduction reaction). The third reaction product (methanol; CH 3 OH) produced by the third enzyme reaction catalyzed by the enzyme supported by the electrode 535 using the second reaction product as a substrate, that is, the final product is an inner cylinder. It is extracted and recovered by the extraction liquid (aqueous phase 533) flowing in 553.

図8に、実施形態の第2の態様に係るまた別の一例の二酸化炭素固定化装置の概略図を示す。また、図9に、図8に示す二酸化炭素固定化装置に含まれる部材の一例の製造途中状態を示す概略図を示す。詳細には、図9(a)、図9(b)、及び図9(c)に、当該装置の備えることのできる一例の非水相の製造途中状態を示す。   FIG. 8 shows a schematic diagram of another example of the carbon dioxide immobilization apparatus according to the second aspect of the embodiment. FIG. 9 is a schematic view showing a state in the middle of manufacture of an example of a member included in the carbon dioxide immobilization apparatus shown in FIG. Specifically, FIG. 9A, FIG. 9B, and FIG. 9C show an example of a non-aqueous phase production state that can be provided in the apparatus.

図8に示す二酸化炭素固定化装置600は、気相611と、酵素膜電極接合体(Enzyme Membrane Electrode Assembly:EMEA)601と、水相633とから構成されている。   A carbon dioxide immobilization apparatus 600 shown in FIG. 8 includes a gas phase 611, an enzyme membrane electrode assembly (EMEA) 601, and an aqueous phase 633.

気相611は、外筒651と中間筒652とにより規定される気体流路の中を流れる。あるいは、中間筒652を省略してもよく、この場合は、外筒651と酵素膜電極接合体601とにより気体流路が規定される。   The gas phase 611 flows in a gas flow path defined by the outer cylinder 651 and the intermediate cylinder 652. Alternatively, the intermediate cylinder 652 may be omitted, and in this case, the gas flow path is defined by the outer cylinder 651 and the enzyme membrane electrode assembly 601.

酵素膜電極接合体601は、第1の非水相612と、第2の非水相622と、第3の非水相632と、電極614と、電極615とを含んでいる。電極614と電極615との一方又は両方は、1種以上の酵素体を担持する導電性担体である。酵素膜電極接合体601は、複数の層状部が半径方向に並ぶように複数回にわたって巻回された形状を有しており、第1の非水相612と第2の非水相622と第3の非水相632とが複数の層状部にそれぞれ配置されている。電極614及び電極615は、多孔質膜としても機能する。つまり、酵素膜電極接合体601において電極614と電極615とは、巻回された多孔質膜である。なお、中間筒652の内部は、例えば、イオン液体のような非水溶媒で充填され得る。   The enzyme membrane electrode assembly 601 includes a first non-aqueous phase 612, a second non-aqueous phase 622, a third non-aqueous phase 632, an electrode 614, and an electrode 615. One or both of the electrode 614 and the electrode 615 is a conductive carrier that carries one or more enzyme bodies. The enzyme membrane electrode assembly 601 has a shape in which a plurality of layered portions are wound a plurality of times so as to be aligned in the radial direction, and the first nonaqueous phase 612, the second nonaqueous phase 622, 3 non-aqueous phases 632 are respectively arranged in the plurality of layered portions. The electrode 614 and the electrode 615 also function as a porous film. That is, in the enzyme membrane electrode assembly 601, the electrode 614 and the electrode 615 are wound porous membranes. Note that the inside of the intermediate tube 652 can be filled with a nonaqueous solvent such as an ionic liquid, for example.

また、酵素膜電極接合体601の中心部分、即ち巻回軸の周囲の空間を流路とすることができる。水相633は、このように巻回構造を有する酵素膜電極接合体601によって構成される流路の中を流れる。あるいは、図示するように、水相633の流路として内筒653を設けてもよい。   Further, the central portion of the enzyme membrane electrode assembly 601, that is, the space around the winding axis can be used as the flow path. The aqueous phase 633 flows in the flow path constituted by the enzyme membrane electrode assembly 601 having the winding structure as described above. Or you may provide the inner cylinder 653 as a flow path of the water phase 633 so that it may illustrate.

図9(a)−図9(c)に示す酵素膜電極接合体601の製造途中状態、具体的には巻回する前の状態からわかるように、酵素膜電極接合体601は、各非水相と各電極とに加え、セパレーター641とセパレーター642とを含んでいる。セパレーター641は、電極615と電極614との間に設けられている。図9(a)及び図9(c)に示す構成の酵素膜電極接合体601では、セパレーター641は、電極615に対向する電極614の面に接している。なお、図9(b)に示す例では、セパレーター641は、電極614と電極615との両方と接している。セパレーター641を設ける位置は、電極615と電極614との間であればよく、図示している位置に限られない。例えば、セパレーター641は、電極615の面(電極614に対向する面)に接していてもよい。なお、電極615と電極614とは、いずれも多孔質の電極である。   As can be seen from the state in the middle of production of the enzyme membrane electrode assembly 601 shown in FIGS. 9A to 9C, specifically, the state before winding, the enzyme membrane electrode assembly 601 includes each non-aqueous solution. In addition to the phase and each electrode, a separator 641 and a separator 642 are included. The separator 641 is provided between the electrode 615 and the electrode 614. In the enzyme membrane electrode assembly 601 configured as shown in FIGS. 9A and 9C, the separator 641 is in contact with the surface of the electrode 614 facing the electrode 615. In the example shown in FIG. 9B, the separator 641 is in contact with both the electrode 614 and the electrode 615. The position where the separator 641 is provided is not limited to the illustrated position as long as it is between the electrode 615 and the electrode 614. For example, the separator 641 may be in contact with the surface of the electrode 615 (the surface facing the electrode 614). Note that both the electrode 615 and the electrode 614 are porous electrodes.

さらに、酵素膜電極接合体601は、巻回後に電極615と電極614とが接触しないように、もう一つのセパレーター642を含む。つまり、巻回後の酵素膜電極接合体601では、各非水相を除く各部材、即ち電極614とセパレーター641と電極615とセパレーター642とが、この順番に配置される。巻回後の酵素膜電極接合体601においてセパレーター641とセパレーター642とが交互に電極614と電極615との間に配置されていればよく、セパレーター642を設ける位置は、図示する位置に限られない。例えば、図9(a)−図9(c)ではセパレーター642が電極615と接するように設けられているが、電極614の右側の面(各図の右側)にセパレーター642を設けることで、セパレーター641とセパレーター642との間に電極614が位置する構成としてもよい。なお、図8では、セパレーター641及びセパレーター642を図示していない。   Furthermore, the enzyme membrane electrode assembly 601 includes another separator 642 so that the electrode 615 and the electrode 614 do not contact after winding. That is, in the enzyme membrane electrode assembly 601 after winding, the members excluding each non-aqueous phase, that is, the electrode 614, the separator 641, the electrode 615, and the separator 642 are arranged in this order. In the enzyme membrane electrode assembly 601 after winding, the separators 641 and the separators 642 need only be alternately disposed between the electrodes 614 and 615, and the positions where the separators 642 are provided are not limited to the illustrated positions. . For example, in FIGS. 9A to 9C, the separator 642 is provided so as to be in contact with the electrode 615. By providing the separator 642 on the right side of the electrode 614 (the right side of each figure), the separator The electrode 614 may be positioned between the separator 642 and the separator 642. In FIG. 8, the separator 641 and the separator 642 are not shown.

図9(a)−図9(c)に示すように、電極615と電極614との幅(巻回後の螺旋形状の長さ)が同一であり得る。   As shown in FIGS. 9A to 9C, the widths of the electrodes 615 and 614 (the length of the spiral shape after winding) may be the same.

図9(a)−図9(c)に示すとおり、第1の非水相612と第2の非水相622と第3の非水相632とは、巻回前の状態の酵素膜電極接合体601において、酵素膜電極接合体601を巻回する方向に亘って、順に配置されている。これらの非水相の各々は、例えば、図9(a)に示す構成の酵素膜電極接合体601を作製する場合は、電極614と、セパレーター641とを積層させた多孔質膜の積層体の上に、各非水相の材料(イオン液体)をスプレー法(吹付法)、塗布法、減圧法、キャスト法、含浸法などの方法により設けることができる。電極614上に設けた各非水相の上に、電極615とセパレーター642とを順次積層させることで、図9(a)のように構成された酵素膜電極接合体601を得ることができる。なお、各々の非水相は、必要に応じて、例えば、後述する方法によりゲル化、又は硬化させることができる。   As shown in FIGS. 9A to 9C, the first non-aqueous phase 612, the second non-aqueous phase 622, and the third non-aqueous phase 632 are the enzyme membrane electrodes in a state before winding. In the joined body 601, the enzyme membrane electrode assembly 601 is disposed in order in the winding direction. Each of these non-aqueous phases is, for example, a porous membrane laminate in which an electrode 614 and a separator 641 are laminated when an enzyme membrane electrode assembly 601 having the configuration shown in FIG. Further, each non-aqueous phase material (ionic liquid) can be provided by a method such as a spray method (spraying method), a coating method, a reduced pressure method, a casting method, or an impregnation method. By sequentially laminating the electrode 615 and the separator 642 on each non-aqueous phase provided on the electrode 614, the enzyme membrane electrode assembly 601 configured as shown in FIG. 9A can be obtained. In addition, each non-aqueous phase can be gelatinized or hardened by the method mentioned later as needed, for example.

あるいは、例えば、図9(b)に示す構成の酵素膜電極接合体601を作製する場合は、電極614と、セパレーター641と、電極615と、セパレーター642とを積層させた多孔質膜の積層体の上に、各非水相の材料を上記した方法により設けることができる。   Alternatively, for example, in the case of producing the enzyme membrane electrode assembly 601 having the configuration shown in FIG. 9B, a porous membrane laminate in which an electrode 614, a separator 641, an electrode 615, and a separator 642 are laminated. Each non-aqueous phase material can be provided on the substrate by the method described above.

あるいは、第1の非水相612、第2の非水相622、及び第3の非水相632は、各々が電極614とセパレーター641と電極615とセパレーター642とを積層させた積層厚さ方向にわたって含浸されていてもよい。このような構成とする場合は、例えば、各非水相の材料を、積層する前の電極614、セパレーター641、セパレーター642、及び電極615の各々に設けることができる。あるいは、図9(a)−図9(c)のように多孔質膜の積層体の上又は層間に各非水相を設けた後、積層体を巻回する際に、巻回の圧力を適切に制御することによって、非水相をセパレーター641、セパレーター642、及び電極615に浸透させることができる。   Alternatively, the first non-aqueous phase 612, the second non-aqueous phase 622, and the third non-aqueous phase 632 are stacked in the stacking thickness direction in which the electrode 614, the separator 641, the electrode 615, and the separator 642 are stacked. It may be impregnated throughout. In the case of such a configuration, for example, each non-aqueous phase material can be provided on each of the electrode 614, the separator 641, the separator 642, and the electrode 615 before lamination. Alternatively, as shown in FIGS. 9 (a) to 9 (c), after each non-aqueous phase is provided on the porous film laminate or between the layers, the winding pressure is reduced when the laminate is wound. By appropriate control, the non-aqueous phase can penetrate the separator 641, the separator 642, and the electrode 615.

加えて、第1の非水相612、第2の非水相622、及び第3の非水相632は、各々の一部が多孔質膜(電極614、セパレーター641、電極615、及びセパレーター642)にそれぞれ含浸されており、かつその一部が多孔質膜の面上に設けられた層を構成することもできる。つまり、酵素膜電極接合体601では、図9(a)−図9(c)に図示されているように各非水相の一部が多孔質膜の面上、あるいは多孔質膜の間に存在するとともに、他の部分が多孔質膜に含浸され得る。例えば、図9(c)の構成の場合は、第1の非水相612、第2の非水相622、及び第3の非水相632のそれぞれについて、セパレーター641と電極615との間に存在する部分、セパレーター642の面上に存在する部分、並びに電極(614、615)及びセパレーター(641、642)に含浸されている部分が存在し得る。   In addition, a part of each of the first non-aqueous phase 612, the second non-aqueous phase 622, and the third non-aqueous phase 632 is a porous film (electrode 614, separator 641, electrode 615, and separator 642). And a part of which is provided on the surface of the porous membrane. That is, in the enzyme membrane electrode assembly 601, a part of each non-aqueous phase is on the surface of the porous membrane or between the porous membranes as shown in FIGS. 9 (a) to 9 (c). While present, other parts may be impregnated into the porous membrane. For example, in the case of the configuration of FIG. 9C, the first non-aqueous phase 612, the second non-aqueous phase 622, and the third non-aqueous phase 632 are each interposed between the separator 641 and the electrode 615. There may be portions present, portions present on the face of the separator 642, and portions impregnated in the electrodes (614, 615) and the separator (641, 642).

上述したとおり、非水相をゲル化、又は硬化させる場合は、例えば、非水相の材料としてのイオン液体に、酵素体の他に、予めゲル化剤又は高分子材料、バインダー、架橋剤、担体(支持体などの固定化担体や、導電性担体など)などを混ぜておくことができる。このように、ゲル化剤又は高分子材料、架橋剤、バインダーなどを混ぜておくことで、電極614とセパレーター641と電極615とセパレーター642とを積層させて、多孔質膜の積層体を得た後に、非水相をゲル化、又は硬化させることができる。また、巻回後に、非水相をゲル化、又は硬化させることもできる。   As described above, when the non-aqueous phase is gelled or cured, for example, an ionic liquid as a non-aqueous phase material, in addition to the enzyme body, a gelling agent or a polymer material, a binder, a crosslinking agent, A carrier (an immobilizing carrier such as a support or a conductive carrier) can be mixed. Thus, the electrode 614, the separator 641, the electrode 615, and the separator 642 were laminated by mixing a gelling agent or a polymer material, a crosslinking agent, a binder, etc., and a porous film laminate was obtained. Later, the non-aqueous phase can be gelled or cured. Further, after winding, the non-aqueous phase can be gelled or cured.

