JP2022178265A - Hydrogen supply system and hydrogen supply method - Google Patents

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Abstract

To provide a hydrogen supply system and a hydrogen supply method, capable of safely and efficiently supplying hydrogen as an energy source by effectively utilizing solar energy.SOLUTION: A hydrogen supply system 100 comprises: a formic acid production device 50 that produces formic acid from water and carbon dioxide present in the atmosphere or in exhaust by way of artificial photosynthesis; a formic acid storage tank 55 that stores formic acid produced by the formic acid production device 50; a formic acid decomposition device 60 that decomposes formic acid supplied from the formic acid storage tank 55 into hydrogen and carbon dioxide by a catalytic reaction at a normal temperature and a normal pressure under an environment free of oxygen; and a power generator 120 that has a hydrogen engine 121 driven by hydrogen supplied from the formic acid decomposition device 60 as a fuel and a power generating unit 121a using the hydrogen engine 121 as a power source, wherein carbon dioxide supplied, without separating from hydrogen, from the formic acid decomposition device 60 is circulated to the formic acid production device 50 via the power generator 120, and carbon dioxide produced by the power generator 120 is circulated to the formic acid production device 50.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、水素供給システム及び水素供給方法に関し、特に太陽光エネルギーを活用した水素供給システム及び水素供給方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a hydrogen supply system and a hydrogen supply method, and more particularly to a hydrogen supply system and a hydrogen supply method utilizing solar energy.

エネルギーとして、これまで石炭や石油等の化石燃料が広く使用されてきたが、近年では資源の枯渇、二酸化炭素などによる地球温暖化等の問題があり、これらに代わる代替エネルギーとして水素エネルギーが注目されている。また、クリーンエネルギーの代表として太陽光エネルギーの利用が挙げられる。 Fossil fuels such as coal and petroleum have been widely used as energy sources, but in recent years, there are problems such as resource depletion and global warming caused by carbon dioxide. ing. Moreover, utilization of solar energy is mentioned as a representative of clean energy.

近年、太陽光発電などで生み出した電力で水を電気分解して水素を取り出し、その水素を燃料資源とする燃料電池や水素エンジンの開発や、これらを搭載した水素燃料電池自動車や水素エンジン自動車などの技術開発が進められている。 In recent years, hydrogen has been extracted by electrolyzing water using electricity generated by photovoltaic power generation, etc., and the development of fuel cells and hydrogen engines that use this hydrogen as a fuel resource, as well as hydrogen fuel cell vehicles and hydrogen engine vehicles equipped with these technology development is underway.

本件出願人は、蟻酸生成装置により大気中あるいは排気二酸化炭素から人工光合成により蟻酸を生成して貯蔵し、常温・常圧の脱酸素環境下で蟻酸を触媒反応により水素と二酸化炭素に分解する蟻酸分解装置により、上記蟻酸生成装置から供給される蟻酸を分解して得られる二酸化炭素を上記蟻酸生成装置に供給して二酸化炭素を循環させるとともに、蟻酸を分解して得られる水素を外部装置に供給する水素供給システムを先に提案している(例えば、特許文献1参照)。この水素供給システムでは、蟻酸生成装置から供給される蟻酸を分解して得られる二酸化炭素を蟻酸生成装置に供給して循環させるので、二酸化炭素を外部に放出することなく有効利用して、蟻酸分解装置により蟻酸を分解して得られる水素をエネルギー源として外部装置に安全且つ効率よく供給することができる。 The applicant of the present application has a formic acid generator that produces and stores formic acid through artificial photosynthesis from the atmosphere or exhaust carbon dioxide using a formic acid generator, and decomposes formic acid into hydrogen and carbon dioxide through a catalytic reaction in a deoxygenated environment at normal temperature and normal pressure. The decomposing device supplies carbon dioxide obtained by decomposing formic acid supplied from the formic acid generating device to the formic acid generating device to circulate carbon dioxide, and supplies hydrogen obtained by decomposing formic acid to an external device. A hydrogen supply system that does this has previously been proposed (see, for example, Patent Document 1). In this hydrogen supply system, the carbon dioxide obtained by decomposing the formic acid supplied from the formic acid generator is supplied to the formic acid generator and circulated. Hydrogen obtained by decomposing formic acid by the device can be safely and efficiently supplied to an external device as an energy source.

