JP2022016120A - 二酸化炭素回収装置及び二酸化炭素回収方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大気から二酸化炭素を効率良く回収し、燃料に変換することができる二酸化炭素回収装置及び二酸化炭素回収方法を提供する。
【解決手段】大気を取り込み、燃焼ガスを生成する燃焼器と、水素を供給する水素供給源と、燃焼ガスに含まれる二酸化炭素を回収し、回収した二酸化炭素を水素によって燃料に変換させる材料を収容する二酸化炭素回収還元器と、を備える二酸化炭素回収装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、二酸化炭素回収装置及び二酸化炭素回収方法に関する。

大気に含まれる二酸化炭素を回収する方法は、地球温暖化問題における大気中の温室効果ガス濃度の低減という点で注目されている。

非特許文献１には、大気から取り入れた二酸化炭素を、水酸化カリウムを用いて回収する方法が記載されている。

Ｊｏｕｌｅ, ２０１８年８月１５日，Ｖｏｌｕｍｅ ２, Ｉｓｓｕｅ ８, １５７３～１５９４頁

しかしながら、非特許文献１の方法では、二酸化炭素の回収に、二酸化炭素１トン当たり８．８１ＧＪのエネルギーが必要であると見積もられている。また、大気を導入するために、多くのファン動力が必要である。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、本発明の一実施形態が解決しようとする課題は、大気から二酸化炭素を効率良く回収し、燃料に変換する二酸化炭素回収装置を提供することである。
また、本発明の他の実施形態が解決しようとする課題は、大気から二酸化炭素を効率良く回収し、燃料に変換する二酸化炭素回収方法を提供することである。

本発明は、以下の態様を含む。
＜１＞大気を取り込み、燃焼ガスを生成する燃焼器と、水素を供給する水素供給源と、燃焼ガスに含まれる二酸化炭素を回収し、回収した二酸化炭素を水素によって燃料に変換させる材料を収容する二酸化炭素回収還元器と、を備える二酸化炭素回収装置。
＜２＞材料は、二酸化炭素吸蔵性能を有する金属酸化物と、メタン化触媒性能を有する金属と、を含む二酸化炭素吸蔵還元触媒である、＜１＞に記載の二酸化炭素回収装置。
＜３＞二酸化炭素吸蔵還元触媒により二酸化炭素が回収された後の残留ガスを、大気へ排出するためのガス排出流路と、二酸化炭素の変換によって得られたメタンを含むメタン含有ガスから、メタンの一部を分離するメタン分離器と、メタン分離器で分離後の低濃度メタン含有ガスを、燃焼器及び二酸化炭素回収還元器のうち少なくとも一方に供給するためのメタンガス供給流路と、をさらに備える＜２＞に記載の二酸化炭素回収装置。
＜４＞メタンガス供給流路は、メタン分離器で分離後の低濃度メタン含有ガスを、燃焼器に供給するための流路である、＜３＞に記載の二酸化炭素回収装置。
＜５＞燃焼器と二酸化炭素回収還元器との間に、二酸化炭素吸蔵性能を有する吸着材料を収容する二酸化炭素吸蔵器をさらに備える、＜１＞～＜４＞のいずれか１つに記載の二酸化炭素回収装置。
＜６＞二酸化炭素の変換によって得られたメタンを含むメタン含有ガスから、メタンの一部を分離するメタン分離器と、二酸化炭素吸蔵器へ燃焼ガスを供給するための燃焼ガス供給流路と、水素供給源から二酸化炭素吸蔵器へ水素を供給するための水素供給流路と、二酸化炭素吸蔵器から二酸化炭素回収還元器へガスを供給するためのガス供給流路と、二酸化炭素回収還元器からメタン分離器へメタン含有ガスを供給するためのメタン含有ガス供給流路と、をさらに備える、＜５＞に記載の二酸化炭素回収装置。
＜７＞二酸化炭素の変換によって得られたメタンを含むメタン含有ガスから、メタンの一部を分離するメタン分離器と、二酸化炭素回収吸蔵器へ燃焼ガスを供給するための燃焼ガス供給流路と、二酸化炭素吸蔵器から二酸化炭素回収還元器へガスを供給するための第１ガス供給流路と、水素供給源から二酸化炭素回収還元器へ水素を供給するための水素供給流路と、二酸化炭素回収還元器から二酸化炭素吸蔵器へガスを供給するための第２ガス供給流路と、二酸化炭素吸蔵器からメタン分離器へメタン含有ガスを供給するためのメタン含有ガス供給流路と、をさらに備える、＜５＞に記載の二酸化炭素回収装置。
＜８＞メタン分離器と二酸化炭素回収還元器との間に、二酸化炭素をメタンに転化するメタン転化器をさらに備える、＜６＞に記載の二酸化炭素回収装置。
＜９＞メタン分離器と二酸化炭素吸蔵器との間に、二酸化炭素をメタンに転化するメタン転化器をさらに備える、＜７＞に記載の二酸化炭素回収装置。
＜１０＞二酸化炭素回収還元器と二酸化炭素吸蔵器との間に、水分を除去する除湿器をさらに備える、＜５＞～＜９＞のいずれか１つに記載の二酸化炭素回収装置。
＜１１＞大気を取り込み、燃焼ガスを生成する工程と、水素を供給する工程と、燃焼ガスに含まれる二酸化炭素を回収し、回収した二酸化炭素を水素によって燃料に変換させる工程と、を含む二酸化炭素回収方法。

本発明によれば、大気から二酸化炭素を効率良く回収し、燃料に変換することができる。

図１は、第１実施形態の二酸化炭素回収装置を示す概略図である。 図２は、第１実施形態の二酸化炭素回収装置を用いた二酸化炭素回収方法を示すフローチャートである。 図３は、第２実施形態の二酸化炭素回収装置を示す概略図である。 図４は、第２実施形態の二酸化炭素回収装置を用いた二酸化炭素回収方法を示すフローチャートである。 図５は、第３実施形態の二酸化炭素回収装置を示す概略図である。 図６は、第３実施形態の二酸化炭素回収装置を用いた二酸化炭素回収方法を示すフローチャートである。 図７は、第４実施形態の二酸化炭素回収装置を示す概略図である。 図８は、第５実施形態の二酸化炭素回収装置を示す概略図である。 図９は、比較例２の二酸化炭素回収装置を示す概略図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態の二酸化炭素回収装置を示す概略図である。図１に示すように、二酸化炭素回収装置１００は、燃焼器Ａと、熱利用機器Ｂと、二酸化炭素回収還元器Ｃと、メタン分離器Ｄと、水素・メタンガス貯蔵器Ｅと、水素供給源Ｈと、メタン貯蔵器Ｍと、を備える。

燃焼器Ａは、ガスを燃焼するための装置である。燃焼器Ａには、大気供給流路１１と、燃焼ガス供給流路１２と、水素・メタンガス供給流路１７と、が接続されている。燃焼器Ａの運転は、制御部（図示せず）によって制御される。

燃焼器Ａでは、燃料（具体的には、水素、メタン等）を燃焼させ、燃焼ガスを発生させる。燃焼温度は特に限定されないが、例えば、８００℃～１５００℃である。燃焼に用いる加熱器としては、バーナー、ガスタービン、及びボイラーが挙げられる。