非水相を電極(614、615)に含浸させる場合、例えば、酵素体を含んだイオン液体を電極に浸透させることで、酵素体を電極に担持することができる。また、例えば、酵素体を含んだイオン液体を電極に浸透させる、又は電極表面に塗布した後ゲル化又は硬化させることで、酵素体を電極に担持することができる。あるいは、非水相を設ける前に、酵素体又は酵素体/導電性担体を電極に予め分散・担持させてもよい。   When the electrodes (614, 615) are impregnated with the non-aqueous phase, for example, the enzyme body can be supported on the electrode by allowing the ionic liquid containing the enzyme body to permeate the electrode. In addition, for example, the enzyme body can be supported on the electrode by allowing the ionic liquid containing the enzyme body to permeate the electrode, or applying the ionic liquid to the electrode surface, followed by gelling or curing. Alternatively, the enzyme body or the enzyme body / conductive carrier may be preliminarily dispersed and supported on the electrode before providing the non-aqueous phase.

また、例えば、図9(c)に示すように、各非水相(612、622、632)が電極614と電極615との間に層として存在し、その層が十分な厚さを有する場合は、セパレーター(641、642)を電極面に設けなくても電極614と電極615とが接触する虞がないため、セパレーター(641、642)を省略することができる。   For example, as shown in FIG. 9C, each non-aqueous phase (612, 622, 632) exists as a layer between the electrode 614 and the electrode 615, and the layer has a sufficient thickness. Since there is no possibility that the electrode 614 and the electrode 615 come into contact without providing the separator (641, 642) on the electrode surface, the separator (641, 642) can be omitted.

電極(614、615)は、第1の非水相612、第2の非水相622、及び第3の非水相632が設けられているそれぞれの部分において、異なる酵素を含む酵素体を含み得る。あるいは、それぞれの部分の間で同じ1種類以上の酵素を含む酵素体を含んでいてもよい。電極(614、615)におけるそれぞれの部分について、異なる酵素体を含んでいる、即ち各々の部分における酵素反応が異なる場合は、以下のような処置を取ることが望ましい。   The electrodes (614, 615) include enzyme bodies containing different enzymes in respective portions where the first non-aqueous phase 612, the second non-aqueous phase 622, and the third non-aqueous phase 632 are provided. obtain. Or the enzyme body containing the same 1 or more types of enzyme between each part may be included. When each part in the electrode (614, 615) contains a different enzyme body, that is, when the enzyme reaction in each part is different, it is desirable to take the following treatment.

例えば、第1酵素反応(第1還元反応)を確実に行わせるために、多孔質膜の積層体において第1酵素体を含む部分が、第2酵素体を含んだ部分の層を囲んだ後も、第1酵素体を含んだ部分の一部を被覆するように、第1酵素体を担持する部分の幅を設定することが望ましい。即ち、第1酵素体を含む層が、部分的に重なりあうことが望ましい。   For example, in order to reliably perform the first enzyme reaction (first reduction reaction), after the portion including the first enzyme body surrounds the layer including the second enzyme body in the porous membrane laminate. However, it is desirable to set the width of the portion supporting the first enzyme body so as to cover a part of the portion including the first enzyme body. That is, it is desirable that the layer containing the first enzyme body partially overlap.

同様に、第2酵素反応(第2還元反応)を確実に行わせるために、多孔質膜の積層体において第2酵素体を含む部分が、第3酵素体を含んだ部分の層を囲んだ後も、第2酵素体を含んだ部分の一部を被覆するように、第2酵素体を担持する部分の幅を設定することが望ましい。即ち、第2酵素体を含む層が、部分的に重なりあうことが望ましい。   Similarly, in order to ensure that the second enzyme reaction (second reduction reaction) is performed, the portion containing the second enzyme body in the porous membrane laminate surrounded the layer containing the third enzyme body. After that, it is desirable to set the width of the portion supporting the second enzyme body so as to cover a part of the portion including the second enzyme body. That is, it is desirable that the layer containing the second enzyme body partially overlap.

このように、各層状部にそれぞれ含まれている異なる酵素体が、酵素膜電極接合体601の巻回形状の半径方向に並ぶように担持されるような処置を講じることで、多段階酵素反応の各反応段階を確実かつ順番に行うことができる。   In this way, the multi-stage enzyme reaction is performed by taking a treatment such that different enzyme bodies included in each layered portion are supported so as to be aligned in the radial direction of the wound shape of the enzyme membrane electrode assembly 601. These reaction steps can be carried out reliably and sequentially.

また、多段酵素反応を行う場合、多段酵素反応による最終生成物の生成を効率よく進めさせるために、酵素の活性及び触媒効率に応じて、各非水相の体積(量)や電極(導電性担体)における酵素の量を適宜調整することができる。   In addition, when performing a multistage enzyme reaction, the volume (quantity) of each non-aqueous phase and the electrode (conductivity) depending on the activity and catalytic efficiency of the enzyme in order to efficiently produce the final product by the multistage enzyme reaction. The amount of the enzyme in the carrier) can be adjusted as appropriate.

図8に示す二酸化炭素固定化装置600では、図7と同様に、酵素膜電極接合体601の外周に位置する気体流路に気相611を流すことで、酵素膜電極接合体601に二酸化炭素を供給できる。二酸化炭素は、酵素膜電極接合体601における酵素反応により還元されて、反応生成物が生成される。また、酵素膜電極接合体601の中心にあたる液体流路に水相633を流すことで、酵素膜電極接合体601から反応生成物を回収できる。   In the carbon dioxide immobilization apparatus 600 shown in FIG. 8, as in FIG. 7, carbon dioxide is passed through the enzyme membrane electrode assembly 601 by flowing the gas phase 611 through the gas flow channel located on the outer periphery of the enzyme membrane electrode assembly 601. Can supply. Carbon dioxide is reduced by the enzyme reaction in the enzyme membrane electrode assembly 601 to generate a reaction product. In addition, the reaction product can be recovered from the enzyme membrane electrode assembly 601 by flowing the aqueous phase 633 through the liquid flow path which is the center of the enzyme membrane electrode assembly 601.

図8に示す二酸化炭素固定化装置は、多段酵素反応により二酸化炭素から燃料などの反応生成物を生成することができる。例えば、図7と同様に、多段酵素反応により、二酸化炭素からメタノールを生産することができる。   The carbon dioxide immobilization apparatus shown in FIG. 8 can generate a reaction product such as fuel from carbon dioxide by a multistage enzyme reaction. For example, as in FIG. 7, methanol can be produced from carbon dioxide by a multistage enzyme reaction.

図10に、実施形態の第1の態様に係るさらに別の例の二酸化炭素固定化装置の概略図を示す。   In FIG. 10, the schematic of the carbon dioxide fixing apparatus of another example which concerns on the 1st aspect of embodiment is shown.

図10に示す二酸化炭素固定化装置700は、図1−8に示したフロー式の装置と異なり、バッチ式の装置の一例である。この二酸化炭素固定化装置700は、気相711と、非水相712と、水相713とを含む。これらの各相は、セル本体C10に収容されている。   A carbon dioxide fixing apparatus 700 shown in FIG. 10 is an example of a batch type apparatus, unlike the flow type apparatus shown in FIGS. 1-8. The carbon dioxide immobilization apparatus 700 includes a gas phase 711, a non-aqueous phase 712, and an aqueous phase 713. Each of these phases is accommodated in the cell body C10.

気相711には、二酸化炭素を含む気体が含まれている。図10では、気相711を収容する室が、セル本体C10に設けられている。気相711を収容する室は、セル本体C10に設けられていなくてもよい。例えば、非水相712を大気などの二酸化炭素を含む気体に曝露させて、当該気体を気相711としてもよい。なお、気相711を収容する室をセル本体C10内に設ける場合は、例えば、この室と連絡した気体導入口や通気口をセル本体C10に設けて、二酸化炭素を含む気体を気相711に導入できるようにすることが望ましい。   The gas phase 711 contains a gas containing carbon dioxide. In FIG. 10, a chamber that accommodates the gas phase 711 is provided in the cell main body C10. The chamber for accommodating the gas phase 711 may not be provided in the cell main body C10. For example, the non-aqueous phase 712 may be exposed to a gas containing carbon dioxide such as the atmosphere, and the gas may be used as the gas phase 711. In addition, when providing the chamber which accommodates the gas phase 711 in the cell main body C10, for example, the gas main body C10 is provided with a gas introduction port and a vent which communicate with this chamber, and the gas containing carbon dioxide is supplied to the gas phase 711. It is desirable to be able to introduce it.

非水相712は、例えば、図1に示す装置における第1のブロック110と同様に、イオン液体を含む。また、非水相712内に、カソード電極715と、アノード電極714とが設置されている。カソード電極715は、酵素体11を担持している。酵素体11の担持の形態は、概略的に示す。また、酵素体11は、酵素12を含んでいる。   The non-aqueous phase 712 includes, for example, an ionic liquid, similar to the first block 110 in the apparatus shown in FIG. Further, a cathode electrode 715 and an anode electrode 714 are provided in the non-aqueous phase 712. The cathode electrode 715 carries the enzyme body 11. The carrying form of the enzyme body 11 is schematically shown. The enzyme body 11 includes an enzyme 12.

二酸化炭素固定化装置700は、電流制御部をさらに含む。電気的制御部は、カソード電極715とアノード電極714とに印加する電圧(又は電位)を制御するセル電圧制御部であり得る。あるいは、電気的制御部は、カソード電極715とアノード電極714との間を流れる電流を制御する電流制御部であり得る。また、電気的制御部は、セル電圧制御部として機能するモードと電流制御部として機能するモードとを備え得る。   Carbon dioxide immobilization device 700 further includes a current control unit. The electrical control unit may be a cell voltage control unit that controls a voltage (or potential) applied to the cathode electrode 715 and the anode electrode 714. Alternatively, the electrical control unit may be a current control unit that controls a current flowing between the cathode electrode 715 and the anode electrode 714. The electrical control unit may include a mode that functions as a cell voltage control unit and a mode that functions as a current control unit.

なお、カソード電極715及びアノード電極714は、お互いに接触して電気的にショートせずに非水相712に接触していればよく、図10に示す配置に限られない。例えば、これらの電極を設置する位置を気相711と非水相712との界面、又は非水相712と水相713との界面としてもよい。カソード電極715及び/又はアノード電極714を異なる相の界面に設置する場合は、カソード電極715及び/又はアノード電極714には、多孔質の電極材料を用いることが望ましい。   Note that the cathode electrode 715 and the anode electrode 714 are not limited to the arrangement shown in FIG. 10 as long as the cathode electrode 715 and the anode electrode 714 are in contact with each other and are not electrically short-circuited but in contact with the non-aqueous phase 712. For example, the position where these electrodes are installed may be the interface between the gas phase 711 and the non-aqueous phase 712 or the interface between the non-aqueous phase 712 and the aqueous phase 713. In the case where the cathode electrode 715 and / or the anode electrode 714 are installed at the interface between different phases, it is desirable to use a porous electrode material for the cathode electrode 715 and / or the anode electrode 714.

また、イオン液体としての非水相712は、水相より比重が大きいため、イオン液体をそのまま使用する場合、非水相712と水相713との間に多孔性のサポート膜、又は多孔性基板を設けてもよい。また、図示するようにセパレーター741をこれらと併せて、あるいは単独で設置してもよい。   In addition, since the non-aqueous phase 712 as the ionic liquid has a higher specific gravity than the aqueous phase, when using the ionic liquid as it is, a porous support film or a porous substrate is provided between the non-aqueous phase 712 and the aqueous phase 713. May be provided. Further, as shown in the figure, the separator 741 may be installed together with these or alone.

水相713は、非水相712から第1の反応生成物15を抽出する抽出液を含む。また、抽出液を機械的に撹拌する機構(図示せず)を設けることが好ましい。   The aqueous phase 713 includes an extract that extracts the first reaction product 15 from the non-aqueous phase 712. Moreover, it is preferable to provide a mechanism (not shown) for mechanically stirring the extract.

図10の二酸化炭素固定化装置700では、図1の二酸化炭素固定化装置100の備える第1のブロック110と同様に、気相711から非水相712に供給された二酸化炭素が酵素12の作用により還元されて、第1の反応生成物15が生成される。第1の反応生成物15は、水相713に供給される。   In the carbon dioxide immobilization apparatus 700 of FIG. 10, the carbon dioxide supplied from the gas phase 711 to the non-aqueous phase 712 is the action of the enzyme 12 as in the first block 110 included in the carbon dioxide immobilization apparatus 100 of FIG. To produce the first reaction product 15. The first reaction product 15 is supplied to the aqueous phase 713.

水相713は、第1の反応生成物15の濃度が一定の値に達した後、例えば、セル本体C10の下部に設けられた導出口から回収できる。   After the concentration of the first reaction product 15 reaches a certain value, the aqueous phase 713 can be recovered, for example, from the outlet provided in the lower part of the cell body C10.

非水相712における二酸化炭素を還元する酵素反応は、単一段階のものでもよく、あるいは多段階酵素反応でもよい。   The enzyme reaction for reducing carbon dioxide in the non-aqueous phase 712 may be a single stage or a multistage enzyme reaction.

単一段階の反応とする場合は、例えば、酵素12としてformate dehydrogenaseを用いることで、第1の反応生成物15としてギ酸が生成される。   In the case of a single-stage reaction, formic acid is produced as the first reaction product 15 by using formate dehydrogenase as the enzyme 12, for example.

多段階反応とする場合は、複数の異なる酵素体をカソード電極715に担持させる。例えば、三段階反応により二酸化炭素を還元してメタノールを生成する場合、formate dehydrogenaseを含む第1酵素体と、formaldehyde dehydrogenaseを含む第2酵素体と、alcohol dehydrogenaseを含む第3酵素体とをカソード電極715に担持させる。   In the case of a multistage reaction, a plurality of different enzyme bodies are supported on the cathode electrode 715. For example, in the case of producing methanol by reducing carbon dioxide by a three-stage reaction, a first enzyme body containing formate dehydrogenase, a second enzyme body containing formaldehyde dehydrogenase, and a third enzyme body containing alcohol dehydrogenase are used as the cathode electrode. 715 is carried.

この例では、非水相712に供給された二酸化炭素が第1酵素体にて還元されて、ギ酸が生成される。ギ酸は、速やかに第2酵素体へ移動し、ホルムアルデヒドに還元される。同様に、ホルムアルデヒドは、速やかに第3酵素体へ移動し、最終生成物としてのメタノールに還元される。   In this example, carbon dioxide supplied to the non-aqueous phase 712 is reduced by the first enzyme body to produce formic acid. Formic acid quickly moves to the second enzyme and is reduced to formaldehyde. Similarly, formaldehyde quickly moves to the third enzyme body and is reduced to methanol as the final product.