特開2018-118877号公報JP 2018-118877 A

ところで、上記特許文献1に記載の水素供給システムでは、蟻酸生成装置から供給される蟻酸を分解して得られる二酸化炭素については蟻酸生成装置に戻し循環させることで、二酸化炭素を外部に排出することなく再利用が図られていた。しかしながら、二酸化炭素を蟻酸生成装置に戻すためには、水素と二酸化炭素を分離するための分離装置を別途設ける必要がある。そのため、分離装置を設ける手間、分離装置を設けるための配置スペースが必要となる等、水素供給システムにおいて不都合が生じていた。 By the way, in the hydrogen supply system described in Patent Document 1, the carbon dioxide obtained by decomposing the formic acid supplied from the formic acid generator is recycled back to the formic acid generator, thereby discharging the carbon dioxide to the outside. It was reused without any waste. However, in order to return the carbon dioxide to the formic acid generator, it is necessary to separately provide a separation device for separating hydrogen and carbon dioxide. As a result, problems have occurred in the hydrogen supply system, such as the need to install the separation device and the need for an installation space for installing the separation device.

そこで、本発明は水素と二酸化炭素を分離するための分離装置を設けない場合であっても太陽光エネルギーを有効に利用して、水素をエネルギー源として安全且つ効率よく供給することができる水素供給システムおよび水素供給方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention is a hydrogen supply that can safely and efficiently supply hydrogen as an energy source by effectively using solar energy even when a separation device for separating hydrogen and carbon dioxide is not provided. An object of the present invention is to provide a system and a hydrogen supply method.

本発明は、水素供給システムであって、水と大気中あるいは排気二酸化炭素から人工光合成により蟻酸を生成する蟻酸生成装置と、上記蟻酸生成装置により生成された蟻酸を貯蔵する蟻酸貯蔵タンクと、上記蟻酸貯蔵タンクから供給される蟻酸を、常温・常圧の脱酸素環境下で、触媒反応により水素と二酸化炭素に分解する蟻酸分解装置と、上記蟻酸分解装置から供給される水素を燃料として駆動する水素エンジンと、上記水素エンジンを駆動源とする発電部とを有する発電機とを備え、上記蟻酸分解装置から水素と分離されることなく供給された二酸化炭素を上記発電機を介して上記蟻酸生成装置に循環させることを特徴とする。 The present invention is a hydrogen supply system comprising: a formic acid generator for generating formic acid by artificial photosynthesis from water and the atmosphere or exhaust carbon dioxide; a formic acid storage tank for storing the formic acid generated by the formic acid generator; It is driven by a formic acid decomposition device that decomposes formic acid supplied from a formic acid storage tank into hydrogen and carbon dioxide through a catalytic reaction in a deoxygenated environment at normal temperature and pressure, and hydrogen supplied from the formic acid decomposition device as fuel. A generator having a hydrogen engine and a power generation unit driven by the hydrogen engine, wherein carbon dioxide supplied without being separated from hydrogen from the formic acid decomposing device is supplied through the generator to generate the formic acid. It is characterized by circulating through the device.

本発明に係る水素供給システムにおいて、上記蟻酸生成装置は、水を分解して酸素を発生させるとともに、水素イオンと電子を得る水素イオン発生手段と、上記水素イオン発生手段により水を分解して得られる水素イオンと電子を利用して、蟻酸生成デバイスにより、大気中の二酸化炭素及び/又は排気二酸化炭素から人工光合成により蟻酸を生成する蟻酸生成手段とを備えるものとすることができる。 In the hydrogen supply system according to the present invention, the formic acid generator includes: hydrogen ion generating means for decomposing water to generate oxygen and obtaining hydrogen ions and electrons; a formic acid generating means for generating formic acid by artificial photosynthesis from carbon dioxide in the atmosphere and/or exhaust carbon dioxide by means of a formic acid generating device using the hydrogen ions and electrons obtained.