大気供給流路１１は、燃焼器Ａに大気を供給するための流路である。大気供給流路１１上には、大気供給バルブＶ１が設けられている。大気供給バルブＶ１の開弁時には、大気が燃焼器Ａに供給される。一方、大気供給バルブＶ１の閉弁時には、大気の燃焼器Ａへの供給が停止される。大気供給バルブＶ１の開閉は、制御部によって制御される。大気には、酸素、窒素、二酸化炭素等が含まれている。

水素・メタンガス供給流路１７は、燃焼器Ａに水素とメタンの混合ガスを供給するための流路である。水素・メタンガス供給流路１７上には、水素・メタンガス供給バルブＶ７が設けられている。水素・メタンガス供給バルブＶ７の開弁時には、水素とメタンの混合ガスが燃焼器Ａに供給される。一方、水素・メタンガス供給バルブＶ７の閉弁時には、水素とメタンの混合ガスの燃焼器Ａへの供給が停止される。水素・メタンガス供給バルブＶ７の開閉は、制御部によって制御される。

第１燃焼ガス供給流路１２は、燃焼器Ａで発生した燃焼ガスを熱利用機器Ｂへ供給するための流路である。第１燃焼ガス供給流路１２上には、第１燃焼ガス供給バルブＶ２が設けられている。第１燃焼ガス供給バルブＶ２の開弁時には、燃焼ガスが熱利用機器Ｂに供給される。一方、第１燃焼ガス供給バルブＶ２の閉弁時には、燃焼ガスの熱利用機器Ｂへの供給が停止される。第１燃焼ガス供給バルブＶ２の開閉は、制御部によって制御される。燃焼ガスには、二酸化炭素、窒素、水蒸気等が含まれている。

熱利用機器Ｂは、燃焼器Ａで発生した燃焼ガスの熱エネルギーを利用する機器である。燃焼ガスは、熱利用機器Ｂで熱エネルギーが使用された後、温度が低下する。熱利用機器Ｂとしては、例えば、給湯器及び空調機器が挙げられる。熱利用機器Ｂには、第１燃焼ガス供給流路１２と、第２燃焼ガス供給流路１３と、が接続されている。

第２燃焼ガス供給流路１３は、熱利用機器Ｂから排出された燃焼ガスを二酸化炭素回収還元器Ｃへ供給するための流路である。第２燃焼ガス供給流路１３上には、第２燃焼ガス供給バルブＶ３が設けられている。第２燃焼ガス供給バルブＶ３の開弁時には、燃焼ガスが二酸化炭素回収還元器Ｃに供給される。一方、第２燃焼ガス供給バルブＶ３の閉弁時には、燃焼ガスの二酸化炭素回収還元器Ｃへの供給が停止される。第２燃焼ガス供給バルブＶ３の開閉は、制御部によって制御される。

二酸化炭素回収還元器Ｃは、燃焼ガスに含まれる二酸化炭素を回収し、回収した二酸化炭素を燃料に変換するための装置である。二酸化炭素回収還元器Ｃは、燃焼ガスに含まれる二酸化炭素を回収し、回収した二酸化炭素を水素によって燃料に変換させる材料を収容している。二酸化炭素回収還元器Ｃが収容している材料は、二酸化炭素吸蔵性能を有する金属酸化物と、メタン化触媒性能を有する金属と、を含む二酸化炭素吸蔵還元触媒である。

二酸化炭素吸蔵還元触媒は、二酸化炭素吸蔵性能を有する金属酸化物と、メタン化触媒性能を有する金属と、を担体に担持させた触媒であることが好ましい。担体は、アルミナであり、二酸化炭素吸蔵性能を有する金属酸化物は、酸化カルシウムであり、メタン化触媒性能を有する金属は、ルテニウム（Ｒｕ）である。

担体としては、アルミナ以外に、例えば、シリカ、シリカ－アルミナ、チタニア、ジルコニア、セリア及びセリア－ジルコニアが挙げられる。二酸化炭素吸蔵性能を有する金属酸化物としては、例えば、アルカリ金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物が挙げられ、酸化カルシウム以外に、酸化カリウム及び酸化マグネシウムが挙げられる。メタン化触媒性能を有する金属としては、ルテニウム（Ｒｕ）以外に、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｄ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）及びマンガン（Ｍｎ）が挙げられる。これらの金属は１種のみであってもよく、２種以上を組み合わせてもよい。

二酸化炭素回収還元器Ｃには、第２燃焼ガス供給流路１３と、ガス排出流路１４と、生成ガス供給流路１５と、水素供給流路１８と、が接続されている。

また、二酸化炭素回収還元器Ｃには、濃度検出部として二酸化炭素検出センサ（図示せず）とメタン検出センサ（図示せず）が取り付けられている。二酸化炭素検出センサは、二酸化炭素回収還元器Ｃの雰囲気中の二酸化炭素濃度を検出する装置であり、制御部と接続されている。メタン検出センサは、二酸化炭素回収還元器Ｃの雰囲気中のメタン濃度を検出する装置であり、制御部と接続されている。

ガス排出流路１４は、二酸化炭素還元触媒に二酸化炭素が吸蔵された後の残留ガスを、大気中へ排出する流路である。残留ガスは、二酸化炭素回収還元器Ｃに収容されている二酸化炭素還元触媒に吸蔵されなかったガスであり、主に、窒素及び水蒸気からなる。ガス排出流路１４上には、ガス排出バルブＶ４が設けられている。ガス排出バルブＶ４の開弁時には、残留ガスが大気中へ排出される。一方、ガス排出バルブＶ４の閉弁時には、残留ガスの大気中への排出が停止される。ガス排出バルブＶ４の開閉は、制御部によって制御される。

生成ガス供給流路１５は、二酸化炭素還元触媒に吸蔵された二酸化炭素のメタン化反応によって得られた生成ガスを、メタン分離器Ｄへ供給するための流路である。生成ガスは、主に、水素及びメタンからなる。生成ガス供給流路１５上には、生成ガス供給バルブＶ５が設けられている。生成ガス供給バルブＶ５の開弁時には、生成ガスがメタン分離器Ｄへ供給される。一方、生成ガス供給バルブＶ５の閉弁時には、生成ガスのメタン分離器Ｄへの供給が停止される。生成ガス供給バルブＶ５の開閉は、制御部によって制御される。

水素供給流路１８は、水素供給源Ｈから二酸化炭素回収還元器Ｃへ水素を供給するための流路である。水素供給流路１８上には、水素供給バルブＶ８が設けられている。水素供給バルブＶ８の開弁時には、水素が二酸化炭素回収還元器Ｃへ供給される。一方、水素供給バルブＶ８の閉弁時には、水素の二酸化炭素回収還元器Ｃへの供給が停止される。水素供給バルブＶ８の開閉は、制御部によって制御される。

メタン分離器Ｄは、二酸化炭素の変換によって得られたメタンを含むメタン含有ガスから、メタンの一部を分離する装置である。第１実施形態では、メタン分離器Ｄは、二酸化炭素回収還元器Ｃで得られた生成ガスからメタンの一部を分離する。メタン分離器Ｄには、生成ガス供給流路１５と、ガス供給流路の一例である水素・メタンガス供給流路１６と、メタン回収流路１９と、が接続されている。