複数の異なる酵素体を用いて多段階反応を利用する場合には、水相713における抽出液が最終生成物を選択的に抽出できるように調整することが好ましい。例えば、上記例では、水相713にメタノールが選択的に供給されるように、抽出液を調整することが好ましい。   When using a multistage reaction using a plurality of different enzyme bodies, it is preferable to adjust so that the extract in the aqueous phase 713 can selectively extract the final product. For example, in the above example, it is preferable to adjust the extract so that methanol is selectively supplied to the aqueous phase 713.

また、図1に示す二酸化炭素固定化装置100の備える第1のブロック110、第2のブロック120、及び第3のブロック130を、図10の二酸化炭素固定化装置700で各々置き換えることができる。この場合、それぞれのブロックで行う酵素反応に応じて、非水相712に含ませる酵素体を適宜選択する。   In addition, the first block 110, the second block 120, and the third block 130 included in the carbon dioxide immobilization apparatus 100 illustrated in FIG. 1 can be replaced with the carbon dioxide immobilization apparatus 700 illustrated in FIG. In this case, an enzyme body to be included in the non-aqueous phase 712 is appropriately selected according to the enzyme reaction performed in each block.

図11に、実施形態に係る一例のスタック型二酸化炭素固定化装置を構成する単セルの概略図を示す。   In FIG. 11, the schematic of the single cell which comprises the stack type carbon dioxide fixation apparatus of an example which concerns on embodiment is shown.

図11(a)は、単セル型の二酸化炭素固定化装置800を下方から見た概略的な平面断面図を示す。図11(b)は、単セル型の二酸化炭素固定化装置800を側方から見た概略的な断面図を示す。   FIG. 11A is a schematic plan sectional view of the single cell type carbon dioxide immobilization apparatus 800 as viewed from below. FIG. 11B is a schematic cross-sectional view of the single cell type carbon dioxide immobilization apparatus 800 as viewed from the side.

図11(a)及び図11(b)の単セル型の二酸化炭素固定化装置800では、気相811と、電極814(アノード電極)と、非水相812と、電極815(カソード電極)と、水相813とが下から順に配置されている。なお、図示する例では、各相及び各電極は平面的な形状を有する。   In the single cell type carbon dioxide immobilization apparatus 800 shown in FIGS. 11A and 11B, a gas phase 811, an electrode 814 (anode electrode), a non-aqueous phase 812, an electrode 815 (cathode electrode), The water phase 813 is arranged in order from the bottom. In the illustrated example, each phase and each electrode have a planar shape.

電極814は、多孔質の電極であり、例えば、電極814としてカーボンペーパーを用いることができる。電極814は、気相811の流路兼リード線としての役割と果たす電極板861と接続されている。図示する例では、電極814と電極板861との間には、気相811の流路を規定する多数のスペーサー816が設けられている。スペーサー816は、省略することもできる。例えば、スペーサー816には、圧力などのストレスによる電極814の変形を防ぐ役割も担う場合があるが、電極814が十分な強度を有していればスペーサー816を省略できる。   The electrode 814 is a porous electrode, and for example, carbon paper can be used as the electrode 814. The electrode 814 is connected to an electrode plate 861 that serves as a flow path / lead wire for the gas phase 811. In the illustrated example, a large number of spacers 816 that define the flow path of the gas phase 811 are provided between the electrode 814 and the electrode plate 861. The spacer 816 can be omitted. For example, the spacer 816 may play a role of preventing deformation of the electrode 814 due to stress such as pressure, but the spacer 816 can be omitted if the electrode 814 has sufficient strength.

図11(a)に示すとおり、気体導入口51から、二酸化炭素を含む気体が気相811の流路に導入されると、この気体は、電極板861と電極814との隙間を通り抜けて平面方向に沿って流れて行き、気体排出口52から排出される。二酸化炭素は電極板861と電極814との隙間を通過する際、少なくともその一部が電極814をさらに通過して、非水相812に供給され、非水相812における酵素反応の基質となる。   As shown in FIG. 11A, when a gas containing carbon dioxide is introduced from the gas introduction port 51 into the flow path of the gas phase 811, the gas passes through the gap between the electrode plate 861 and the electrode 814 and is planar. It flows along the direction and is discharged from the gas discharge port 52. When carbon dioxide passes through the gap between the electrode plate 861 and the electrode 814, at least a part of the carbon dioxide further passes through the electrode 814 and is supplied to the non-aqueous phase 812, and becomes a substrate for the enzyme reaction in the non-aqueous phase 812.

非水相812の媒体として、二酸化炭素を選択的に吸収することのできるイオン液体などを用いることが好ましい。この場合、非水相812に吸収されなかった気体、例えば、二酸化炭素以外の気体は、気体排出口52から排出される。   As the medium of the non-aqueous phase 812, it is preferable to use an ionic liquid that can selectively absorb carbon dioxide. In this case, gas that has not been absorbed by the non-aqueous phase 812, for example, gas other than carbon dioxide, is discharged from the gas outlet 52.

電極815は、多孔質の電極であり、例えば、電極815としてカーボンペーパーを用いることができる。他の例によれば、電極815は、多数のスリットが設けられているシート状の電極、又は多孔質電極である。簡略化のため図面からは省略しているが、電極815は酵素体を担持している。電極815は、水相813の流路兼リード線としての役割を果たす電極板862と接続されている。   The electrode 815 is a porous electrode, and for example, carbon paper can be used as the electrode 815. According to another example, the electrode 815 is a sheet-like electrode provided with a large number of slits, or a porous electrode. Although omitted from the drawing for simplification, the electrode 815 carries an enzyme. The electrode 815 is connected to an electrode plate 862 serving as a flow path / lead wire for the water phase 813.

図11(a)に示した二酸化炭素を含む気体の流れと同様に、液体導入口(図示せず)から抽出液が水相813の流路に導入されると、この抽出液は、電極板862と電極815との隙間を通り抜けて、平面方向に沿って流れて行き、液体導出口から導出される。   Similar to the flow of the gas containing carbon dioxide shown in FIG. 11 (a), when the extract is introduced into the flow path of the aqueous phase 813 from the liquid inlet (not shown), the extract is It passes through the gap between 862 and the electrode 815, flows along the plane direction, and is led out from the liquid outlet.

気相811から非水相812に供給された二酸化炭素は、酵素反応により還元されて、反応生成物を生成する。反応生成物は、水相813に供給されて、回収される。   Carbon dioxide supplied from the gas phase 811 to the non-aqueous phase 812 is reduced by an enzymatic reaction to generate a reaction product. The reaction product is supplied to the aqueous phase 813 and recovered.

さらに、単セル(二酸化炭素固定化装置800)に温度センサーを設置したり、単セルの外側に保温材870を設けたりしてもよい。温度センサーにより単セルの温度を測定し、測定結果に基づいて、例えば、温度制御機構により、酵素反応に適切な条件となるように温度を制御することができる。また、保温材870を設けることにより、より安定な温度条件で酵素反応を行わせることができる。   Furthermore, a temperature sensor may be installed in the single cell (carbon dioxide fixing device 800), or a heat insulating material 870 may be provided outside the single cell. The temperature of the single cell is measured by the temperature sensor, and based on the measurement result, the temperature can be controlled by, for example, a temperature control mechanism so that the conditions are appropriate for the enzyme reaction. Further, by providing the heat insulating material 870, the enzyme reaction can be performed under a more stable temperature condition.

図11では、保温材870を設けた例を示した。保温材870の形状は特に限定されないが、例えば、板状の形状(slab-shaped form)を有し得る。保温材870は、省略してもよい。   In FIG. 11, the example which provided the heat insulating material 870 was shown. The shape of the heat insulating material 870 is not particularly limited. For example, the heat insulating material 870 may have a slab-shaped form. The heat insulating material 870 may be omitted.

各相及び各電極が治具J1により組み合わされて、一体のセルが構築されている。電気的にショートすることを防ぐ目的で、例えば、治具J1は、電気的絶縁性を有する材料からなり得る。あるいは、強度などの性質を鑑みて、例えば、治具J1として金属や合金などといった導電性の材料を用いた場合には、治具J1の表面に絶縁性の被膜を設けるなどして、電気的にショートすることを防ぐことが望ましい。   Each phase and each electrode are combined by the jig J1, and an integral cell is constructed. In order to prevent an electrical short circuit, for example, the jig J1 can be made of a material having electrical insulation. Alternatively, in view of properties such as strength, for example, when a conductive material such as a metal or an alloy is used as the jig J1, an insulating film is provided on the surface of the jig J1, for example. It is desirable to prevent short circuit.

スペーサー816は、例えば、導電性材料から形成することができる。この場合、電極814と電極板861とがスペーサー816を介して電気的に接続され得る。あるいは、電極板861として、例えば、成型加工により突起物が形成されているものを用いることで、この突起物をスペーサー816の代わりとしてもよい。この場合、電極814と電極板861とが突起物により直接電気的に接続される。   The spacer 816 can be formed from, for example, a conductive material. In this case, the electrode 814 and the electrode plate 861 can be electrically connected via the spacer 816. Alternatively, as the electrode plate 861, for example, a projection in which a projection is formed by molding may be used, and this projection may be used in place of the spacer 816. In this case, the electrode 814 and the electrode plate 861 are directly electrically connected by the protrusion.

一方で、スペーサー816を介して電極814と電極板861とを電気的に接続する代わりに、電気的接続のための導線などを別途設けてもよい。この場合、スペーサー816の材料として絶縁性材料を用いることが望ましい。また、気相811に供給される気体の成分や温度に応じて、スペーサー816の材料を適宜選択することが望ましい。   On the other hand, instead of electrically connecting the electrode 814 and the electrode plate 861 via the spacer 816, a conducting wire or the like for electrical connection may be separately provided. In this case, it is desirable to use an insulating material as the material of the spacer 816. In addition, it is desirable to select a material for the spacer 816 as appropriate in accordance with the component and temperature of the gas supplied to the gas phase 811.

スペーサー816に用いることのできる材料としては、例えば、ステンレス、ニッケル、銅、アルミニウム、タングステン、導電性ポリマー、グラファイトなどの導電性の高い材料を挙げることができる。また、他の材料としては、例えば、プラスチック、セラミックス、ガラスなどの非導電性の素材を挙げることができる。   Examples of a material that can be used for the spacer 816 include highly conductive materials such as stainless steel, nickel, copper, aluminum, tungsten, a conductive polymer, and graphite. Examples of other materials include non-conductive materials such as plastic, ceramics, and glass.

スペーサー816により気相811において流路を規定することで、流通する気体が電極814の表面に沿って流れる時間を十分に長くすることができる。例えば、気体導入口51から気体排出口52までの流路が長くなるようにスペーサー816を隔壁の如く設置する。こうすることで、流通する気体から電極814を通過して非水相812に供給される二酸化炭素の量を多くできる。スペーサー816の形状及び配置は、非水相812へ二酸化炭素を供給できる流路が確保できればよく、図示するものに限定されない。例えば、スペーサー816の形状をスリット形状の代わりにドット形状にしてもよい。気体導入口51に導入する気体の供給源の状態、並びに導入する気体の流速、温度、及び圧力などといった条件に応じて、スペーサー816の形状及び配置を適宜設計することが望ましい。   By defining the flow path in the gas phase 811 with the spacer 816, the time for the flowing gas to flow along the surface of the electrode 814 can be made sufficiently long. For example, the spacer 816 is installed like a partition so that the flow path from the gas inlet 51 to the gas outlet 52 becomes longer. By doing so, the amount of carbon dioxide supplied from the flowing gas to the non-aqueous phase 812 through the electrode 814 can be increased. The shape and arrangement of the spacer 816 are not limited to those shown in the drawing as long as a flow path capable of supplying carbon dioxide to the non-aqueous phase 812 can be secured. For example, the spacer 816 may have a dot shape instead of a slit shape. It is desirable to appropriately design the shape and arrangement of the spacers 816 according to the conditions of the supply source of the gas introduced into the gas introduction port 51 and the conditions such as the flow rate, temperature, and pressure of the introduced gas.

水相813においても同様に、電極815と電極板862との間に、抽出液の流路を規定する多数のスペーサー817を設けることができる。スペーサー817は、例えば、導電性材料から形成することができる。この場合、電極815と電極板862とがスペーサー817を介して電気的に接続され得る。あるいは、電極板862として、例えば、成型加工により突起物が形成されているものを用いることで、この突起物をスペーサー817の代わりとしてもよい。この場合、電極815と電極板862とが突起物により直接電気的に接続される。   Similarly, in the water phase 813, a large number of spacers 817 that define the flow path of the extract can be provided between the electrode 815 and the electrode plate 862. The spacer 817 can be formed from a conductive material, for example. In this case, the electrode 815 and the electrode plate 862 can be electrically connected via the spacer 817. Alternatively, as the electrode plate 862, for example, a projection on which a projection is formed by molding may be used, and this projection may be used in place of the spacer 817. In this case, the electrode 815 and the electrode plate 862 are directly electrically connected by the protrusion.

一方で、スペーサー817を介して電極815と電極板862とを電気的に接続する代わりに、電気的接続のための導線などを別途設けてもよい。この場合、スペーサー817の材料として絶縁性材料を用いることが望ましい。また、抽出液の成分などに応じて、スペーサー817の材料を適宜選択することが望ましい。   On the other hand, instead of electrically connecting the electrode 815 and the electrode plate 862 via the spacer 817, a conducting wire or the like for electrical connection may be separately provided. In this case, it is desirable to use an insulating material as the material of the spacer 817. In addition, it is desirable to appropriately select the material of the spacer 817 according to the components of the extract.

スペーサー817に用いることのできる材料としては、例えば、ステンレス、ニッケル、銅、アルミニウム、タングステン、導電性ポリマー、グラファイトなどの導電性の高い材料を挙げることができる。また、他の材料としては、例えば、プラスチック、セラミックス、ガラスなどの非導電性の素材を挙げることができる。   Examples of a material that can be used for the spacer 817 include highly conductive materials such as stainless steel, nickel, copper, aluminum, tungsten, a conductive polymer, and graphite. Examples of other materials include non-conductive materials such as plastic, ceramics, and glass.