本発明に係る水素供給システムにおいて、上記蟻酸生成デバイスは、基板の表面に酸化チタン微粒子、色素、ビオローゲン化合物の混合物が塗布されるものとすることができる。 In the hydrogen supply system according to the present invention, the formic acid generation device may have a substrate surface coated with a mixture of titanium oxide fine particles, a dye, and a viologen compound.

本発明に係る水素供給システムにおいて、上記蟻酸分解装置は、白金微粒子を水溶性高分子ポリビニルピロリドンにより分散させてなる触媒により、常温・常圧の脱酸素環境下で、蟻酸を水素と二酸化炭素に分解するものとすることができる。 In the hydrogen supply system according to the present invention, the formic acid decomposition device converts formic acid into hydrogen and carbon dioxide under a deoxidized environment at normal temperature and normal pressure using a catalyst in which platinum fine particles are dispersed in a water-soluble polymer polyvinylpyrrolidone. It can be disassembled.

本発明に係る水素供給システムにおいて、上記蟻酸分解装置は、少なくとも蟻酸を貯蔵する貯蔵部と、上記貯蔵部から供給される蟻酸を水素と二酸化炭素に分解する反応部と、上記反応部を常温・常圧の脱酸素下に制御する制御部とを備え、上記反応部は、上記白金微粒子を水溶性高分子ポリビニルピロリドンにより分散させてなる触媒を有するものとすることができる。 In the hydrogen supply system according to the present invention, the formic acid decomposition device includes a storage unit for storing at least formic acid, a reaction unit for decomposing the formic acid supplied from the storage unit into hydrogen and carbon dioxide, and the reaction unit at room temperature. and a control section for controlling under normal pressure deoxygenation, and the reaction section may have a catalyst in which the platinum fine particles are dispersed in a water-soluble polymer polyvinylpyrrolidone.

本発明に係る水素供給システムにおいて、上記発電機は、上記水素エンジンにより生成された熱を回収する熱回収部と、上記発電部で発電された電力を直流から交流に変換するインバータとを更に備えるものとすることができる。 In the hydrogen supply system according to the present invention, the generator further includes a heat recovery unit that recovers heat generated by the hydrogen engine, and an inverter that converts the electric power generated by the power generation unit from direct current to alternating current. can be

本発明は、水素供給方法であって、水を酸素に光分解して得られる水素イオン・電子を利用して、固体基板の表面に酸化チタン微粒子、色素、ビオローゲン化合物の混合物が塗布される蟻酸生成デバイスにより、上記水素イオン、電子と大気中あるいは排気二酸化炭素から人工光合成により蟻酸を生成して貯蔵する蟻酸生成工程と、白金微粒子を水溶性高分子ポリビニルピロリドンにより分散させてなる触媒により、常温・常圧の脱酸素環境下で、蟻酸を水素と二酸化炭素に分解する蟻酸分解工程と、上記蟻酸分解工程で分解して得られた水素を燃料として駆動する水素エンジンを駆動源とした発電部により電力を発電する発電工程と、を有し、上記蟻酸分解工程で分解して得られるとともに上記発電工程を経て得られた二酸化炭素を水素と分離することなく上記蟻酸生成工程に供給することにより、二酸化炭素を循環させることを特徴とする。 The present invention relates to a method for supplying hydrogen, wherein a mixture of titanium oxide fine particles, a pigment, and a viologen compound is coated on the surface of a solid substrate using hydrogen ions and electrons obtained by photolyzing water into oxygen. A formic acid generation step in which formic acid is generated and stored by artificial photosynthesis from hydrogen ions, electrons and the atmosphere or exhaust carbon dioxide using a generation device, and a catalyst formed by dispersing platinum fine particles in a water-soluble polymer polyvinylpyrrolidone.・A power generating unit driven by a formic acid decomposition process in which formic acid is decomposed into hydrogen and carbon dioxide under normal pressure and deoxygenated environment, and a hydrogen engine powered by the hydrogen obtained by decomposition in the formic acid decomposition process. and a power generation step for generating electric power by supplying carbon dioxide obtained by decomposition in the formic acid decomposition step and obtained through the power generation step to the formic acid generation step without separating it from hydrogen. , characterized by circulating carbon dioxide.