メタンを分離する方法としては、例えば、ＰＳＡ法及び膜分離法が挙げられる。

水素・メタンガス供給流路１６は、メタン分離器Ｄでメタンの一部が分離された後の残留ガスを、水素・メタンガス貯蔵器Ｅに供給するための流路である。残留ガスには、二酸化炭素回収還元器Ｃで得られた生成ガスよりも低濃度のメタン、水素等が含まれている。水素・メタンガス供給流路１６上には、水素・メタンガス供給バルブＶ６が設けられている。水素・メタンガス供給バルブＶ６の開弁時には、残留ガスが水素・メタンガス貯蔵器Ｅへ供給される。一方、水素・メタンガス供給バルブＶ６の閉弁時には、残留ガスの水素・メタンガス貯蔵器Ｅへの供給が停止される。水素・メタンガス供給バルブＶ６の開閉は、制御部によって制御される。

メタン回収流路１９は、メタン分離器Ｄで分離したメタンを回収するための流路である。メタン回収流路１９上には、メタン回収バルブＶ９が設けられている。メタン回収バルブＶ９の開弁時には、メタンがメタン貯蔵器Ｍへ供給される。一方、メタン回収バルブＶ９の閉弁時には、メタンのメタン貯蔵器Ｍへの供給が停止される。メタン回収バルブＶ９の開閉は、制御部によって制御される。

水素・メタンガス貯蔵器Ｅは、メタン分離器Ｄでメタンの一部が分離された後の残留ガスを貯蔵するための貯蔵器である。水素・メタンガス貯蔵器Ｅには、水素・メタンガス供給流路１６と、水素・メタンガス供給流路１７と、が接続されている。

水素・メタンガス貯蔵器は、ガスを貯蔵することが可能な容器であれば特に限定されず、例えば、貯蔵タンクが挙げられる。

水素供給源Ｈは、二酸化炭素回収還元器Ｃへ水素を供給するための供給源である。水素供給源Ｈには、水素供給流路１８が接続されている。水素は、水素ガスとして供給されることが好ましい。

メタン貯蔵器Ｍは、メタン分離器で分離されたメタンを貯蔵するための貯蔵器である。メタン貯蔵器Ｍには、メタン回収流路１９が接続されている。

次に、図２を参照して、第１実施形態の二酸化炭素回収装置を用いた二酸化炭素回収方法について説明する。図２は、第１実施形態の二酸化炭素回収装置を用いた二酸化炭素回収方法を示すフローチャートである。

最初に、大気供給バルブＶ１、第１燃焼ガス供給バルブＶ２、第２燃焼ガス供給バルブＶ３、ガス排出バルブＶ４、生成ガス供給バルブＶ５、水素・メタンガス供給バルブＶ６、水素・メタンガス供給バルブＶ７、水素供給バルブＶ８、及びメタン回収バルブＶ９は閉じているものとする。また、水素・メタンガス貯蔵器Ｅには、あらかじめ、メタン及び水素が貯蔵されているものとする。各バルブは、図示しないが、制御部（例えばコンピュータ）と電気的接続され、制御部からの信号により開閉動作できるようになっている。

まず、制御部は、燃焼器Ａの運転を開始させ、大気供給バルブＶ１、第１燃焼ガス供給バルブＶ２、第２燃焼ガス供給バルブＶ３、ガス排出バルブＶ４、及び水素・メタンガス供給バルブＶ７を開ける（ステップＳ１１）。

大気供給バルブＶ１の開弁により、大気供給流路１１を介して、燃焼器Ａへ大気が供給される。大気中の二酸化炭素濃度は約４００ｐｐｍとする。水素・メタンガス供給バルブＶ７の開弁により、水素・メタンガス供給流路１７を介して、燃焼器Ａへ水素・メタンガスが供給される。燃焼器Ａで水素・メタンガスが燃焼され、燃焼ガスが発生する。

第１燃焼ガス供給バルブＶ２の開弁により、燃焼ガス供給流路１２を介して、燃焼器Ａから熱利用機器Ｂへ燃焼ガスが供給される。熱利用機器Ｂにおいて、燃焼ガスの熱エネルギーが使用され、燃焼ガスの温度が低下する。

第２燃焼ガス供給バルブＶ３の開弁により、第２燃焼ガス供給流路１３を介して、熱利用機器Ｂから二酸化炭素回収還元器Ｃへ燃焼ガスが供給される。

二酸化炭素回収還元器Ｃでは、燃焼ガスに含まれる二酸化炭素が、二酸化炭素吸蔵還元触媒に吸蔵される。具体的には、二酸化炭素回収還元器Ｃ内において、二酸化炭素吸蔵還元触媒に含まれる酸化カルシウムが二酸化炭素と反応して、炭酸カルシウムとなる反応が進行する。これにより、二酸化炭素回収還元器Ｃのガス供給口における二酸化炭素濃度と比較して、ガス排出口における二酸化炭素濃度が低下する。

ガス排出バルブＶ４の開弁により、二酸化炭素回収還元器Ｃ内の残留ガスがガス排出流路１４を介して大気中へ排出される。残留ガスには、窒素、水蒸気、及び、二酸化炭素が含まれる。大気中へ排出される残留ガスに含まれる二酸化炭素濃度は、１０ｐｐｍ以下である。

次に、制御部は、燃焼ガスの供給停止条件を満たしたか否かを判定する（ステップＳ１２）。供給停止条件としては、例えば、二酸化炭素回収還元器Ｃへの燃焼ガスの供給量があらかじめ設定された供給量に達したという条件が挙げられる。また、供給停止条件としては、例えば、二酸化炭素回収還元器Ｃのガス排出口における二酸化炭素濃度があらかじめ設定された濃度（例えば、１０ｐｐｍ）を超えたという条件が挙げられる。

制御部は、燃焼ガスの供給停止条件を満たしたと判定すると（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、燃焼器Ａの運転を停止させ、大気供給バルブＶ１、第１燃焼ガス供給バルブＶ２、第２燃焼ガス供給バルブＶ３、ガス排出バルブＶ４、及び水素・メタンガス供給バルブＶ７を閉じる。（ステップＳ１３）。制御部が燃焼ガスの供給停止条件を満たしたと判定するまで、熱利用機器Ｂから二酸化炭素回収還元器Ｃへ燃焼ガスが供給され、二酸化炭素回収還元器Ｃ内の残留ガスがガス排出流路１４を介して大気中へ排出される。（ステップＳ１２：ＮＯ）。

次に、制御部は、生成ガス供給バルブＶ５、水素・メタンガス供給バルブＶ６、水素供給バルブＶ８、及びメタン回収バルブＶ９を開ける（ステップＳ１４）。

水素供給バルブＶ８の開弁により、水素供給流路１８を介して、水素供給源Ｈから二酸化炭素回収還元器Ｃへ水素ガスが供給される。

二酸化炭素回収還元器Ｃでは、二酸化炭素吸蔵還元触媒に吸蔵された二酸化炭素が脱離し、水素によって還元される。これにより、メタンと水素とを主に含む生成ガスが得られる。

生成ガス供給バルブＶ５の開弁により、生成ガス供給流路１５を介して、二酸化炭素回収還元器Ｃからメタン分離器Ｄへ生成ガスが供給される。生成ガスは、メタン分離器Ｄ内において、膜分離法により、メタン濃度が相対的に高いガス（高濃度メタン含有ガス）とメタン濃度が相対的に低いガス（低濃度メタン含有ガス）とに分離される。