スペーサー817により水相813内に流路を規定することで、流通する抽出液が電極815の表面に沿って流れる時間を十分に長くすることができる。例えば、液体導入口から液体導出口までの流路が長くなるようにスペーサー817を隔壁の如く設置する。こうすることで、抽出液により非水相812から抽出される反応生成物の量を多くできる。スペーサー817の形状及び配置は、非水相812から反応生成物を抽出できる流路が確保できればよく、限定されるものではない。例えば、スペーサー817の形状をスリット形状やドット形状にしてもよい。液体導入口に導入する抽出液の流速、温度、及び圧力などといった条件に応じて、スペーサー817の形状及び配置を適宜設計することが望ましい。   By defining the flow path in the aqueous phase 813 by the spacer 817, the time for the flowing extract to flow along the surface of the electrode 815 can be sufficiently increased. For example, the spacer 817 is installed like a partition so that the flow path from the liquid inlet to the liquid outlet is longer. By doing so, the amount of the reaction product extracted from the non-aqueous phase 812 by the extract can be increased. The shape and arrangement of the spacer 817 are not limited as long as a flow path capable of extracting the reaction product from the non-aqueous phase 812 can be secured. For example, the spacer 817 may have a slit shape or a dot shape. It is desirable to appropriately design the shape and arrangement of the spacers 817 according to conditions such as the flow rate, temperature, and pressure of the extract introduced into the liquid inlet.

なお、スペーサー817は、圧力などのストレスによる電極815の変形を防ぐ役割も担う場合がある。電極815が十分な強度を有していればスペーサー817を省略してもよい。一方で、スペーサー817を省略した場合は、抽出液の流路がないため抽出液の流通を制御しにくい。そのため、スペーサー817を設けて水相813において抽出液の流路を規定することが好ましい。   Note that the spacer 817 may also play a role of preventing deformation of the electrode 815 due to stress such as pressure. If the electrode 815 has sufficient strength, the spacer 817 may be omitted. On the other hand, when the spacer 817 is omitted, it is difficult to control the flow of the extract because there is no flow path for the extract. Therefore, it is preferable to provide a spacer 817 to define the flow path of the extract in the aqueous phase 813.

また、例えば、電極板861及び電極板862の端部に、例えば、樹脂などの材料からなるガスケットを設けてもよい。ガスケットにより単セル内の二酸化炭素や抽出液の漏出を防止することができる。   Further, for example, a gasket made of a material such as a resin may be provided at the ends of the electrode plate 861 and the electrode plate 862. The gasket can prevent leakage of carbon dioxide and the extract in the single cell.

図12に、実施形態に係る一例のスタック型二酸化炭素固定化装置の概略図を示す。   FIG. 12 shows a schematic diagram of an example of a stack type carbon dioxide immobilization apparatus according to the embodiment.

図11に示す単セル型の二酸化炭素固定化装置800をスタックすると、図12に示す積層型の二酸化炭素固定化装置900が得られる。なお、図12では、図11に示す二酸化炭素固定化装置800を簡略化して描いている。また、図12において、参照符号871はガスケットを示している。   When the single cell type carbon dioxide immobilization apparatus 800 shown in FIG. 11 is stacked, a stacked type carbon dioxide immobilization apparatus 900 shown in FIG. 12 is obtained. In addition, in FIG. 12, the carbon dioxide fixing apparatus 800 shown in FIG. 11 is simplified and drawn. In FIG. 12, reference numeral 871 indicates a gasket.

図12に示す積層型の二酸化炭素固定化装置900は、複数の単セル(二酸化炭素固定化装置800)を含んでいる。これら単セルは、厚さ方向に積層されてスタック型構造体を構成しており、治具J2,J3によって一体化されている。隣接する単セルの間には、一方の単セルの電極板861と他方の単セルの電極板862との電気的接触を防ぐため、電気的絶縁シート(図示せず)が設けられている。   A stacked carbon dioxide fixing device 900 shown in FIG. 12 includes a plurality of single cells (carbon dioxide fixing device 800). These single cells are stacked in the thickness direction to form a stack structure, and are integrated by jigs J2 and J3. Between adjacent unit cells, an electrical insulating sheet (not shown) is provided to prevent electrical contact between the electrode plate 861 of one unit cell and the electrode plate 862 of the other unit cell.

複数の単セルは、例えば、スタック型構造体の積層方向の両端に治具J2が配置されて、その間に積層されている単セルが配置された状態で、積層方向に沿って設置されている治具J3により両端の治具J2が連結されることで一体化されている。治具J2は、例えば、平面状の部材であり得る。治具J3は、例えば、柱状の部材であり得る。電気的にショートすることを防ぐ目的で、例えば、治具J2,J3は、電気的絶縁性を有する材料からなり得る。あるいは、強度などの性質を鑑みて、例えば、治具J2及びJ3として金属や合金などといった導電性の材料を用いた場合には、治具J2及びJ3の表面に絶縁性の被膜を設けるなどして、電気的にショートすることを防ぐことが望ましい。   The plurality of single cells are installed along the stacking direction, for example, with the jig J2 disposed at both ends of the stack type structure in the stacking direction and the single cells stacked therebetween. The jig J3 is integrated by connecting the jigs J2 at both ends. The jig J2 can be, for example, a planar member. The jig J3 can be, for example, a columnar member. In order to prevent an electrical short circuit, for example, the jigs J2 and J3 can be made of a material having electrical insulation. Alternatively, in view of properties such as strength, for example, when a conductive material such as a metal or an alloy is used as the jigs J2 and J3, an insulating coating is provided on the surfaces of the jigs J2 and J3. Therefore, it is desirable to prevent an electrical short circuit.

各単セルの気体導入口51及び気体排出口52は、それぞれ、共通の気体導入路及び共通の気体排出路(いずれも図示せず)に接続されている。あるいは、一つの単セルの気体排出口52が別の単セルの気体導入口51に接続して、直列的に接続された気体流路を構成してもよい。このように、気体流路の接続方法を変更することで、全ての単セルに同時に気相を流したり、あるいは各単セルに気相を順次流したりすることができる。   The gas inlet 51 and the gas outlet 52 of each single cell are connected to a common gas inlet path and a common gas outlet path (both not shown), respectively. Alternatively, the gas discharge port 52 of one single cell may be connected to the gas introduction port 51 of another single cell to configure a gas flow path connected in series. Thus, by changing the connection method of the gas flow paths, the gas phase can be made to flow simultaneously to all the single cells, or the gas phase can be made to flow sequentially to each single cell.

また、各単セルの液体導入口及び液体導出口は、それぞれ、共通の液体導入路及び共通の液体導出路(いずれも図示せず)に接続されている。あるいは、一つの単セルの液体導出口が別の単セルの液体導入口に接続して、直列的に接続された液体流路を構成してもよい。このように、液体流路の接続方法を変更することで、全ての単セルに同時に抽出液(水相)を流したり、あるいは各単セルに抽出液(水相)を順次流したりすることができる。   Further, the liquid inlet and the liquid outlet of each single cell are connected to a common liquid inlet and a common liquid outlet (both not shown), respectively. Alternatively, the liquid outlet of one single cell may be connected to the liquid inlet of another single cell to configure a liquid channel connected in series. In this way, by changing the connection method of the liquid flow path, it is possible to simultaneously flow the extract (water phase) to all the single cells, or to sequentially flow the extract (water phase) to each single cell. it can.

また、これら単セルからなるスタックは、電極リード線961により、各々の単セルにおける電極板861同士が電気的に接続されている。同様に、電極リード線962により、複数の単セルにおける電極板862同士が電気的に接続されている。電極リード線961と電極リード線962をそれぞれセル電圧制御部と電気的に接続させ、セル電圧制御部により電極リード線961及び962の間に電圧を印加すると、各単セルの電極板861及び862間に電圧が印加される。   Further, in the stack composed of these single cells, electrode plates 861 in each single cell are electrically connected to each other by electrode lead wires 961. Similarly, electrode plates 862 in a plurality of single cells are electrically connected by electrode lead wires 962. When the electrode lead 961 and the electrode lead 962 are electrically connected to the cell voltage controller, respectively, and a voltage is applied between the electrode leads 961 and 962 by the cell voltage controller, the electrode plates 861 and 862 of each single cell. A voltage is applied between them.

電極リード線961と電極リード線962をセル電圧制御部に接続する代わりに、電流制御部に電気的に接続してもよい。電流制御部により、例えば、各単セルの電極板861及び862の間を流れる電流を制御することができる。あるいは、セル電圧制御部と電流制御部とを兼用することができる電気的制御部を用いてもよい。   Instead of connecting the electrode lead wire 961 and the electrode lead wire 962 to the cell voltage control unit, they may be electrically connected to the current control unit. For example, the current control unit can control the current flowing between the electrode plates 861 and 862 of each single cell. Or you may use the electrical control part which can serve as a cell voltage control part and a current control part.

図12では、各々の単セルにおける電極板861同士が電気的に並列接続されているが、電極板861同士が電気的に直列に接続される構成としてもよい。同様に、図12では、電極板862同士が電気的に並列接続されているが、電極板862同士が電気的に直列に接続される構成としてもよい。   In FIG. 12, the electrode plates 861 in each single cell are electrically connected in parallel, but the electrode plates 861 may be electrically connected in series. Similarly, in FIG. 12, the electrode plates 862 are electrically connected in parallel, but the electrode plates 862 may be electrically connected in series.

この構成の装置によれば、二酸化炭素を高効率で固定化することができる。   According to the apparatus having this configuration, carbon dioxide can be immobilized with high efficiency.

第1の実施形態に係る二酸化炭素固定化装置は、イオン液体を含む非水相と、非水相と接するように設置されている導電性担体と、導電性担体に担持されている酵素体と、水を含んだ抽出液を含む水相とを具備する。酵素体は、非水相に供給された二酸化炭素又はその還元生成物の還元反応を触媒する。水相には、上記還元反応の反応生成物が供給される。この構成の装置によれば、二酸化炭素を高効率で固定化することができる。   The carbon dioxide immobilization apparatus according to the first embodiment includes a non-aqueous phase containing an ionic liquid, a conductive carrier installed in contact with the non-aqueous phase, and an enzyme body carried on the conductive carrier. And an aqueous phase containing an extract containing water. The enzyme body catalyzes the reduction reaction of carbon dioxide or its reduction product supplied to the non-aqueous phase. The reaction product of the reduction reaction is supplied to the aqueous phase. According to the apparatus having this configuration, carbon dioxide can be immobilized with high efficiency.

(第2の実施形態)
第2の実施形態によれば、二酸化炭素供給部と燃料生成部と抽出液回収部とを具備する燃料生産システムが提供される。
(Second Embodiment)
According to the second embodiment, a fuel production system including a carbon dioxide supply unit, a fuel generation unit, and an extract recovery unit is provided.

図13は、第2の実施形態に係る一例の燃料生産システムを示すスキームである。   FIG. 13 is a scheme showing an example fuel production system according to the second embodiment.

第1の実施形態に係る二酸化炭素固定化装置を図13に示すシステムの燃料生成部に設置することにより、二酸化炭素から燃料の生産を自動的に制御することができる。   By installing the carbon dioxide immobilization device according to the first embodiment in the fuel generation unit of the system shown in FIG. 13, the production of fuel from carbon dioxide can be automatically controlled.

図13の点線(外部電気ラインE1−E6)は、電気系統回路を示す。一方、図13の実線(L1−L5)は、気相又は液相の配管系を示す。   Dotted lines (external electrical lines E1-E6) in FIG. 13 indicate electrical system circuits. On the other hand, the solid line (L1-L5) in FIG. 13 indicates a gas phase or liquid phase piping system.

電気系統回路中の各配線(E1−E6)は、電力供給のための外部電気ラインとして機能するとともに、電気信号など、各部材を制御するための信号を伝達する外部信号ラインとして機能する。   Each wiring (E1-E6) in the electric system circuit functions as an external electric line for supplying power, and also functions as an external signal line for transmitting a signal for controlling each member such as an electric signal.

燃料生成部82に設置された二酸化炭素固定化装置に対し電圧を外部から印加するために、外部電気ラインE2とE3とを介して、制御部91及び電気的制御部95が接続されている。また、燃料生成部82には、外部電気ラインE2とE4と介して、制御部91及び温度制御部94が接続されている。   In order to apply a voltage from the outside to the carbon dioxide fixing device installed in the fuel generation unit 82, a control unit 91 and an electrical control unit 95 are connected via external electric lines E2 and E3. In addition, a controller 91 and a temperature controller 94 are connected to the fuel generator 82 via external electric lines E2 and E4.

電気系統システム90における制御部91は、二酸化炭素固定化装置に設置されたセンサーからの温度条件の情報、二酸化炭素供給部81の二酸化炭素の供給情報などに応じて、電気的制御部95に二酸化炭素固定化装置へ印加する電圧条件、あるいは二酸化炭素固定化装置における電流の条件を指示する。また、電気系統システム90における制御部91は、二酸化炭素供給部81の二酸化炭素の供給情報などに応じて、抽出液供給部83に抽出液の供給流速の条件を指示する。また、制御部91は、温度制御部94に燃料生成部82の温度の制御を指示する。   The control unit 91 in the electric system 90 is supplied to the electric control unit 95 according to the temperature condition information from the sensor installed in the carbon dioxide fixing device, the carbon dioxide supply information of the carbon dioxide supply unit 81, and the like. A voltage condition applied to the carbon fixing device or a current condition in the carbon dioxide fixing device is indicated. Further, the control unit 91 in the electrical system 90 instructs the extraction liquid supply unit 83 on the condition for the supply flow rate of the extraction liquid in accordance with the carbon dioxide supply information of the carbon dioxide supply unit 81 and the like. The control unit 91 instructs the temperature control unit 94 to control the temperature of the fuel generation unit 82.

電気的制御部95は、二酸化炭素固定化装置へ印加する電圧を制御するセル電圧制御部であり得る。あるいは、電気的制御部95は、二酸化炭素固定化装置における電流を制御する電流制御部であり得る。また、電気的制御部95は、セル電圧制御部として機能するモードと電流制御部として機能するモードとを備えたものであってもよい。電気的制御部95は、制御部91からの指示に基づいて、セル電圧制御部としてのモードと電流制御部としてのモードとの間で作動モードを切り替え得る。   The electrical control unit 95 may be a cell voltage control unit that controls a voltage applied to the carbon dioxide fixing device. Alternatively, the electrical control unit 95 may be a current control unit that controls a current in the carbon dioxide fixing device. The electrical control unit 95 may include a mode that functions as a cell voltage control unit and a mode that functions as a current control unit. The electric control unit 95 can switch the operation mode between the mode as the cell voltage control unit and the mode as the current control unit based on an instruction from the control unit 91.