以上説明したように本発明によれば、太陽光エネルギーを有効に利用して、水素をエネルギー源として安全且つ効率よく供給する水素供給システムおよび水素供給方法を提供することができ、水素をエネルギー源とする実用的な住宅のエネルギー供給システムを実現することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a hydrogen supply system and a hydrogen supply method that effectively utilize solar energy and safely and efficiently supply hydrogen as an energy source. A practical residential energy supply system can be realized.

本発明を実施する水素供給システムの構成例を示すブロック図である。It is a block diagram showing an example of composition of a hydrogen supply system which carries out the present invention. 上記水素供給システムにおける蟻酸生成装置の構成例を表す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration example of a formic acid generator in the hydrogen supply system; 上記蟻酸生成装置に備えられる蟻酸生成デバイスの構成例を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration example of a formic acid generating device provided in the formic acid generating apparatus; 上記蟻酸生成デバイスでの反応を示す概要図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing reactions in the formic acid generation device; 上記蟻酸生成デバイスの作成方法の概略を示すフロー図である。FIG. 2 is a flowchart showing an outline of a method for producing the formic acid generation device; 上記水素供給システムにおける蟻酸分解装置の構成例を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the structural example of the formic acid decomposition apparatus in the said hydrogen supply system. 上記水素供給システムにより実行される水素供給方法の実行過程を示す工程図である。It is process drawing which shows the execution process of the hydrogen supply method performed by the said hydrogen supply system. 本発明を適用した住宅用エネルギー供給システムの一例を示す斜視図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a perspective view which shows an example of the residential energy supply system to which this invention is applied. 発電機の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of a generator. 発電機における処理の概略を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the outline of the process in a generator.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能であることは言うまでもない。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It goes without saying that the present invention is not limited to the following examples, and can be arbitrarily modified without departing from the gist of the present invention.

本発明は、例えば、図1に示すような構成の水素供給システム100により実施される。 The present invention is implemented, for example, by a hydrogen supply system 100 configured as shown in FIG.

この水素供給システム100は、人工光合成による蟻酸生成装置50と、この蟻酸生成装置50により生成された蟻酸を貯蔵する蟻酸貯蔵タンク55と、この蟻酸貯蔵タンク55から供給される蟻酸を水素と二酸化炭素に分解する蟻酸分解装置60と、蟻酸分解装置60から供給される水素及び大気中の酸素により発電する発電機120を有して構成される。 The hydrogen supply system 100 includes a formic acid generator 50 by artificial photosynthesis, a formic acid storage tank 55 for storing the formic acid generated by the formic acid generator 50, and hydrogen and carbon dioxide from the formic acid supplied from the formic acid storage tank 55. and a generator 120 that generates electricity from hydrogen supplied from the formic acid decomposition device 60 and oxygen in the atmosphere.

上記蟻酸生成装置50は、水と大気中あるいは発電機120から供給され、水素供給システム100内を循環する二酸化炭素から人工光合成により蟻酸を生成して、貯蔵タンク55に貯蔵する。 The formic acid generator 50 generates formic acid by artificial photosynthesis from water and carbon dioxide supplied from the atmosphere or from the generator 120 and circulating in the hydrogen supply system 100 , and stores the formic acid in the storage tank 55 .

上記蟻酸分解装置60は、常温・常圧の脱酸素環境下で蟻酸を触媒反応により水素と二酸化炭素に分解するものであって、上記貯蔵タンク55から流路40を介して供給される蟻酸を分解して得られる水素及び二酸化炭素を発電機120に供給する。 The formic acid decomposing device 60 decomposes formic acid into hydrogen and carbon dioxide through a catalytic reaction in a deoxygenated environment at normal temperature and normal pressure. Hydrogen and carbon dioxide obtained by decomposition are supplied to the generator 120 .