メタン回収バルブＶ９の開弁により、メタン回収流路１９を介して、メタン分離器Ｄからメタン貯蔵器Ｍへ、メタン分離器Ｄで分離後の高濃度メタン含有ガスが供給され、メタン貯蔵器Ｍに貯蔵される。高濃度メタン含有ガスには、水素及びメタンが含まれている。

水素・メタンガス供給バルブＶ６の開弁により、水素・メタンガス供給流路１６を介して、メタン分離器Ｄから水素・メタンガス貯蔵器Ｅへ、メタン分離器Ｄで分離後の低濃度メタン含有ガスが供給される。低濃度メタン含有ガスには、水素及びメタンが含まれている。

次に、制御部は、水素供給停止条件を満たしたか否かを判定する（ステップＳ１５）。水素供給停止条件としては、例えば、二酸化炭素回収還元器Ｃへ水素の供給量があらかじめ設定された供給量に達したという条件が挙げられる。また、水素供給停止条件としては、例えば、二酸化炭素回収還元器Ｃのガス排出口におけるメタン濃度があらかじめ設定された濃度（例えば、１体積％）を下回ったという条件が挙げられる。

制御部は、水素供給停止条件を満たしたと判定すると（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、生成ガス供給バルブＶ５、水素・メタンガス供給バルブＶ６、水素供給バルブＶ８、及びメタン回収バルブＶ９を閉める（ステップＳ１６）。制御部が水素供給停止条件を満たしたと判定するまで、二酸化炭素回収還元器Ｃへ水素が供給される（ステップＳ１５：ＮＯ）。

制御部は、熱利用機器Ｂによる熱要求があるか否かを判定する（ステップＳ１７）。

制御部は、熱利用機器Ｂによる熱要求があると判定すると（ステップＳ１７：ＹＥＳ）、ステップＳ１１へ戻って、ステップＳ１１以降の処理を繰り返す。制御部は、熱利用機器Ｂによる熱要求がないと判定すると（ステップＳ１７：ＮＯ）、本処理を終了する。

第１実施形態の二酸化炭素回収装置１００を用いると、大気を直接取り込むことができる。二酸化炭素回収還元器Ｃに収容されている二酸化炭素吸蔵還元触媒は酸化カルシウムを含んでいる。酸化カルシウムは二酸化炭素と反応して、炭酸カルシウムとなる。二酸化炭素を酸化カルシウムと反応させることにより、ガス排出流路１４から大気へ排出されるガスに含まれる二酸化炭素濃度を、大気中の二酸化炭素濃度よりも低くすることできる。すなわち、第１実施形態の二酸化炭素回収装置１００を用いると、大気を取り込み、取り込んだ大気に含まれる二酸化炭素を回収することができる。また、二酸化炭素回収還元器Ｃに収容されている二酸化炭素吸蔵還元触媒はルテニウム（Ｒｕ）を含んでおり、二酸化炭素回収還元器Ｃに水素を供給することにより、炭酸カルシウムからメタンに転化させることができる。

通常、炭酸カルシウムから二酸化炭素を脱離させるためには、約１０００℃まで加熱する必要がある。炭酸カルシウムから二酸化炭素を脱離させる場合、昇温幅を１０００℃とすると、炭酸カルシウムの顕熱が１モル当たり約８３ｋＪであり、脱離熱が二酸化炭素１モル当たり１７５ｋＪである。また、二酸化炭素をメタンに転化する場合、二酸化炭素１モル当たり１７７ｋＪの熱が発生する。これに対して、炭酸カルシウムをメタンに変換させる反応は、約３００℃で進行する。第１実施形態の二酸化炭素回収装置１００では、二酸化炭素１モル及び水素４モルから、メタン１モル及び水２モルを得る際に発生する熱（二酸化炭素１モル当たり１７７ｋＪ）を用いて、炭酸カルシウムから二酸化炭素を脱離させるために必要なエネルギー（二酸化炭素１モル当たり１７５ｋＪ）を補うことができる。すなわち、第１実施形態の二酸化炭素回収装置１００を用いると、大気から二酸化炭素を効率良く取り込み、燃料であるメタンに低エネルギーで変換することができる。

第１実施形態では、大気中の二酸化炭素濃度が約４００ｐｐｍである場合について説明したが、二酸化炭素濃度は特に制限されない。また、第１実施形態では、二酸化炭素吸蔵還元触媒が酸化カルシウム及びルテニウム（Ｒｕ）を含む場合について説明したが、二酸化炭素吸蔵還元触媒は、上記のものに限定されない。

［第２実施形態］
図３は、第２実施形態の二酸化炭素回収装置を示す概略図である。なお、第２実施形態の二酸化炭素回収装置について、第１実施形態の二酸化炭素回収装置と同一の構成及び作用効果については、同一の符号を用いて説明を省略する。

第２実施形態の二酸化炭素回収装置２００の、第１実施形態の二酸化炭素回収装置１００と異なる構成について説明する。

第２実施形態の二酸化炭素回収装置２００は、熱利用機器Ｂと二酸化炭素回収還元器との間に、二酸化炭素吸蔵性能を有する吸着材料を収容する二酸化炭素吸蔵器Ｆを備える。

二酸化炭素吸蔵器Ｆは、吸着材料としてゼオライトを収容している。二酸化炭素吸蔵器Ｆには、第２燃焼ガス供給流路１３ａと、水素供給流路１８ａと、ガス供給流路２０と、が接続されている。

吸着材料としては、ゼオライト以外に、活性炭、シリカゲル、及びアミン担持固体が挙げられる。

また、二酸化炭素吸蔵器Ｆには、濃度検出部として二酸化炭素検出センサ（図示せず）が取り付けられている。二酸化炭素検出センサは、二酸化炭素吸蔵器Ｆの雰囲気中の二酸化炭素濃度を検出する装置であり、制御部と接続されている。

第２燃焼ガス供給流路１３ａは、熱利用機器Ｂから排出された燃焼ガスを二酸化炭素吸蔵器Ｆへ供給するための流路である。第２燃焼ガス供給流路１３ａ上には、第２燃焼ガス供給バルブＶ３ａが設けられている。第２燃焼ガス供給バルブＶ３ａの開弁時には、燃焼ガスが二酸化炭素吸蔵器Ｆに供給される。一方、第２燃焼ガス供給バルブＶ３ａの閉弁時には、燃焼ガスの二酸化炭素吸蔵器Ｆへの供給が停止される。第２燃焼ガス供給バルブＶ３ａの開閉は、制御部によって制御される。

ガス供給流路２０は、二酸化炭素吸蔵器Ｆで二酸化炭素が吸蔵された後の残留ガスを二酸化炭素回収還元器Ｃへ供給するための流路である。ガス供給流路２０上には、ガス供給バルブＶ１０が設けられている。ガス供給バルブＶ１０の開弁時には、残留ガスが二酸化炭素回収還元器Ｃに供給される。一方、ガス供給バルブＶ１０の閉弁時には、残留ガスの二酸化炭素回収還元器Ｃへの供給が停止される。ガス供給バルブＶ１０の開閉は、制御部によって制御される。

次に、図４を参照して、第２実施形態の二酸化炭素回収装置２００を用いた二酸化炭素回収方法について説明する。図４は、第２実施形態の二酸化炭素回収装置を用いた二酸化炭素回収方法を示すフローチャートである。