二酸化炭素供給部81は、二酸化炭素を含む気体の圧力を制御する機能を備えてもよい。例えば、制御部91は、二酸化炭素供給部81における気体の圧力を検知し、必要に応じて外部電気ラインE5(外部信号ライン)を介して圧力制御を指示する。   The carbon dioxide supply unit 81 may have a function of controlling the pressure of a gas containing carbon dioxide. For example, the control unit 91 detects the gas pressure in the carbon dioxide supply unit 81 and instructs pressure control via the external electric line E5 (external signal line) as necessary.

抽出液回収部84において、抽出液から燃料の回収が行われ、さらに抽出液のpH調整が行われる。抽出液はその後、抽出液供給部83に供給されて再利用される。   In the extract recovery unit 84, fuel is recovered from the extract, and the pH of the extract is adjusted. Thereafter, the extract is supplied to the extract supply unit 83 and reused.

抽出液供給部83は、抽出液回収部84から供給された抽出液を一時的に貯蔵する役割を果たし、制御部91からの指令に従って、燃料生成部82へ抽出液を所定の流速で供給する。   The extract supply unit 83 serves to temporarily store the extract supplied from the extract recovery unit 84, and supplies the extract to the fuel generation unit 82 at a predetermined flow rate in accordance with a command from the control unit 91. .

さらに、抽出液供給タンク85を用いることにより、抽出液供給部83の抽出液の条件を変更、調整することができる。   Furthermore, by using the extract supply tank 85, the condition of the extract in the extract supply unit 83 can be changed and adjusted.

第2の実施形態に係る燃料生産システムは、第1の実施形態に係る二酸化炭素固定化装置を含む燃料生成部を具備する。そのため、このシステムは、二酸化炭素を高効率で固定化することができる。   The fuel production system according to the second embodiment includes a fuel generation unit including the carbon dioxide fixing device according to the first embodiment. Therefore, this system can immobilize carbon dioxide with high efficiency.

[実施例]
以下、実施形態に係る二酸化炭素固定化装置の具体的な設計の一例として、実施例について説明する。
[Example]
Hereinafter, an example will be described as an example of a specific design of the carbon dioxide immobilization apparatus according to the embodiment.

(実施例1)
実施例1の二酸化炭素固定化装置は、図1に示す二酸化炭素固定化装置100のように、第1のブロック、第2のブロック及び第3のブロックを含む二酸化炭素固定化装置である。また、実施例1の二酸化炭素固定化装置では、二酸化炭素を固定化する反応の一例として、二酸化炭素から燃料であるメタノールを生産する。
(Example 1)
The carbon dioxide immobilization apparatus of Example 1 is a carbon dioxide immobilization apparatus including a first block, a second block, and a third block, like the carbon dioxide immobilization apparatus 100 shown in FIG. Moreover, in the carbon dioxide fixing device of Example 1, methanol as a fuel is produced from carbon dioxide as an example of a reaction for fixing carbon dioxide.

実施例1では、以下に示す三段階の酵素反応によりメタノールを生産する。   In Example 1, methanol is produced by the following three-stage enzymatic reaction.

第1酵素反応は、Formate dehydrogenase(FateDH;FDH)を酵素として用い、基質である二酸化炭素からギ酸(formic acid又はformate)を生成する反応である。 The first enzymatic reaction, Formate Dehydrogenase; using (F ate DH FDH) as an enzyme, is from carbon dioxide, a substrate reaction that produces formic acid (formic acid or formate).

第2酵素反応は、ギ酸(formic acid又はformate)を基質として、酵素Formaldehyde dehydrogenase(FaldDH)存在の元、ホルムアルデヒドを生成する。 The second enzymatic reaction produces formaldehyde in the presence of the enzyme Formaldehyde dehydrogenase ( Fald DH), using formic acid or formate as a substrate.

第3酵素反応は、ホルムアルデヒドを基質として、酵素Alcohol dehydrogenase(ADH)存在の元、酵素反応でメタノールを生成する。   In the third enzyme reaction, formaldehyde is used as a substrate to produce methanol in the presence of the enzyme Alcohol dehydrogenase (ADH).

三つの酵素反応に係る酵素は、それぞれの反応ブロックにおいて配置した導電性担体としてのカソード電極に修飾されている。   Enzymes related to the three enzyme reactions are modified to a cathode electrode as a conductive carrier arranged in each reaction block.

以下に示す物理的手法によって酵素を導電性担体(カソード電極)に修飾する。   The enzyme is modified to a conductive carrier (cathode electrode) by the physical method described below.

Formate dehydrogenase(FateDH)をpH6の緩衝液(0.02M、リン酸緩衝液)に溶解する。得られたFateDHの水溶液を0.1Mの1, 2-ビス(2-エチルヘキシルカルボニル)-1-エタンスルホン酸ナトリウム(Aerosol OT;AOT)のオクタン溶液に適量に加える。上記の溶液を十分攪拌して、酵素/AOT/オクタンの逆ミセル溶液を作製する。 Formate dehydrogenase (F ate DH) is dissolved in a pH 6 buffer (0.02 M, phosphate buffer). The obtained aqueous solution of F ate DH is added in an appropriate amount to a 0.1 M octane solution of sodium 1,2-bis (2-ethylhexylcarbonyl) -1-ethanesulfonate (Aerosol OT; AOT). The above solution is sufficiently stirred to prepare an enzyme / AOT / octane reverse micelle solution.

次に、グラファイトを酵素/AOT/オクタンの逆ミセル溶液に入れて、酵素/逆ミセルとグラファイトを含む有機インク液を調製する。   Next, graphite is put into an enzyme / AOT / octane reverse micelle solution to prepare an organic ink solution containing the enzyme / reverse micelle and graphite.

片方の主面に緻密層(Micro Porous Layer)を有するカーボンペーパー電極(複合電極)を別途準備する。先に調整した逆ミセルとグラファイトとを含む有機インク液を低圧スプレーガンに入れ、カーボンペーパー電極の片面(緻密層を有さない主面)に均一にスプレーする。有機インク液をスプレーした後に、カーボンペーパー電極をドラフトチャンバー内に静置してオクタン溶液を揮発させる。こうすることにより、第1酵素としてFateDHを第1の導電性担体に修飾する。 A carbon paper electrode (composite electrode) having a dense layer (Micro Porous Layer) on one main surface is separately prepared. The organic ink liquid containing the reverse micelle and graphite prepared previously is put in a low-pressure spray gun, and sprayed uniformly on one side of the carbon paper electrode (the main surface without the dense layer). After spraying the organic ink liquid, the carbon paper electrode is left in the draft chamber to volatilize the octane solution. Thus, Fate DH is modified as the first enzyme to the first conductive carrier.

FateDHの代わりにFaldDHを第2酵素として用いて、同様な手法で第2の導電性担体に修飾する。また、FateDHの代わりにADHを第3酵素として用いて、同様な手法で第3の導電性担体に修飾する。 Using F ald DH instead of F ate DH as the second enzyme, the second conductive carrier is modified in the same manner. In addition, ADH is used as the third enzyme instead of Fate DH, and the third conductive carrier is modified in the same manner.

三つのブロックの各非水相には、1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)amide(略号:EMIMTFSI)からなるイオン液体を用いる。三つのブロックの各水相の抽出液には、pH 6、濃度50 mMリン酸緩衝液を用いる。   An ionic liquid composed of 1-ethyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) amide (abbreviation: EMIMTFSI) is used for each non-aqueous phase of the three blocks. PH 6 and a concentration of 50 mM phosphate buffer are used for the extract of each aqueous phase of the three blocks.

それぞれ酵素修飾した上記第1の導電性担体、第2の導電性担体、及び第3の導電性担体をそれぞれ第1のブロック、第2のブロック、第3のブロックのカソード電極として、各々のブロックにおける非水相と水相との間に配置する。   The first conductive carrier, the second conductive carrier, and the third conductive carrier modified with the enzyme are used as cathode electrodes of the first block, the second block, and the third block, respectively. Between the non-aqueous phase and the aqueous phase.

各ブロックの非水相に、それぞれアノード電極として酵素修飾されていないカーボンペーパーを配置する。さらに、各ブロックの水相における適切な位置に参照電極を配置できる。   Carbon paper that is not enzyme-modified is disposed as an anode electrode in the non-aqueous phase of each block. Furthermore, a reference electrode can be arrange | positioned in the appropriate position in the water phase of each block.

製造した二酸化炭素固定化装置を用いることにより、二酸化炭素から高い燃料変換効率でメタノールが得られる。   By using the produced carbon dioxide fixing device, methanol can be obtained from carbon dioxide with high fuel conversion efficiency.

(実施例2)
実施例2の二酸化炭素固定化装置は、実施例1の二酸化炭素固定化装置と同様にFateDH、FaldDH、及びADHを用いる三段階の酵素反応によりメタノールを生産する装置である。実施例2における非水相及び水相には、実施例1と同様のイオン液体及び抽出液をそれぞれ用いる。
(Example 2)
Carbon dioxide fixation device in embodiment 2 is an apparatus for producing methanol carbon dioxide immobilization apparatus as well as F ate DH of Example 1, F ald DH, and the three-step enzymatic reaction using ADH. For the non-aqueous phase and the aqueous phase in Example 2, the same ionic liquid and extract as in Example 1 are used.

それぞれの酵素反応を触媒する酵素が修飾されたカソード電極、即ち酵素を担持する導電性担体は、以下に示す手法によって酵素を電極に修飾して得る。   A cathode electrode in which an enzyme that catalyzes each enzyme reaction is modified, that is, a conductive carrier carrying the enzyme, is obtained by modifying the enzyme to an electrode by the following method.

まず、適量のFateDHをpH6の緩衝液(0.02M、リン酸緩衝液)に溶かして酵素溶液を調製する。次に、酵素溶液を攪拌しながら、重合度1500のポリビニルアルコール(PVA)を徐々に加えて溶解させて、酵素/PVAの混合液を調製する。 First, an appropriate amount of Fate DH is dissolved in a pH 6 buffer (0.02 M, phosphate buffer) to prepare an enzyme solution. Next, while stirring the enzyme solution, polyvinyl alcohol (PVA) having a polymerization degree of 1500 is gradually added and dissolved to prepare an enzyme / PVA mixture.

別途、カーボンクロスを減圧濾過用フィルターホルダー(ブフナー漏斗)にセットし、ブフナー漏斗をさらに濾過鐘にセットする。カーボンクロスの上から酵素/PVAの混合液を注いだ後、ろ過鐘と接続されているアスピレーターの水流ポンプによる減圧を施すことにより、酵素/PVAの混合液をカーボンクロスの中まで浸透させる。上記の方法で第1酵素としてのFateDHを担持させた電極を第1のブロックに設置するカソード電極として使用する。 Separately, set the carbon cloth on the filter holder for vacuum filtration (Buchner funnel), and set the Buchner funnel on the filter bell. After pouring the enzyme / PVA mixture from the top of the carbon cloth, the enzyme / PVA mixture is infiltrated into the carbon cloth by reducing the pressure with the water pump of the aspirator connected to the filtration bell. The electrode carrying Fate DH as the first enzyme by the above method is used as the cathode electrode installed in the first block.

FateDHの代わりにFaldDHを第2酵素として用いて、同様な手法で第2のブロックに設置するカソード電極を作製する。また、FateDHの代わりにADHを第3酵素として用いて、同様な手法で第3のブロックに設置するカソード電極を作製する。 Using F ald DH instead of F ate DH as the second enzyme, a cathode electrode to be installed in the second block is prepared in the same manner. In addition, using ADH as the third enzyme instead of Fate DH, a cathode electrode to be installed in the third block is prepared in the same manner.

これらのカソード電極を用いることを除き、実施例1と同様に二酸化炭素固定化装置を作製する。   A carbon dioxide fixing device is produced in the same manner as in Example 1 except that these cathode electrodes are used.

また、上記の方法で酵素を電極に修飾する際、乾燥又は減圧乾燥の時間を制御して、一定の含水量を有する酵素膜でカバーされた電極(酵素修飾した電極)を作製することもできる。   In addition, when an enzyme is modified to an electrode by the above method, an electrode covered with an enzyme film having a certain water content (enzyme-modified electrode) can be produced by controlling the drying or vacuum drying time. .

その他、酵素/PVAの混合液を含浸したカーボンクロスを減圧乾燥させた後、酵素を含ませたカーボンクロスをpH6の緩衝液(0.02M、リン酸緩衝液)に一定時間に浸漬させ、カーボンクロス内に水(緩衝液)を浸透させることもできる。   In addition, after drying the carbon cloth impregnated with the enzyme / PVA mixture under reduced pressure, the carbon cloth containing the enzyme was immersed in a pH 6 buffer solution (0.02M, phosphate buffer solution) for a certain period of time. Water (buffer solution) can be infiltrated into the inside.

なお、上記の減圧濾過の他に、含浸、又は減圧加圧などの方法によっても、酵素/PVAの混合液を電極の網目構造の内部まで浸透させることができる。   In addition to the above-described vacuum filtration, the enzyme / PVA mixed solution can be penetrated into the electrode network structure by a method such as impregnation or reduced pressure.

製造した二酸化炭素固定化装置を用いることにより、二酸化炭素から高い燃料変換効率でメタノールが得られる。   By using the produced carbon dioxide fixing device, methanol can be obtained from carbon dioxide with high fuel conversion efficiency.

(実施例3)
実施例3の二酸化炭素固定化装置は、実施例1の二酸化炭素固定化装置と同様にFateDH、FaldDH、及びADHを用いる三段階の酵素反応によりメタノールを生産する装置である。実施例3における非水相及び水相には、実施例1と同様のイオン液体及び抽出液をそれぞれ用いる。
(Example 3)
Carbon dioxide fixation device in embodiment 3 is an apparatus for producing methanol carbon dioxide immobilization apparatus as well as F ate DH of Example 1, F ald DH, and the three-step enzymatic reaction using ADH. For the non-aqueous phase and the aqueous phase in Example 3, the same ionic liquid and extract as in Example 1 are used.

それぞれの酵素反応を触媒する酵素が修飾されたカソード電極、即ち酵素を担持する導電性担体は、以下に示す手法によって酵素を電極に修飾して得る。   A cathode electrode in which an enzyme that catalyzes each enzyme reaction is modified, that is, a conductive carrier carrying the enzyme, is obtained by modifying the enzyme to an electrode by the following method.