なお、水素供給システム100において、蟻酸貯蔵タンク55は、流路40を介して蟻酸生成装置50と蟻酸分解装置60に同時接続された据え置き型の構造となっているが、蟻酸生成装置50と蟻酸分解装置60に同時接続される必要はなく、蟻酸生成装置50と蟻酸分解装置60に個別に着脱自在に接続されるカートリッジ型の構造を採用することもできる。 In the hydrogen supply system 100, the formic acid storage tank 55 has a stationary structure in which it is simultaneously connected to the formic acid generator 50 and the formic acid decomposition device 60 via the flow path 40. It is not necessary to connect to the decomposing device 60 at the same time, and a cartridge type structure can be adopted that is detachably connected to the formic acid generating device 50 and the formic acid decomposing device 60 separately.

この水素供給システム100における蟻酸生成装置50は、例えば、図2に示すように、水を分解して水素イオンと電子を得る水素イオン発生手段20と、水素イオンと電子、及び二酸化炭素から人工光合成により蟻酸を生成する蟻酸生成デバイス10を用いた蟻酸生成手段30とを備える。 For example, the formic acid generator 50 in the hydrogen supply system 100 includes, as shown in FIG. and a formic acid generating means 30 using the formic acid generating device 10 for generating formic acid by.

この蟻酸生成装置50において、水素イオン発生手段20と蟻酸生成手段30とは、例えば、水素イオンを選択的に透過するような半透膜で仕切られた水槽内に設置され、水素イオン発生手段20と蟻酸生成手段30が導線で接続されており、水素イオン発生手段20で生成した水素イオンと電子は蟻酸生成手段30へと送られるようになっている。 In this formic acid generator 50, the hydrogen ion generator 20 and the formic acid generator 30 are installed, for example, in a water tank partitioned by a semipermeable membrane that selectively permeates hydrogen ions. and the formic acid generating means 30 are connected by a lead wire, and the hydrogen ions and electrons generated by the hydrogen ion generating means 20 are sent to the formic acid generating means 30 .

上記蟻酸生成手段30は、上記水素イオン発生手段20により水を分解して得られる水素イオンと電子を利用して、蟻酸生成デバイス10により、大気中の二酸化炭素及び/又は排気二酸化炭素から人工光合成により蟻酸を生成する。 The formic acid generating means 30 utilizes hydrogen ions and electrons obtained by decomposing water by the hydrogen ion generating means 20, and the formic acid generating device 10 performs artificial photosynthesis from atmospheric carbon dioxide and/or exhaust carbon dioxide. produces formic acid.

上記蟻酸生成手段30に用いられている蟻酸生成デバイス10は、例えば、図3に示すように、基板11、酸化チタン微粒子12、色素13、メチルビオローゲン14、及び蟻酸脱水素酵素15から構成される。 The formic acid generating device 10 used in the formic acid generating means 30 is composed of, for example, a substrate 11, titanium oxide fine particles 12, a dye 13, a methylviologen 14, and a formic acid dehydrogenase 15, as shown in FIG. .

まず、蟻酸生成デバイス10の各構成について説明する。 First, each configuration of the formic acid generation device 10 will be described.

基板11は、その表面に酸化チタン微粒子12、色素13、メチルビオローゲン14の混合物が塗布される。基板11の材質は特に限定はされないが、例えばアルミニウム等の金属基板、無蛍光ガラス等のガラス基板、PETシートのような樹脂シートのいずれかであってもよい。 A substrate 11 has a surface coated with a mixture of titanium oxide fine particles 12 , dye 13 and methyl viologen 14 . The material of the substrate 11 is not particularly limited, but may be, for example, a metal substrate such as aluminum, a glass substrate such as non-fluorescent glass, or a resin sheet such as a PET sheet.

酸化チタン微粒子12は、蟻酸生成反応において、光(主に紫外線)によって色素13やメチルビオローゲン14に電子を供与する役割を果たす。 The titanium oxide fine particles 12 play a role of donating electrons to the dye 13 and the methylviologen 14 by light (mainly ultraviolet rays) in the formic acid generation reaction.