最初に、大気供給バルブＶ１、第１燃焼ガス供給バルブＶ２、第２燃焼ガス供給バルブＶ３ａ、ガス排出バルブＶ４、生成ガス供給バルブＶ５、水素・メタンガス供給バルブＶ６、水素・メタンガス供給バルブＶ７、水素供給バルブＶ８ａ、メタン回収バルブＶ９、及びガス供給バルブＶ１０は閉じているものとする。

まず、制御部は、燃焼器Ａの運転を開始させ、大気供給バルブＶ１、第１燃焼ガス供給バルブＶ２、第２燃焼ガス供給バルブＶ３ａ、ガス排出バルブＶ４、水素・メタンガス供給バルブＶ７、及びガス供給バルブＶ１０を開ける（ステップＳ２１）。

大気供給バルブＶ１、第１燃焼ガス供給バルブＶ２、ガス排出バルブＶ４、及び水素・メタンガス供給バルブＶ７の開弁によるガスの流れは、第１実施形態と同様である。

第２燃焼ガス供給バルブＶ３ａの開弁により、第２燃焼ガス供給流路１３ａを介して、熱利用機器Ｂから二酸化炭素吸蔵器Ｆへ燃焼ガスが供給される。二酸化炭素吸蔵器Ｆへ供給される燃焼ガスに含まれる二酸化炭素濃度は、例えば、１０体積％である。

二酸化炭素吸蔵器Ｆでは、燃焼ガスに含まれる二酸化炭素が、ゼオライトに吸蔵される。これにより、二酸化炭素吸蔵器Ｆのガス供給口における二酸化炭素濃度と比較して、ガス排出口における二酸化炭素濃度が低下する。

ガス供給バルブＶ１０の開弁により、二酸化炭素吸蔵器Ｆ内の残留ガスがガス供給流路２０を介して二酸化炭素回収還元器Ｃへ供給される。残留ガスには、窒素、水蒸気、及び二酸化炭素が含まれる。二酸化炭素回収還元器Ｃへ供給される残留ガスに含まれる二酸化炭素濃度は、例えば、３０００ｐｐｍである。

二酸化炭素回収還元器Ｃでは、残留ガスに含まれる二酸化炭素が、二酸化炭素吸蔵還元触媒に吸蔵される。具体的には、二酸化炭素回収還元器Ｃ内において、二酸化炭素吸蔵還元触媒に含まれる酸化カルシウムが二酸化炭素と反応して、炭酸カルシウムとなる反応が進行する。これにより、二酸化炭素回収還元器Ｃのガス供給口における二酸化炭素濃度と比較して、ガス排出口における二酸化炭素濃度が低下する。

ガス排出バルブＶ４の開弁により、二酸化炭素回収還元器Ｃ内の残留ガスがガス排出流路１４を介して大気中へ排出される。残留ガスには、窒素、水蒸気、及び、二酸化炭素が含まれる。大気中へ排出される残留ガスに含まれる二酸化炭素濃度は、１０ｐｐｍ以下である。

次に、制御部は、燃焼ガスの供給停止条件を満たしたか否かを判定する（ステップＳ２２）。供給停止条件としては、第１実施形態と同様の条件が挙げられる。

制御部は、燃焼ガスの供給停止条件を満たしたと判定すると（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、燃焼器Ａの運転を停止させ、大気供給バルブＶ１、第１燃焼ガス供給バルブＶ２、第２燃焼ガス供給バルブＶ３ａ、ガス排出バルブＶ４、水素・メタンガス供給バルブＶ７、及びガス供給バルブＶ１０を閉じる。（ステップＳ２３）。制御部が燃焼ガスの供給停止条件を満たしたと判定するまで、熱利用機器Ｂから二酸化炭素吸蔵器Ｆへ燃焼ガスが供給され、二酸化炭素回収還元器Ｃ内の残留ガスがガス排出流路１４を介して大気中へ排出される。（ステップＳ２２：ＮＯ）。

ステップＳ２３の後、水素供給バルブＶ８の代わりに水素供給バルブＶ８ａの開閉を行い、ガス供給バルブＶ１０の開閉を追加して行うこと以外は、第１実施形態のステップＳ１４～Ｓ１６と同様の処理を行う（ステップＳ２４～Ｓ２６）。

生成ガス供給バルブＶ５、水素・メタンガス供給バルブＶ６、及びメタン回収バルブＶ９の開弁によるガスの流れは、第１実施形態と同様である。

水素供給バルブＶ８ａの開弁により、水素供給流路１８ａを介して、水素供給源Ｈから二酸化炭素吸蔵器Ｆへ水素ガスが供給される。

二酸化炭素吸蔵器Ｆでは、熱を付与することにより、ゼオライトに吸蔵されている二酸化炭素が脱離する。

ガス供給バルブＶ１０の開弁により、水素と、二酸化炭素吸蔵器Ｆ内で脱離した二酸化炭素がガス供給流路２０を介して二酸化炭素回収還元器Ｃへ供給される。

二酸化炭素回収還元器Ｃでは、二酸化炭素吸蔵還元触媒に吸蔵された二酸化炭素が脱離し、二酸化炭素吸蔵器Ｆから供給された二酸化炭素と共に、水素によって還元される。これにより、メタンと水素とを主に含む生成ガスが得られる。

ステップＳ２６の後、制御部は、熱利用機器Ｂによる熱要求があるか否かを判定する（ステップＳ２７）。

制御部は、熱利用機器Ｂによる熱要求があると判定すると（ステップＳ２７：ＹＥＳ）、ステップＳ２１へ戻って、ステップＳ２１以降の処理を繰り返す。制御部は、熱利用機器Ｂによる熱要求がないと判定すると（ステップＳ２７：ＮＯ）、本処理を終了する。

第２実施形態の二酸化炭素回収装置２００では、燃焼器Ａと二酸化炭素回収還元器Ｃとの間に、二酸化炭素吸蔵器Ｆが設けられているため、より多くの二酸化炭素を回収して、メタンに転化させることができる。

二酸化炭素吸蔵器Ｆに収容されている吸着材料は、二酸化炭素濃度が低いと、吸蔵容量が低下する傾向にある。一方、二酸化炭素回収還元器Ｃに収容されている酸化カルシウムは、二酸化炭素濃度が低い場合にも、吸蔵容量が低下しない。しかし、二酸化炭素を脱離させるためのエネルギーは、吸着材料よりも酸化カルシウムの方が大きい。第２実施形態の二酸化炭素回収装置２００では、高濃度の二酸化炭素を吸着材料で吸蔵させ、低濃度の二酸化炭素を酸化カルシウムに吸蔵させることにより、二酸化炭素濃度をより低下させることができるとともに、二酸化炭素を脱離させるためのエネルギーを抑制することができる。

また、第２実施形態の二酸化炭素回収装置２００では、排熱を利用して、吸着材料から二酸化炭素を脱離させることができる。吸着材料から脱離した気体状の二酸化炭素と水素との反応は、炭酸カルシウムと水素との反応よりも進行しやすく、吸着材料に吸蔵されていた高濃度の二酸化炭素からメタンを効率良く得ることができる。

第２実施形態の二酸化炭素回収装置２００では、二酸化炭素回収還元器Ｃで二酸化炭素を吸蔵する際に発生する熱（二酸化炭素１モル当たり１７５ｋＪ）と、吸蔵された二酸化炭素をメタンに転化する際に発生する熱（二酸化炭素１モル当たり１７７ｋＪ）と、を二酸化炭素吸蔵器Ｆから二酸化炭素を脱離させるためのエネルギーとして利用することができ、エネルギー効率に優れている。