酵素を溶かしたNafion (5 wt.% in water)の分散溶液にPVA(重合度:1500)を適量に加えて、攪拌して、酵素/Nafion/PVAの混合液を調整する。この混合液にカーボンフェルト(carbon felt)を入れ、網目構造の内部まで酵素/Nafion/PVAの混合液を浸透させてから、カーボンフェルトを引き上げる。その後、酵素/Nafion/PVAの混合液を含むカーボンフェルトを適切に乾燥させて、カソード電極として用いる。   An appropriate amount of PVA (degree of polymerization: 1500) is added to a dispersion of Nafion (5 wt.% In water) in which the enzyme is dissolved, and the mixture is stirred to prepare a mixture of enzyme / Nafion / PVA. Carbon felt (carbon felt) is put into this mixed solution, the mixed solution of enzyme / Nafion / PVA is infiltrated into the inside of the network structure, and then the carbon felt is pulled up. Thereafter, the carbon felt containing the enzyme / Nafion / PVA mixture is appropriately dried and used as a cathode electrode.

FateDHの代わりにFaldDHを第2酵素として用いて、同様な手法で第2のブロックに設置するカソード電極を作製する。また、FateDHの代わりにADHを第3酵素として用いて、同様な手法で第3のブロックに設置するカソード電極を作製する。 Using F ald DH instead of F ate DH as the second enzyme, a cathode electrode to be installed in the second block is prepared in the same manner. In addition, using ADH as the third enzyme instead of Fate DH, a cathode electrode to be installed in the third block is prepared in the same manner.

これらのカソード電極を用いることを除き、実施例1と同様に二酸化炭素固定化装置を作製する。   A carbon dioxide fixing device is produced in the same manner as in Example 1 except that these cathode electrodes are used.

製造した二酸化炭素固定化装置を用いることにより、二酸化炭素から高い燃料変換効率でメタノールが得られる。   By using the produced carbon dioxide fixing device, methanol can be obtained from carbon dioxide with high fuel conversion efficiency.

(実施例4)
実施例4の二酸化炭素固定化装置は、図10に示す二酸化炭素固定化装置700のようなバッチ式の二酸化炭素固定化装置であり、二酸化炭素から燃料であるメタノールを生産する装置である。
Example 4
The carbon dioxide immobilization apparatus of Example 4 is a batch type carbon dioxide immobilization apparatus like the carbon dioxide immobilization apparatus 700 shown in FIG. 10, and is an apparatus which produces methanol which is a fuel from carbon dioxide.

実施例4では、実施例1と同様にFateDH、FaldDH、及びADHを用いる三段階の酵素反応によりメタノールを生産する。実施例4における非水相には、EMIMTFSIからなるイオン液体を用いる。水相の抽出液には、pH 6、濃度50 mMリン酸緩衝液を用いる。 In Example 4, likewise F ate DH Example 1, F ald DH, and the production of methanol by a three-step enzymatic reaction using ADH. For the non-aqueous phase in Example 4, an ionic liquid made of EMIMTFSI is used. A pH 6 and 50 mM phosphate buffer is used for the aqueous phase extract.

それぞれの酵素を単独で用いる代わりに三種すべてを用いることを除き、実施例1における各導電性担体の作製と同様の手法により導電性担体としての三種の酵素で修飾された電極を作製する。具体的には、FateDH、FaldDH、及びADHの三種の酵素をそれぞれ単独で異なるカーボンペーパー電極に修飾する代わりに、これら三種の酵素すべてを同一のカーボンペーパー電極に修飾する。 Except for using all three types instead of using each enzyme alone, an electrode modified with the three types of enzymes as conductive carriers is prepared in the same manner as in the preparation of each conductive carrier in Example 1. Specifically, F ate DH, F ald DH , and ADH of three types of enzymes in place to qualify different carbon paper electrode singly, to qualify all these three types of enzymes to the same carbon paper electrodes.

得られたカソード電極を非水相内に設置する。また、アノード電極として酵素修飾されていないカーボンペーパーを非水相内に設置する。   The obtained cathode electrode is placed in the non-aqueous phase. In addition, carbon paper that is not enzyme-modified as an anode electrode is placed in the non-aqueous phase.

製造した二酸化炭素固定化装置を用いることにより、二酸化炭素から高い燃料変換効率でメタノールが得られる。   By using the produced carbon dioxide fixing device, methanol can be obtained from carbon dioxide with high fuel conversion efficiency.

(実施例5)
実施例5の二酸化炭素固定化装置は、実施例4の二酸化炭素固定化装置と同様にFateDH、FaldDH、及びADHを用いる三段階の酵素反応によりメタノールを生産するバッチ式の装置である。実施例5における非水相及び水相には、実施例4と同様のイオン液体及び抽出液をそれぞれ用いる。
(Example 5)
Carbon dioxide fixation device in embodiment 5, the carbon dioxide fixing apparatus as well as F ate DH of Example 4, F ald DH, and a batch type apparatus for producing methanol by an enzymatic reaction of the three steps using ADH is there. For the non-aqueous phase and the aqueous phase in Example 5, the same ionic liquid and extract as in Example 4 are used.

以下の手法により、それぞれの酵素反応を触媒する各酵素のすべてが修飾されたカソード電極、即ち酵素を担持する導電性担体を得る。   According to the following method, a cathode electrode in which all the enzymes catalyzing each enzyme reaction are modified, that is, a conductive carrier carrying the enzyme, is obtained.

それぞれの酵素を単独で用いる代わりに三種すべてを用いることを除き、実施例2における各導電性担体の作製と同様の手法により導電性担体としての三種の酵素で修飾された電極を作製する。具体的には、FateDH、FaldDH、及びADHの三種の酵素をそれぞれ単独で異なるカーボンクロスに修飾する代わりに、これら三種の酵素すべてを同一のカーボンクロスに修飾する。 Electrodes modified with the three types of enzymes as conductive carriers are prepared in the same manner as the preparation of the conductive carriers in Example 2, except that all three types are used instead of using each enzyme alone. Specifically, F ate DH, F ald DH , and ADH of three types of enzymes in place of each modified individually to different carbon cloth, to qualify all these three types of enzymes in the same carbon cloth.

得られたカソード電極を非水相内に設置する。また、アノード電極として酵素修飾されていないカーボンクロスを非水相内に設置する。   The obtained cathode electrode is placed in the non-aqueous phase. In addition, a carbon cloth that is not enzyme-modified is placed in the non-aqueous phase as an anode electrode.

製造した二酸化炭素固定化装置を用いることにより、二酸化炭素から高い燃料変換効率でメタノールが得られる。   By using the produced carbon dioxide fixing device, methanol can be obtained from carbon dioxide with high fuel conversion efficiency.

(実施例6)
実施例6の二酸化炭素固定化装置は、実施例4の二酸化炭素固定化装置と同様にFateDH、FaldDH、及びADHを用いる三段階の酵素反応によりメタノールを生産するバッチ式の装置である。実施例6における非水相及び水相には、実施例4と同様のイオン液体及び抽出液をそれぞれ用いる。
(Example 6)
Carbon dioxide fixation device in embodiment 6, the carbon dioxide fixing apparatus as well as F ate DH of Example 4, F ald DH, and a batch type apparatus for producing methanol by an enzymatic reaction of the three steps using ADH is there. For the non-aqueous phase and the aqueous phase in Example 6, the same ionic liquid and extract as in Example 4 are used.

以下の手法により、それぞれの酵素反応を触媒する各酵素のすべてが修飾されたカソード電極、即ち酵素を担持する導電性担体を得る。   According to the following method, a cathode electrode in which all the enzymes catalyzing each enzyme reaction are modified, that is, a conductive carrier carrying the enzyme, is obtained.

それぞれの酵素を単独で用いる代わりに三種すべてを用いることを除き、実施例3における各導電性担体の作製と同様の手法により導電性担体としての三種の酵素で修飾された電極を作製する。具体的には、FateDH、FaldDH、及びADHの三種の酵素をそれぞれ単独で異なるカーボンフェルトに修飾する代わりに、これら三種の酵素すべてを同一のカーボンフェルトに修飾する。 Electrodes modified with the three types of enzymes as conductive carriers are prepared in the same manner as the preparation of the conductive carriers in Example 3, except that all three types are used instead of using each enzyme alone. Specifically, F ate DH, F ald DH , and ADH of three types of enzymes in place to qualify different carbon felt singly, to qualify all these three types of enzymes in the same carbon felt.

得られたカソード電極を非水相内に設置する。また、アノード電極として酵素修飾されていないカーボンフェルトを非水相内に設置する。   The obtained cathode electrode is placed in the non-aqueous phase. Also, carbon felt that is not enzyme-modified is placed in the non-aqueous phase as an anode electrode.

(実施例7)
実施例7の二酸化炭素固定化装置は、単セルを含む二酸化炭素固定化装置であり、二酸化炭素から燃料であるメタノールを生産する装置である。
(Example 7)
The carbon dioxide immobilization apparatus of Example 7 is a carbon dioxide immobilization apparatus including a single cell, and is an apparatus that produces methanol as a fuel from carbon dioxide.

実施例7では、実施例1と同様にFateDH、FaldDH、及びADHを用いる三段階の酵素反応によりメタノールを生産する。実施例7における水相には、実施例1と同様の抽出液を用いる。 In Example 7, similarly F ate DH Example 1, F ald DH, and the production of methanol by a three-step enzymatic reaction using ADH. For the aqueous phase in Example 7, the same extract as in Example 1 is used.

まず、次のようにして燃料(メタノール)製造用の酵素膜電極接合体(Enzyme Membrane Electrode Assembly:EMEA)を製造する。   First, an enzyme membrane electrode assembly (EMEA) for producing fuel (methanol) is produced as follows.

6mM protic [C2ImH+][TFSA-]を含むaprotic [C2mIm+][TFSA-]のイオン液体混合液に6 wt%の Tetra-PEG-NH2 を溶かし、Tetra-PEG=NH2/[C2ImH+][TFSA-]/[C2mIm+][TFSA-]液を調整する。また、6mM protic [C2ImH+][TFSA-]を含むaprotic [C2mIm+][TFSA-]のイオン液体混合液に Tetra-PEG-NHS プレポリマー(prepolymers)を溶かして、Tetra-PEG-NHS/[C2ImH+][TFSA-]/[C2mIm+][TFSA-]液を調製する。 6 wt% Tetra-PEG-NH 2 is dissolved in an ionic liquid mixture of aprotic [C 2 mIm + ] [TFSA ] containing 6 mM protic [C 2 ImH + ] [TFSA ], and Tetra-PEG = NH 2 Adjust the / [C 2 ImH + ] [TFSA ] / [C 2 mIm + ] [TFSA ] solution. Further, 6mM protic [C 2 ImH + ] [TFSA -] aprotic [C 2 mIm +] containing [TFSA -] and dissolved Tetra-PEG-NHS prepolymer ionic liquid mixture of (prepolymers), Tetra-PEG -NHS / [C 2 ImH + ] [TFSA ] / [C 2 mIm + ] [TFSA ] solution is prepared.

それから、Tetra-PEG=NH2/[C2ImH+][TFSA-]/[C2mIm+][TFSA-]液とTetra-PEG-NHS/[C2ImH+][TFSA-]/[C2mIm+][TFSA-]液とを30分ほど混合させて、一つに混合したイオン液体のキャスト液を調製する。 Then Tetra-PEG = NH 2 / [C 2 ImH + ] [TFSA ] / [C 2 mIm + ] [TFSA ] solution and Tetra-PEG-NHS / [C 2 ImH + ] [TFSA ] / [ C 2 mIm +] [TFSA ] solution is mixed for about 30 minutes to prepare a ionic liquid casting solution mixed together.

アノード電極として、片方の主面に緻密層を有するカーボンペーパーを別途準備する。該カーボンペーパーをスペーサー付きの器具にセットする。スペーサーの高さは、所望の非水相の厚さに応じて適宜調整する。この際、緻密層側は器具に面し、非緻密層側(基材カーボンペーパー側)は器具から外に面するよう、カーボンペーパーを器具にセットする。   As an anode electrode, carbon paper having a dense layer on one main surface is separately prepared. The carbon paper is set on an instrument with a spacer. The height of the spacer is appropriately adjusted according to the desired thickness of the non-aqueous phase. At this time, the carbon paper is set in the instrument so that the dense layer side faces the instrument and the non-dense layer side (base carbon paper side) faces outward from the instrument.

次に、先に調製したキャスト液を、カーボンペーパーの非緻密層側にスペーサーの高さまでキャストする。上面からプレートでプレスした後、24時間静置することによってイオン液体ゲル電解質膜を作製する。なお、イオン液体ゲルのゲル化時間は、[C2ImH+][TFSA-]の添加量を適切に増減することにより、必要に応じて調整することができる。 Next, the previously prepared casting solution is cast to the height of the spacer on the non-dense layer side of the carbon paper. After pressing with a plate from the upper surface, the ionic liquid gel electrolyte membrane is produced by leaving still for 24 hours. The gelation time of the ionic liquid gel can be adjusted as necessary by appropriately increasing or decreasing the amount of [C 2 ImH + ] [TFSA ] added.

実施例1と同様の手法により、第1のブロック用のカソード電極、つまり第1酵素としてのFateDHを担持する第1の導電性担体を作製する。作製したカソード電極と参照電極をイオン液体ゲル電解質膜の上の所定の位置に配置する。その後、カソード電極と参照電極の上からプレートを置いてプレスすることにより、第1酵素反応用の酵素膜電極接合体(EMEA)を作製する。 A cathode electrode for the first block, that is, a first conductive carrier carrying Fate DH as the first enzyme is prepared by the same method as in Example 1. The produced cathode electrode and reference electrode are arranged at predetermined positions on the ionic liquid gel electrolyte membrane. Thereafter, an enzyme membrane electrode assembly (EMEA) for the first enzyme reaction is produced by placing and pressing a plate on the cathode electrode and the reference electrode.

なお、上記のように電極(カーボンペーパー等)の片面にだけ酵素を修飾する場合、酵素を修飾した電極面がイオン液体ゲル電解質膜と接するように、酵素修飾したカソード電極をイオン液体ゲル電解質膜上に配置する。   When the enzyme is modified only on one side of the electrode (carbon paper or the like) as described above, the enzyme-modified cathode electrode is placed on the ionic liquid gel electrolyte membrane so that the electrode surface modified with the enzyme is in contact with the ionic liquid gel electrolyte membrane. Place on top.