第２実施形態では、燃焼ガスに含まれる二酸化炭素濃度が１０体積％である場合について説明したが、二酸化炭素濃度は特に制限されない。また、第２実施形態では、二酸化炭素吸蔵還元触媒が酸化カルシウム及びルテニウム（Ｒｕ）を含む場合について説明したが、二酸化炭素吸蔵還元触媒は、上記のものに限定されない。

［第３実施形態］
図５は、第３実施形態の二酸化炭素回収装置を示す概略図である。なお、第３実施形態の二酸化炭素回収装置について、第１実施形態の二酸化炭素回収装置１００及び第２実施形態の二酸化炭素回収装置２００と同一の構成及び作用効果については、同一の符号を用いて説明を省略する。

第３実施形態の二酸化炭素回収装置３００の、第２実施形態の二酸化炭素回収装置２００と異なる構成について説明する。

第３実施形態の二酸化炭素回収装置３００は、二酸化炭素回収還元器Ｃとメタン分離器Ｄとの間に、二酸化炭素回収還元器Ｃから排出された混合ガスをメタンに転化するメタン転化器Ｇを備える。二酸化炭素回収還元器Ｃには、ガス排出流路１４と、生成ガス供給流路１５ａと、ガス供給流路２０と、が接続されている。

生成ガス供給流路１５ａは、二酸化炭素吸蔵器Ｆに収容されているゼオライトから脱離した二酸化炭素と、二酸化炭素回収還元器Ｃで吸蔵された二酸化炭素のメタン化反応によって得られた生成ガスと、をメタン転化器Ｇへ供給するための流路である。生成ガス供給流路１５ａ上には、生成ガス供給バルブＶ５ａが設けられている。生成ガス供給バルブＶ５ａの開弁時には、生成ガスがメタン転化器Ｇへ供給される。一方、生成ガス供給バルブＶ５ａの閉弁時には、生成ガスのメタン転化器Ｇへの供給が停止される。生成ガス供給バルブＶ５ａの開閉は、制御部によって制御される。

メタン転化器Ｇは、二酸化炭素回収還元器Ｃから排出された混合ガスをメタンに転化するための装置である。メタン転化器Ｇは、メタン化触媒を収容している。メタン転化器Ｇには、生成ガス供給流路１５ａと、生成ガス供給流路２１と、が接続されている。メタン化触媒は、メタン化触媒性能を有する金属を担体に担持させた触媒である。メタン化触媒性能を有する金属は、ルテニウム（Ｒｕ）であり、担体はアルミナである。

メタン化触媒性能を有する金属としては、ルテニウム（Ｒｕ）以外に、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｄ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）及びマンガン（Ｍｎ）が挙げられる。これらの金属は１種のみであってもよく、２種以上を組み合わせてもよい。担体としては、アルミナ以外に、例えば、シリカ、シリカ－アルミナ、チタニア、ジルコニア、セリア及びセリア－ジルコニアが挙げられる。

生成ガス供給流路２１は、メタン転化器Ｇで生成した生成ガスをメタン分離器Ｄへ供給するための流路である。生成ガス供給流路２１上には、生成ガス供給バルブＶ１１が設けられている。生成ガス供給バルブＶ１１の開弁時には、生成ガスがメタン分離器Ｄへ供給される。一方、生成ガス供給バルブＶ１１の閉弁時には、生成ガスのメタン分離器Ｄへの供給が停止される。生成ガス供給バルブＶ１１の開閉は、制御部によって制御される。

次に、第３実施形態の二酸化炭素回収装置３００を用いた二酸化炭素回収方法について説明する。次に、図６を参照して、第３実施形態の二酸化炭素回収装置３００を用いた二酸化炭素回収方法について説明する。図６は、第３実施形態の二酸化炭素回収装置を用いた二酸化炭素回収方法を示すフローチャートである。

最初に、大気供給バルブＶ１、第１燃焼ガス供給バルブＶ２、第２燃焼ガス供給バルブＶ３ａ及びガス排出バルブＶ４、生成ガス供給バルブＶ５ａ、水素・メタンガス供給バルブＶ６、水素・メタンガス供給バルブＶ７、水素供給バルブＶ８、メタン回収バルブＶ９、ガス供給バルブＶ１０、及び生成ガス供給バルブＶ１１は閉じているものとする。

まず、第２実施形態のステップＳ２１～Ｓ２３と同様の処理を行う（ステップＳ３１）。

ステップＳ３１の後、制御部は、生成ガス供給バルブＶ５ａ、水素・メタンガス供給バルブＶ６、水素供給バルブＶ８、メタン回収バルブＶ９、ガス供給バルブＶ１０、及び生成ガス供給バルブＶ１１を開ける（ステップＳ３２）。

ステップＳ３１の後、生成ガス供給バルブＶ５の開閉に代えて、生成ガス供給バルブＶ５ａの開閉を行い、生成ガス供給バルブＶ１１の開閉を追加して行うこと以外は、第２実施形態のステップＳ２４～Ｓ２６と同様の処理を行う（ステップＳ３２～Ｓ３４）。

水素・メタンガス供給バルブＶ６、水素供給バルブＶ８、メタン回収バルブＶ９、及びガス供給バルブＶ１０の開弁によるガスの流れは、第２実施形態と同様である。

生成ガス供給バルブＶ５ａの開弁により、生成ガス供給流路１５ａを介して、二酸化炭素吸蔵器Ｆからメタン転化器Ｇへ、二酸化炭素回収還元器Ｃで得られた生成ガスが供給される。生成ガスには、メタン及び水素が主に含まれている。

メタン転化器Ｇでは、メタン化触媒と水素によって、二酸化炭素回収還元器Ｃから供給された混合ガスに含まれる二酸化炭素がメタンに転化される。これにより、水素と高濃度のメタンが得られる。

生成ガス供給バルブＶ１１の開弁により、生成ガス供給流路２１を介して、メタン転化器Ｇからメタン分離器Ｄへ、メタン転化器Ｇで得られた生成ガスが供給される。生成ガスには、水素及び高濃度のメタンが含まれている。

ステップＳ３４の後、制御部は、熱利用機器Ｂによる熱要求があるか否かを判定する（ステップＳ３５）。

制御部は、熱利用機器Ｂによる熱要求があると判定すると（ステップＳ３５：ＹＥＳ）、ステップＳ３１へ戻って、ステップＳ３１以降の処理を繰り返す。制御部は、熱利用機器Ｂによる熱要求がないと判定すると（ステップＳ３５：ＮＯ）、本処理を終了する。

第３実施形態の二酸化炭素回収装置３００では、二酸化炭素回収還元器Ｃと二酸化炭素吸蔵器Ｆの下流側に、メタン転化器Ｇが配置されている。二酸化炭素吸蔵器Ｆから脱離した二酸化炭素と流通させた水素との混合ガスが、二酸化炭素回収還元器Ｃにおいてメタンに転化する速度が低い場合に、二酸化炭素と水素の混合ガスが二酸化炭素回収還元器Ｃから排出される。この混合ガスをメタン転化器Ｇに通すことにより、メタン分離器Ｄに供給されるガスの二酸化炭素濃度を低下させ、メタン濃度を向上させることができる。

［第４実施形態］
図７は、第４実施形態の二酸化炭素回収装置を示す概略図である。なお、第４実施形態の二酸化炭素回収装置について、第１実施形態の二酸化炭素回収装置１００、第２実施形態の二酸化炭素回収装置２００及び第３実施形態の二酸化炭素回収装置３００と同一の構成及び作用効果については、同一の符号を用いて説明を省略する。

第４実施形態の二酸化炭素回収装置４００の、第３実施形態の二酸化炭素回収装置３００と異なる構成について説明する。

第４実施形態の二酸化炭素回収装置４００では、第３実施形態の二酸化炭素回収装置３００と異なり、二酸化炭素吸蔵器Ｆに、ガス供給流路２２と、生成ガス供給流路１５ｂと、が接続されており、水素供給源Ｈが接続されていない。二酸化炭素回収還元器Ｃに、水素供給源Ｈが接続されている。

ガス供給流路２２は、二酸化炭素回収還元器Ｃで吸蔵された二酸化炭素のメタン化反応によって得られた生成ガスを、二酸化炭素吸蔵器Ｆへ供給するための流路である。ガス供給流路２２上には、ガス供給バルブＶ１２が設けられている。ガス供給バルブＶ１２の開弁時には、生成ガスが二酸化炭素吸蔵器Ｆに供給される。一方、ガス供給バルブＶ１２の閉弁時には、生成ガスの二酸化炭素吸蔵器Ｆへの供給が停止される。ガス供給バルブＶ１２の開閉は、制御部によって制御される。

生成ガス供給流路１５ｂは、二酸化炭素回収還元器Ｃで吸蔵された二酸化炭素のメタン化反応によって得られた生成ガスと、二酸化炭素吸蔵器Ｆに収容されているゼオライトから脱離した二酸化炭素と、をメタン転化器Ｇへ供給するための流路である。生成ガス供給流路１５ｂ上には、生成ガス供給バルブＶ５ｂが設けられている。生成ガス供給バルブＶ５ｂの開弁時には、生成ガスがメタン転化器Ｇへ供給される。一方、生成ガス供給バルブＶ５ｂの閉弁時には、生成ガスのメタン転化器Ｇへの供給が停止される。生成ガス供給バルブＶ５ｂの開閉は、制御部によって制御される。

第４実施形態の二酸化炭素回収装置４００では、ガス供給流路２２を介して、二酸化炭素回収還元器Ｃから二酸化炭素吸蔵器Ｆへ生成ガスが供給される。生成ガスには、水素及びメタンが主に含まれている。メタン転化器Ｇには、二酸化炭素回収還元器Ｃで吸蔵された二酸化炭素のメタン化反応によって得られた生成ガスと、二酸化炭素吸蔵器Ｆに収容されているゼオライトから脱離した二酸化炭素と、が供給される。メタン転化器Ｇにおいて、二酸化炭素回収還元器Ｃにおけるメタン化反応のために過剰に供給された水素が利用できるため、第３実施形態の二酸化炭素回収装置３００と比較して、高濃度のメタンを得ることができる。

［第５実施形態］
図８は、第５実施形態の二酸化炭素回収装置を示す概略図である。なお、第４実施形態の二酸化炭素回収装置について、第１実施形態の二酸化炭素回収装置１００、第２実施形態の二酸化炭素回収装置２００、第３実施形態の二酸化炭素回収装置３００、及び第４実施形態の二酸化炭素回収装置４００と同一の構成及び作用効果については、同一の符号を用いて説明を省略する。

第５実施形態の二酸化炭素回収装置５００の、第４実施形態の二酸化炭素回収装置４００と異なる構成について説明する。

第５実施形態の二酸化炭素回収装置５００は、二酸化炭素回収還元器Ｃと二酸化炭素吸蔵器Ｆとの間に、水分を除去する除湿器Ｋをさらに備える。

除湿器Ｋは、二酸化炭素回収還元器から二酸化炭素吸蔵器Ｆに供給されるガス中の水分を除去する機能を有する装置であれば、特に制限されない。除湿器Ｋは、シリカゲル等の吸湿剤を収容していてもよい。また、除湿器Ｋは、ガスの温度を低下させて水を凝縮させる機能を有していてもよい。

第５実施形態の二酸化炭素回収装置５００は、除湿器Ｋを備えるため、二酸化炭素回収還元器Ｃにおけるメタン化反応で生成したガスから水蒸気が除去されたガスが、二酸化炭素吸蔵器Ｆへ供給される。そのため、二酸化炭素吸蔵器Ｆにおいて、二酸化炭素の吸着が水蒸気によって阻害されることなく、効率良く行われる。

［変形例１］
第１実施形態～第５実施形態の二酸化炭素回収装置は、メタン分離器Ｄでメタンが分離された後の低濃度メタン含有ガスを、二酸化炭素回収還元器Ｃへ供給するための流路を備えていてもよい。具体的には、水素・メタンガス貯蔵器Ｅに接続された水素・メタンガス供給流路１６が分岐する等して、二酸化炭素回収還元器Ｃへ供給するための流路となっていてもよい。メタン分離器Ｄでメタンが分離された後の低濃度メタン含有ガスには、水素が含まれる。二酸化炭素回収還元器Ｃへ上記低濃度メタン含有ガスを供給することにより、二酸化炭素回収還元器Ｃ内におけるメタン化反応に、低濃度メタン含有ガスに含まれる水素を利用することができる。

［変形例２］
第１実施形態～第５実施形態の二酸化炭素回収装置は、二酸化炭素回収還元器Ｃを１つのみ備えるが、二酸化炭素回収還元器を２つ以上備えていてもよい。２つ以上の二酸化炭素回収還元器を輪番で用いることにより、一部の二酸化炭素回収還元器で二酸化炭素を回収し、他の一部の二酸化炭素回収還元器でメタン化反応を行うことができ、バーナー等を用いて熱を連続的に供給すると共に、大気からの二酸化炭素を連続的に回収することができる。

［変形例３］
変形例２と同様に、第２実施形態～第５実施形態の二酸化炭素回収装置は、二酸化炭素吸蔵器Ｆを１つのみ備えるが、二酸化炭素吸蔵器を２つ以上備えていてもよい。２つ以上の二酸化炭素吸蔵器を輪番で用いることにより、一部の二酸化炭素吸蔵器で二酸化炭素を吸蔵し、他の一部の二酸化炭素吸蔵器で二酸化炭素を脱離することができ、大気からの二酸化炭素を連続的に回収することができる。

［変形例４］
第４実施形態及び第５実施形態の二酸化炭素回収装置では、二酸化炭素回収還元器Ｃと二酸化炭素吸蔵器Ｆの間に、ガス供給流路２０とガス供給流路２２の２つが接続されているが、二酸化炭素回収還元器Ｃと二酸化炭素吸蔵器Ｆの間に接続されるガス供給流路は１つであってもよい。二酸化炭素回収装置の構成の簡略化が実現される。

［比較例１］
比較例１は、非特許文献１に記載されている従来の二酸化炭素回収装置である。従来の二酸化炭素回収装置では、まず、大気から取り込んだ二酸化炭素を水酸化カリウム水溶液と反応させて、炭酸カリウム水溶液を得る。次に、炭酸カリウム水溶液を水酸化カルシウムと反応させて、炭酸カルシウムを得る。焼成炉において、炭酸カルシウムから二酸化炭素を脱離させる。