参照電極を設置する個所は、任意に選択することができる。また、参照電極を一個所以上に設置することができ、必要に応じて設置数を適切に増減させることができる。また、参照電極を水相に設置する場合は、イオン液体ゲル電解質膜(非水相)への設置を省略できる。参照電極の代わりに、擬似参照電極を用いてもよい。   The location where the reference electrode is installed can be arbitrarily selected. Moreover, a reference electrode can be installed in one or more places, and the number of installation can be increased / decreased appropriately as needed. Moreover, when installing a reference electrode in an aqueous phase, installation to an ionic liquid gel electrolyte membrane (non-aqueous phase) can be omitted. A pseudo reference electrode may be used instead of the reference electrode.

非水相に参照電極を設置する場合、例えば、白金模擬参照電極を設置する。水相に参照電極を設置する場合、例えば、銀/塩化銀電極を参照電極として水相に設置する。   When installing a reference electrode in a non-aqueous phase, for example, a platinum simulated reference electrode is installed. When installing a reference electrode in the aqueous phase, for example, a silver / silver chloride electrode is installed in the aqueous phase as a reference electrode.

実施例1と同様の手法により作製した第2のブロック用のカソード電極、つまり第2酵素としてのFaldDHを担持するカソード電極を用いることを除き、同様の手法により第2酵素反応用の酵素膜電極接合体(EMEA)を作製する。また、実施例1と同様の手法により作製した第3のブロック用のカソード電極、つまり第3酵素としてのADHを担持するカソード電極を用いることを除き、同様の手法により第3酵素反応用の酵素膜電極接合体(EMEA)を作製する。 An enzyme for the second enzyme reaction is produced in the same manner as in Example 1 except that a cathode electrode for the second block prepared by the same method as in Example 1, that is, a cathode electrode carrying Fald DH as the second enzyme is used. A membrane electrode assembly (EMEA) is prepared. In addition, a third enzyme reaction enzyme is produced by the same method except that a third block cathode electrode produced by the same method as in Example 1, that is, a cathode electrode carrying ADH as the third enzyme is used. A membrane electrode assembly (EMEA) is prepared.

作製した各々の酵素膜電極接合体(EMEA)を器具から取り出して、それぞれをアノード電極側とカソード電極側の両側からガスケットで挟む。その後、ガスケットで挟んだまま各々の膜電極接合体を個別に単セルの器具にセットする。   Each of the produced enzyme membrane electrode assemblies (EMEA) is taken out from the instrument, and each is sandwiched by gaskets from both sides of the anode electrode side and the cathode electrode side. Thereafter, each membrane electrode assembly is individually set in a single cell device while being sandwiched between gaskets.

各々の単セルには、アノード電極側及びカソード電極側に流路兼電気伝導体としての電極板がそれぞれ設けられている。   Each single cell is provided with an electrode plate as a flow path and electrical conductor on the anode electrode side and the cathode electrode side, respectively.

単セルの締め付け圧を調節することにより、二酸化炭素の吸着による膨張を緩和することができる。   By adjusting the clamping pressure of the single cell, expansion due to adsorption of carbon dioxide can be mitigated.

第1酵素反応用の酵素膜電極接合体を含む単セルを第1のブロックにセットする。この際、カソード電極側が水相に面するように単セルをセットする。   A single cell including the enzyme membrane electrode assembly for the first enzyme reaction is set in the first block. At this time, the single cell is set so that the cathode electrode side faces the aqueous phase.

第2酵素反応の酵素膜電極接合体を含む単セルを第2のブロックにセットする。この際、第1のブロック側の水相にアノード電極側が面し、第3のブロック側の水相にカソード電極が面するように単セルをセットする。   A single cell including the enzyme membrane electrode assembly of the second enzyme reaction is set in the second block. At this time, the single cell is set so that the anode phase faces the water phase on the first block side and the cathode electrode faces the water phase on the third block side.

第3酵素反応の酵素膜電極接合体を含む単セルを第3のブロックにセットする。この際、第2のブロック側の水相にアノード電極側が面するように単セルをセットする。   A single cell including the enzyme membrane electrode assembly of the third enzyme reaction is set in the third block. At this time, the single cell is set so that the anode electrode side faces the aqueous phase on the second block side.

また、単セルをスタック(積層)して、使用することができる。例えば、図12に示すような積層型の二酸化炭素固定化装置900と同様の構成にできる。   Further, single cells can be stacked and used. For example, a configuration similar to that of the stacked carbon dioxide immobilization apparatus 900 as shown in FIG.

第1のブロックへ二酸化炭素を導入し、セル電圧又は電流を適切に制御して還元反応にて酸化された酵素を還元させることにより、二酸化炭素から燃料であるメタノールを生産することができる。   By introducing carbon dioxide into the first block and appropriately controlling the cell voltage or current to reduce the enzyme oxidized by the reduction reaction, methanol as a fuel can be produced from the carbon dioxide.

(実施例8)
実施例8の二酸化炭素固定化装置は、実施例7の二酸化炭素固定化装置と同様にFateDH、FaldDH、及びADHを用いる三段階の酵素反応によりメタノールを生産する、単セルを含む装置である。実施例8における水相では、pH 7、濃度50 mMリン酸緩衝液を抽出液に用いる。
(Example 8)
Carbon dioxide fixation device in embodiment 8, the carbon dioxide fixing apparatus as well as F ate DH of Example 7, F ald DH, and the production of methanol by an enzymatic reaction of the three steps using ADH, including single cells Device. In the aqueous phase in Example 8, pH 7, pH 50 mM phosphate buffer is used as the extract.

次のようにして燃料製造用の酵素膜電極接合体(EMEA)を各々製造する。   Each of the membrane electrode assemblies (EMEA) for fuel production is produced as follows.

[emim][(CF3SO2)2N]:ポリフッ化ビニリデンPoly(vinylidene fluoride)(PVdF):1-methyl-2-pyrrolidone(NMP)=1:1:3の割合で混合液を調製する。 [emim] [(CF 3 SO 2 ) 2 N]: Poly (vinylidene fluoride) (PVdF): 1-methyl-2-pyrrolidone (NMP) = 1: 1: 3 .

片方の主面に緻密層を有するカーボンペーパー電極の周りに、一定の厚みを有するスペーサーを設ける。上記混合溶液を80℃に加熱し、カーボンペーパー電極の非緻密層側の面にキャストし、さらに、キャスト膜が室温になるまで上からプレートでプレスする。プレートを取り外して、湿度25%以下の室温条件に2日以上静置する。実施例1と同様の手法により、第1のブロック用のカソード電極を別途作製する。カソード電極と参照電極をキャスト膜の上の所定位置に配置して、プレートでプレスする。その後、プレートを取り外して、さらに湿度25%以下の室温条件、1日間静置することにより第1酵素反応用の酵素膜電極接合体を作製する。   A spacer having a certain thickness is provided around a carbon paper electrode having a dense layer on one main surface. The mixed solution is heated to 80 ° C., cast on the surface of the carbon paper electrode on the non-dense layer side, and further pressed with a plate from above until the cast film reaches room temperature. Remove the plate and leave it at room temperature under 25% humidity for more than 2 days. A cathode electrode for the first block is prepared separately by the same method as in the first embodiment. The cathode electrode and the reference electrode are placed at predetermined positions on the cast film and pressed with a plate. Then, the plate is removed and the enzyme membrane electrode assembly for the first enzyme reaction is prepared by allowing the plate to stand for 1 day at room temperature under a humidity of 25% or less.

実施例1と同様の手法により作製した第2のブロック用のカソード電極を用いることを除き、同様の手法により第2酵素反応用の酵素膜電極接合体を作製する。また、実施例1と同様の手法により作製した第3のブロック用のカソード電極を用いることを除き、同様の手法により第3酵素反応用の酵素膜電極接合体を作製する。   An enzyme membrane electrode assembly for the second enzyme reaction is prepared by the same method except that the second block cathode electrode prepared by the same method as in Example 1 is used. Further, an enzyme membrane electrode assembly for the third enzyme reaction is prepared by the same method except that the third block cathode electrode prepared by the same method as in Example 1 is used.

こうして得られた第1ないし第3酵素反応用の酵素膜電極接合体を用いることを除き、実施例7と同様に二酸化炭素固定化装置を製造する。   A carbon dioxide immobilization apparatus is produced in the same manner as in Example 7 except that the thus obtained enzyme membrane electrode assemblies for the first to third enzyme reactions are used.

製造した二酸化炭素固定化装置を用いることにより、二酸化炭素から高い燃料変換効率でメタノールが得られる。   By using the produced carbon dioxide fixing device, methanol can be obtained from carbon dioxide with high fuel conversion efficiency.

以上説明した少なくとも一つの実施形態及び実施例に係る二酸化炭素固定化装置は、非水相と、導電性担体と、酵素体と、水相とを具備する。非水相は、イオン液体を含む。非水相には、二酸化炭素が供給される。導電性担体は、非水相と接するように設置されている。酵素体は、導電性担体に担持されており、二酸化炭素又はその還元生成物の還元反応を触媒する。水相は、水を含んだ抽出液を含む。水相には、上記還元反応の反応生成物が供給される。このような構成により、二酸化炭素を高効率で固定化する二酸化炭素固定化装置及び燃料生産システムを提供することができる。   The carbon dioxide immobilization apparatus according to at least one embodiment and example described above includes a non-aqueous phase, a conductive carrier, an enzyme body, and an aqueous phase. The non-aqueous phase contains an ionic liquid. Carbon dioxide is supplied to the non-aqueous phase. The conductive carrier is placed in contact with the non-aqueous phase. The enzyme body is supported on a conductive carrier and catalyzes a reduction reaction of carbon dioxide or a reduction product thereof. The aqueous phase contains an extract containing water. The reaction product of the reduction reaction is supplied to the aqueous phase. With such a configuration, it is possible to provide a carbon dioxide fixing device and a fuel production system that fix carbon dioxide with high efficiency.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

11…酵素体、12…酵素、15…第1の反応生成物、21…酵素体、22…酵素、25…第2の反応生成物、31…酵素体、32…酵素、35…第3の反応生成物、51…気体導入口、52…気体排出口、53…気流制御弁、54…外部流路、55…抽出液導入口、56…抽出液導出口、57…液体流制御弁、81…二酸化炭素供給部、82…燃料生成部、83…抽出液供給部、84…抽出液回収部、85…抽出液供給タンク、90…電気系統システム、91…制御部、92…検知処理部、93…データベース、94…温度制御部、95…電気的制御部、100…二酸化炭素固定化装置、110…第1のブロック、111…気相、112…非水相、113…水相、114…アノード電極、115…カソード電極、116…参照電極、120…第2のブロック、122…非水相、123a…供給水相、123b…抽出水相、124…アノード電極、125…カソード電極、126…参照電極、130…第3のブロック、132…非水相、133a…供給水相、133b…抽出水相、134…アノード電極、135…カソード電極、136…参照電極、151,152,153…電気的制御部、200…二酸化炭素固定化装置、210…第1のブロック、211…気相、212…非水相、213…水相、214…アノード電極、215…カソード電極、216…参照電極、220…第2のブロック、222…非水相、223…水相、224…アノード電極、225…カソード電極、226…参照電極、230…第3のブロック、232…非水相、233…水相、234…アノード電極、235…カソード電極、236…参照電極、250…電気的制御部、300…二酸化炭素固定化装置、304…電極、306…参照電極、311…気相、312…第1の非水相、315…電極、322…第2の非水相、325…電極、332…第3の非水相、333…水相、335…電極、400…二酸化炭素固定化装置、411…気相、402…第4の非水相、412…第1の非水相、414,415…電極、419…リード線、422…第2の非水相、425…電極、432…第3の非水相、433…水相、435…電極、441,442…セパレーター、500…二酸化炭素固定化装置、511…気相、512…第1の非水相、514…電極、515…電極、522…第2の非水相、525…電極、532…第3の非水相、533…水相、535…電極、551…外筒、552…中間筒、553…内筒、600…二酸化炭素固定化装置、601…酵素膜電極接合体、611…気相、612…第1の非水相、614,615…電極、622…第2の非水相、632…第3の非水相、633…水相、651…外筒、652…中間筒、653…内筒、700…二酸化炭素固定化装置、711…気相、712…非水相、713…水相、714…アノード電極、715…カソード電極、741…セパレーター、800…二酸化炭素固定化装置、811…気相、812…非水相、813…水相、814,815…電極、816,817…スペーサー、861,862…電極板、870…保温材、871…ガスケット、961,962…電極リード線、C1…第1のセル本体、C2…第2のセル本体、C3…第3のセル本体、C10…セル本体、J1,J2,J3…治具。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Enzyme body, 12 ... Enzyme, 15 ... First reaction product, 21 ... Enzyme body, 22 ... Enzyme, 25 ... Second reaction product, 31 ... Enzyme body, 32 ... Enzyme, 35 ... Third Reaction product 51 ... Gas inlet, 52 ... Gas outlet, 53 ... Airflow control valve, 54 ... External flow path, 55 ... Extract liquid inlet, 56 ... Extract liquid outlet, 57 ... Liquid flow control valve, 81 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Carbon dioxide supply part, 82 ... Fuel production | generation part, 83 ... Extract liquid supply part, 84 ... Extract liquid recovery part, 85 ... Extract liquid supply tank, 90 ... Electric system, 91 ... Control part, 92 ... Detection process part, 93 ... Database, 94 ... Temperature controller, 95 ... Electrical controller, 100 ... Carbon dioxide immobilization device, 110 ... First block, 111 ... Gas phase, 112 ... Non-aqueous phase, 113 ... Water phase, 114 ... Anode electrode, 115 ... cathode electrode, 116 ... reference electrode, 120 Second block 122 ... non-aqueous phase 123a ... feed water phase 123b ... extraction water phase 124 ... anode electrode 125 ... cathode electrode 126 ... reference electrode 130 ... third block 132 ... non-aqueous phase DESCRIPTION OF SYMBOLS 133a ... Supply water phase, 133b ... Extraction water phase, 134 ... Anode electrode, 135 ... Cathode electrode, 136 ... Reference electrode, 151, 152, 153 ... Electrical control part, 200 ... Carbon dioxide fixing device, 210 ... No. 1 block, 211 ... gas phase, 212 ... non-aqueous phase, 213 ... aqueous phase, 214 ... anode electrode, 215 ... cathode electrode, 216 ... reference electrode, 220 ... second block, 222 ... non-aqueous phase, 223 ... Water phase, 224 ... Anode electrode, 225 ... Cathode electrode, 226 ... Reference electrode, 230 ... Third block, 232 ... Non-aqueous phase, 233 ... Water phase, 234 ... Anode electrode 235 ... cathode electrode, 236 ... reference electrode, 250 ... electrical control unit, 300 ... carbon dioxide fixing device, 304 ... electrode, 306 ... reference electrode, 311 ... gas phase, 312 ... first non-aqueous phase, 315 ... Electrode, 322 ... second non-aqueous phase, 325 ... electrode, 332 ... third non-aqueous phase, 333 ... aqueous phase, 335 ... electrode, 400 ... carbon dioxide fixing device, 411 ... gas phase, 402 ... fourth Non-aqueous phase, 412 ... First non-aqueous phase, 414, 415 ... Electrode, 419 ... Lead wire, 422 ... Second non-aqueous phase, 425 ... Electrode, 432 ... Third non-aqueous phase, 433 ... Water Phase, 435 ... Electrode, 441, 442 ... Separator, 500 ... Carbon dioxide fixing device, 511 ... Gas phase, 512 ... First non-aqueous phase, 514 ... Electrode, 515 ... Electrode, 522 ... Second non-aqueous phase 525 ... Electrode, 532 ... Third non-aqueous phase, 533 ... Water Phase, 535 ... Electrode, 551 ... Outer cylinder, 552 ... Intermediate cylinder, 553 ... Inner cylinder, 600 ... Carbon dioxide immobilization device, 601 ... Enzyme membrane electrode assembly, 611 ... Gas phase, 612 ... First non-aqueous phase , 614 ... 615 ... electrode, 622 ... second non-aqueous phase, 632 ... third non-aqueous phase, 633 ... aqueous phase, 651 ... outer cylinder, 652 ... intermediate cylinder, 653 ... inner cylinder, 700 ... carbon dioxide fixation 711 ... gas phase, 712 ... non-aqueous phase, 713 ... aqueous phase, 714 ... anode electrode, 715 ... cathode electrode, 741 ... separator, 800 ... carbon dioxide fixing device, 811 ... gas phase, 812 ... non-aqueous Phase, 813 ... Water phase, 814, 815 ... Electrode, 816, 817 ... Spacer, 861, 862 ... Electrode plate, 870 ... Insulating material, 871 ... Gasket, 961, 962 ... Electrode lead wire, C1 ... First cell body , C2 ... second Reel body, C3 ... third cell body, C10 ... cell body, J1, J2, J3 ... jig.