上記のとおり、通常、炭酸カルシウムから二酸化炭素を脱離させるためには、約１０００℃まで加熱する必要がある。これに対して、炭酸カルシウムをメタンに変換させる反応は、約３００℃で進行する。第１実施形態の二酸化炭素回収装置１００を用いると、大気から二酸化炭素を効率良く取り込み、燃料であるメタンに低エネルギーで変換することができる。

［比較例２］
図９は、比較例２の二酸化炭素回収装置６００を示す概略図である。二酸化炭素回収装置６００は、第３実施形態の二酸化炭素回収装置３００と異なり、二酸化炭素回収還元器Ｃを備えていない。二酸化炭素吸蔵器Ｆに、水素供給源Ｈから水素を供給するための水素供給流路１８ａと、二酸化炭素吸蔵器Ｆで吸蔵されなかった残留ガスを大気中へ排出するためのガス排出流路１４ａと、が接続されている。水素供給流路１８ａ上には、水素供給バルブＶ８ａが設けられ、ガス排出流路１４ａ上には、ガス排出バルブＶ４ａが設けられている。

二酸化炭素吸蔵器Ｆに収容されている吸着材料（例えば、ゼオライト）では、二酸化炭素が低濃度である場合の吸蔵容量が小さい。二酸化炭素が低濃度になるまで、吸着材料が二酸化炭素を吸蔵するようなシステムを考慮すると、吸着材料の重量又は体積当たりの二酸化炭素吸蔵量が少ないために、二酸化炭素を回収するための装置を大きくする必要がある。

これに対して、本実施形態の二酸化炭素回収装置は、二酸化炭素吸蔵還元触媒を収容する二酸化炭素回収還元器Ｃを備える。二酸化炭素吸蔵還元触媒に含まれる酸化カルシウムは、二酸化炭素が４００ｐｐｍ程度の低濃度になっても、吸蔵容量が低下しない。したがって、比較例２と比較して、体積の小さい装置で、同量の二酸化炭素を大気から回収することができる。

１１ 大気供給流路
１２ 第１燃焼ガス供給流路
１３ 第２燃焼ガス供給流路
１４、１４ａ ガス排出流路
１５、１５ａ、１５ｂ 生成ガス供給流路
１６ 水素・メタンガス供給流路
１７ 水素・メタンガス供給流路
１８、１８ａ 水素供給流路
１９ メタン回収流路
２０ ガス供給流路
２１ ガス供給流路
２２ 生成ガス供給流路
１００、２００、３００、４００、５００、６００ 二酸化炭素回収装置
Ａ 燃焼器
Ｂ 熱利用機器
Ｃ 二酸化炭素回収還元器
Ｄ メタン分離器
Ｅ 水素・メタンガス貯蔵器
Ｆ 二酸化炭素吸蔵器
Ｇ メタン転化器
Ｈ 水素供給源
Ｋ 除湿器
Ｍ メタン貯蔵器
Ｖ１ 大気供給バルブ
Ｖ２ 第１燃焼ガス供給バルブ
Ｖ３ 第２燃焼ガス供給バルブ
Ｖ４、Ｖ４ａ ガス排出バルブ
Ｖ５、Ｖ５ａ、Ｖ５ｂ 生成ガス供給バルブ
Ｖ６ 水素・メタンガス供給バルブ
Ｖ７ 水素・メタンガス供給バルブ
Ｖ８、Ｖ８ａ 水素供給バルブ
Ｖ９ メタン回収バルブ
Ｖ１０ ガス供給バルブ
Ｖ１１ ガス供給バルブ
Ｖ１２ 生成ガス供給バルブ

Claims (11)

1. 大気を取り込み、燃焼ガスを生成する燃焼器と、
   水素を供給する水素供給源と、
   前記燃焼ガスに含まれる二酸化炭素を回収し、回収した二酸化炭素を前記水素によって燃料に変換させる材料を収容する二酸化炭素回収還元器と、
   を備える二酸化炭素回収装置。
2. 前記材料は、二酸化炭素吸蔵性能を有する金属酸化物と、メタン化触媒性能を有する金属と、を含む二酸化炭素吸蔵還元触媒である、請求項１に記載の二酸化炭素回収装置。
3. 前記二酸化炭素吸蔵還元触媒により二酸化炭素が回収された後の残留ガスを、大気へ排出するためのガス排出流路と、
   前記二酸化炭素の変換によって得られたメタンを含むメタン含有ガスから、メタンの一部を分離するメタン分離器と、
   前記メタン分離器で分離後の低濃度メタン含有ガスを、前記燃焼器及び前記二酸化炭素回収還元器のうち少なくとも一方に供給するためのメタンガス供給流路と、をさらに備える請求項２に記載の二酸化炭素回収装置。
4. 前記メタンガス供給流路は、前記メタン分離器で分離後の低濃度メタン含有ガスを、前記燃焼器に供給するための流路である、請求項３に記載の二酸化炭素回収装置。
5. 前記燃焼器と前記二酸化炭素回収還元器との間に、二酸化炭素吸蔵性能を有する吸着材料を収容する二酸化炭素吸蔵器をさらに備える、請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の二酸化炭素回収装置。
6. 前記二酸化炭素の変換によって得られたメタンを含むメタン含有ガスから、メタンの一部を分離するメタン分離器と、
   前記二酸化炭素吸蔵器へ前記燃焼ガスを供給するための燃焼ガス供給流路と、
   前記水素供給源から前記二酸化炭素吸蔵器へ水素を供給するための水素供給流路と、
   前記二酸化炭素吸蔵器から前記二酸化炭素回収還元器へガスを供給するためのガス供給流路と、
   前記二酸化炭素回収還元器から前記メタン分離器へ前記メタン含有ガスを供給するためのメタン含有ガス供給流路と、をさらに備える、請求項５に記載の二酸化炭素回収装置。
7. 前記二酸化炭素の変換によって得られたメタンを含むメタン含有ガスから、メタンの一部を分離するメタン分離器と、
   前記二酸化炭素吸蔵器へ前記燃焼ガスを供給するための燃焼ガス供給流路と、
   前記二酸化炭素吸蔵器から前記二酸化炭素回収還元器へガスを供給するための第１ガス供給流路と、
   前記水素供給源から前記二酸化炭素回収還元器へ水素を供給するための水素供給流路と、
   前記二酸化炭素回収還元器から前記二酸化炭素吸蔵器へガスを供給するための第２ガス供給流路と、
   前記二酸化炭素吸蔵器から前記メタン分離器へ前記メタン含有ガスを供給するためのメタン含有ガス供給流路と、をさらに備える、請求項５に記載の二酸化炭素回収装置。
8. 前記メタン分離器と前記二酸化炭素回収還元器との間に、二酸化炭素をメタンに転化するメタン転化器をさらに備える、請求項６に記載の二酸化炭素回収装置。
9. 前記メタン分離器と前記二酸化炭素吸蔵器との間に、二酸化炭素をメタンに転化するメタン転化器をさらに備える、請求項７に記載の二酸化炭素回収装置。
10. 前記二酸化炭素回収還元器と前記二酸化炭素吸蔵器との間に、水分を除去する除湿器をさらに備える、請求項５～請求項９のいずれか１項に記載の二酸化炭素回収装置。
11. 大気を取り込み、燃焼ガスを生成する工程と、
    水素を供給する工程と、
    前記燃焼ガスに含まれる二酸化炭素を回収し、回収した二酸化炭素を前記水素によって燃料に変換させる工程と、
    を含む二酸化炭素回収方法。

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