Claims (20)

イオン液体を含み、二酸化炭素が供給される非水相と、
前記非水相と接するように設置された導電性担体と、
前記導電性担体に担持され、前記非水相に供給された二酸化炭素又はその還元生成物の還元反応を触媒する酵素体と、
水を含んだ抽出液を含み、前記還元反応の反応生成物が供給される水相と
を具備する二酸化炭素固定化装置。
A non-aqueous phase containing an ionic liquid and fed with carbon dioxide;
A conductive support placed in contact with the non-aqueous phase;
An enzyme that is supported on the conductive carrier and catalyzes a reduction reaction of carbon dioxide or a reduction product thereof supplied to the non-aqueous phase;
A carbon dioxide immobilization apparatus comprising an extract containing water and an aqueous phase to which a reaction product of the reduction reaction is supplied.
前記非水相には、大気から二酸化炭素が供給される請求項1に記載の二酸化炭素固定化装置。   The carbon dioxide immobilization apparatus according to claim 1, wherein carbon dioxide is supplied to the non-aqueous phase from the atmosphere. 前記非水相と前記水相との間に設けられており、透過−分離膜を含むセパレーターをさらに具備する請求項1又は2に記載の二酸化炭素固定化装置。   The carbon dioxide immobilization apparatus according to claim 1 or 2, further comprising a separator provided between the non-aqueous phase and the aqueous phase and including a permeation-separation membrane. 前記水相は、前記非水相にプロトンを供給するプロトン源をさらに含む請求項1ないし3のいずれか1項に記載の二酸化炭素固定化装置。   The carbon dioxide immobilization apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the aqueous phase further includes a proton source that supplies protons to the non-aqueous phase. 前記酵素体の少なくとも1つは、酵素、酵素と分散剤からなる分子集合体とを含んだ第1複合体、酵素を含む芯部と前記芯部を被覆した殻部とを備えたマイクロカプセル、酵素を含んだ細胞、酵素を含んだ微生物、及び酵素とこれを固定化した支持体とを含んだ第2複合体からなる群より選ばれる請求項1ないし4のいずれか1項に記載の二酸化炭素固定化装置。   At least one of the enzyme bodies is an enzyme, a first complex containing a molecular assembly composed of an enzyme and a dispersant, a microcapsule comprising a core part containing the enzyme and a shell part covering the core part, 5. The carbon dioxide according to claim 1, which is selected from the group consisting of a cell containing an enzyme, a microorganism containing the enzyme, and a second complex containing the enzyme and a support on which the enzyme is immobilized. Carbon immobilization equipment. 前記水相が流れる外部流路をさらに具備する請求項1ないし5のいずれか1項に記載の二酸化炭素固定化装置。   The carbon dioxide immobilization apparatus according to any one of claims 1 to 5, further comprising an external channel through which the aqueous phase flows. 各々が前記非水相と前記水相とを含む複数の単セルを含み、前記複数の単セルが積層されてスタック型構造体を構成している請求項1ないし6のいずれか1項に記載の二酸化炭素固定化装置。   7. The structure according to claim 1, wherein each of the plurality of single cells includes the non-aqueous phase and the aqueous phase, and the plurality of single cells are stacked to form a stacked structure. Carbon dioxide immobilization equipment. 前記酵素体は、
二酸化炭素を還元して第1の反応生成物を生成する第1還元反応を触媒する第1酵素体と、
前記第1の反応生成物を還元して第2の反応生成物を生成する第2還元反応を触媒する第2酵素体と、
前記第2の反応生成物を還元して第3の反応生成物を生成する第3還元反応を触媒する第3酵素体と
を含み、
前記非水相は、
二酸化炭素が供給される第1の非水相と、
前記第1の反応生成物が供給される第2の非水相と、
前記第2の反応生成物が供給される第3の非水相と
を含み、
前記導電性担体は、
前記第1の非水相と接するように設置され、前記第1酵素体を担持する第1の導電性担体と、
前記第2の非水相と接するように設置され、前記第2酵素体を担持する第2の導電性担体と、
前記第3の非水相と接するように設置され、前記第3酵素体を担持する第3の導電性担体と
を含み、
前記水相は、
前記第1の非水相から前記第1の反応生成物が供給され、前記第1の反応生成物を前記第2の非水相へ供給する第1の水相と、
前記第2の非水相から前記第2の反応生成物が供給され、前記第2の反応生成物を前記第3の非水相へ供給する第2の水相と、
前記第3の非水相から前記第3の反応生成物が供給される第3の水相と
を含む請求項1ないし7の何れか1項に記載の二酸化炭素固定化装置。
The enzyme body is
A first enzyme that catalyzes a first reduction reaction that reduces carbon dioxide to produce a first reaction product;
A second enzyme that catalyzes a second reduction reaction that reduces the first reaction product to produce a second reaction product;
A third enzyme body that catalyzes a third reduction reaction that reduces the second reaction product to produce a third reaction product,
The non-aqueous phase is
A first non-aqueous phase supplied with carbon dioxide;
A second non-aqueous phase fed with the first reaction product;
A third non-aqueous phase fed with the second reaction product,
The conductive carrier is
A first conductive carrier installed in contact with the first non-aqueous phase and carrying the first enzyme body;
A second conductive carrier that is placed in contact with the second non-aqueous phase and carries the second enzyme body;
A third conductive carrier that is placed in contact with the third non-aqueous phase and carries the third enzyme body,
The aqueous phase is
A first aqueous phase supplied with the first reaction product from the first non-aqueous phase and supplying the first reaction product to the second non-aqueous phase;
A second aqueous phase supplied with the second reaction product from the second non-aqueous phase and supplying the second reaction product to the third non-aqueous phase;
The carbon dioxide immobilization apparatus according to any one of claims 1 to 7, further comprising a third aqueous phase to which the third reaction product is supplied from the third non-aqueous phase.
前記酵素体は、
二酸化炭素を還元して第1の反応生成物を生成する第1還元反応を触媒する第1酵素体と、
前記第1の反応生成物を還元して第2の反応生成物を生成する第2還元反応を触媒する第2酵素体と、
前記第2の反応生成物を還元して第3の反応生成物を生成する第3還元反応を触媒する第3酵素体と
を含み、
前記非水相は、
二酸化炭素が供給される第1の非水相と、
前記第1の反応生成物が供給される第2の非水相と、
前記第2の反応生成物が供給される第3の非水相と
を含み、
前記導電性担体は、
前記第1の非水相と接するように設置され、前記第1酵素体を担持する第1の導電性担体と、
前記第2の非水相と接するように設置され、前記第2酵素体を担持する第2の導電性担体と、
前記第3の非水相と接するように設置され、前記第3酵素体を担持する第3の導電性担体と
を含み、
前記水相には、前記第3の反応生成物が供給される請求項1ないし7の何れか1項に記載の二酸化炭素固定化装置。
The enzyme body is
A first enzyme that catalyzes a first reduction reaction that reduces carbon dioxide to produce a first reaction product;
A second enzyme that catalyzes a second reduction reaction that reduces the first reaction product to produce a second reaction product;
A third enzyme body that catalyzes a third reduction reaction that reduces the second reaction product to produce a third reaction product,
The non-aqueous phase is
A first non-aqueous phase supplied with carbon dioxide;
A second non-aqueous phase fed with the first reaction product;
A third non-aqueous phase fed with the second reaction product,
The conductive carrier is
A first conductive carrier installed in contact with the first non-aqueous phase and carrying the first enzyme body;
A second conductive carrier that is placed in contact with the second non-aqueous phase and carries the second enzyme body;
A third conductive carrier that is placed in contact with the third non-aqueous phase and carries the third enzyme body,
The carbon dioxide immobilization apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the third reaction product is supplied to the aqueous phase.
前記第1の非水相には、大気から二酸化炭素が供給される請求項8又は9に記載の二酸化炭素固定化装置。   The carbon dioxide fixing device according to claim 8 or 9, wherein carbon dioxide is supplied to the first non-aqueous phase from the atmosphere. 前記導電性担体は、巻回された多孔質膜を含む請求項1ないし7のいずれか1項に記載の二酸化炭素固定化装置。   The carbon dioxide fixing device according to any one of claims 1 to 7, wherein the conductive carrier includes a wound porous membrane. 前記巻回された多孔質膜は、複数の層状部が半径方向に並ぶように複数回にわたって巻回されており、
前記酵素体は複数の酵素体であり、
前記複数の酵素体は、前記巻回された多孔質膜において異なる酵素体が前記半径方向に並ぶように前記導電性担体によって担持されている請求項11に記載の二酸化炭素固定化装置。
The wound porous membrane is wound a plurality of times so that a plurality of layered portions are arranged in the radial direction,
The enzyme body is a plurality of enzyme bodies,
The carbon dioxide immobilization apparatus according to claim 11, wherein the plurality of enzyme bodies are supported by the conductive carrier so that different enzyme bodies are arranged in the radial direction in the wound porous membrane.
前記非水相と接するように設置されたカソード電極とアノード電極とを含み、前記導電性担体は前記カソード電極を含む請求項1ないし12のいずれか1項に記載の二酸化炭素固定化装置。   The carbon dioxide immobilization apparatus according to any one of claims 1 to 12, further comprising a cathode electrode and an anode electrode installed so as to be in contact with the non-aqueous phase, wherein the conductive carrier includes the cathode electrode. 前記水相に設けられた参照電極をさらに具備する請求項13に記載の二酸化炭素固定化装置。   The carbon dioxide immobilization apparatus according to claim 13, further comprising a reference electrode provided in the aqueous phase. 前記非水相は、高分子固体電解質を含む請求項1ないし14の何れか1項に記載の二酸化炭素固定化装置。   The carbon dioxide immobilization apparatus according to any one of claims 1 to 14, wherein the non-aqueous phase includes a solid polymer electrolyte. 請求項1ないし15のいずれか1項に記載の二酸化炭素固定化装置を含む燃料生成部と、
前記燃料生成部へ二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給部と、
前記燃料生成部から前記反応生成物を回収する抽出液回収部と
を具備する燃料生産システム。
A fuel generator including the carbon dioxide fixing device according to any one of claims 1 to 15,
A carbon dioxide supply unit for supplying carbon dioxide to the fuel generation unit;
A fuel production system comprising: an extract collection unit that collects the reaction product from the fuel generation unit.
請求項13又は14に記載の二酸化炭素固定化装置を含む燃料生成部と、
前記燃料生成部へ二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給部と、
前記燃料生成部から前記反応生成物を回収する抽出液回収部と、
前記カソード電極及び前記アノード電極に印加する電圧を制御するセル電圧制御部と
を具備する燃料生産システム。
A fuel generator including the carbon dioxide fixing device according to claim 13 or 14,
A carbon dioxide supply unit for supplying carbon dioxide to the fuel generation unit;
An extract recovery unit for recovering the reaction product from the fuel generation unit;
A fuel production system comprising a cell voltage control unit that controls a voltage applied to the cathode electrode and the anode electrode.
請求項13又は14に記載の二酸化炭素固定化装置を含む燃料生成部と、
前記燃料生成部へ二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給部と、
前記燃料生成部から前記反応生成物を回収する抽出液回収部と、
前記カソード電極と前記アノード電極との間を流れる電流を制御する電流制御部と
を具備する燃料生産システム。
A fuel generator including the carbon dioxide fixing device according to claim 13 or 14,
A carbon dioxide supply unit for supplying carbon dioxide to the fuel generation unit;
An extract recovery unit for recovering the reaction product from the fuel generation unit;
A fuel production system comprising: a current control unit that controls a current flowing between the cathode electrode and the anode electrode.
前記燃料生成部における温度を制御する温度制御部をさらに具備する請求項16ないし18のいずれか1項に記載の燃料生産システム。   The fuel production system according to any one of claims 16 to 18, further comprising a temperature control unit that controls a temperature in the fuel generation unit. 前記二酸化炭素供給部は、前記燃料生成部に供給する二酸化炭素を含む気体の圧力を制御する機能を備える請求項16ないし19のいずれか1項に記載の燃料生産システム。   The fuel production system according to any one of claims 16 to 19, wherein the carbon dioxide supply unit has a function of controlling a pressure of a gas containing carbon dioxide supplied to the fuel generation unit.
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