色素13は、自らが吸収して得た光エネルギーを他の物質へ渡すことで、反応や発光プロセスを助ける役割を果たす光増感剤である。すなわち、色素13は、光照射された反応系内において、光エネルギーを吸収し、そのエネルギーで電子エネルギーへ変換し、電子輸送体(補酵素)へ電子を渡す機能(光電変換能)を有するものである。色素13としては、ポルフィリン誘導体、ルテニウムビピリジン錯体誘導体、ピレン誘導体などを挙げることができ、例えば、N197色素、テトラキス(4-メチルピリジル)ポルフィリン亜鉛(ZnTMPyP)、テトラフェニルポルフィリンテトラスルフォネート亜鉛(ZnTPPS)、ルテニウムトリスビピリジン、クロロフィルなどを用いることができる。 The dye 13 is a photosensitizer that plays a role of assisting the reaction and luminescence process by transferring the light energy obtained by itself to other substances. That is, the dye 13 has a function (photoelectric conversion ability) that absorbs light energy in a reaction system irradiated with light, converts the energy into electron energy, and transfers electrons to an electron transporter (coenzyme). is. Examples of dye 13 include porphyrin derivatives, ruthenium bipyridine complex derivatives, and pyrene derivatives. ), ruthenium tris-bipyridine, chlorophyll and the like can be used.

メチルビオローゲン(MV)14は、色素13から電子を受け取って他の物質へ電子を渡す電子輸送機能を有する人工補酵素である。すなわち、メチルビオローゲン14は、光照射により光励起された色素13から電子を受け取り、酵素へ電子を渡す還元機能を有するものである。 Methylviologen (MV) 14 is an artificial coenzyme having an electron transport function of receiving electrons from pigment 13 and transferring electrons to other substances. In other words, the methyl viologen 14 has a reducing function of receiving electrons from the pigment 13 photoexcited by light irradiation and transferring the electrons to the enzyme.

酵素15は、特定の化学反応の反応速度を速める物質であり、自身は反応前後で変化しない物質である。また、酵素15は、光照射された反応系内において、電子輸送体から電子を受け取り、原料物質を還元して生成物質を生成するものである。上記蟻酸生成デバイス10では、酵素15として蟻酸脱水素酵素(ホルメートデヒドロゲナーゼ、FDH)が用いられるため、原料物質は水素イオン及び二酸化炭素であり、生成物質は蟻酸となる。上記蟻酸生成デバイス10では、蟻酸の生成を目的としているため、蟻酸脱水素酵素を用いるが、メタノール生成反応では、アルデヒドデヒドロナーゼ、アルコールデヒドロゲナーゼを用い、リンゴ酸生成反応では、リンゴ酸デヒドロゲナーゼ(脱炭酸)を用いるといったように他の酵素を用いた生成デバイスに適用することも可能である。 The enzyme 15 is a substance that speeds up the reaction rate of a specific chemical reaction, and itself is a substance that does not change before and after the reaction. In addition, the enzyme 15 receives electrons from the electron transporter in the reaction system irradiated with light, and reduces the raw material to produce the product. Since the formate dehydrogenase (FDH) is used as the enzyme 15 in the formic acid generation device 10, the raw materials are hydrogen ions and carbon dioxide, and the product is formic acid. Since the formic acid generation device 10 is intended to generate formic acid, formate dehydrogenase is used. In the methanol generation reaction, aldehyde dehydrogenase and alcohol dehydrogenase are used, and in the malic acid generation reaction, malate dehydrogenase (decarboxylation) is used. ), it is also possible to apply to generation devices using other enzymes.

なお、上記蟻酸生成デバイス10は、電子供与体を含有していてもよい。電子供与体は、電子を他の物質へ渡す機能、還元機能を有するものであり、そのものは酸化される。すなわち、電子供与体は、光照射された反応系内において、電子を失った色素13へ電子を渡す機能、還元機能を有するものをいう。電子供与体としては、トリエタノールアミン、エチレンジアミン、エチレンジアミン四酢酸塩、エチレンジアミン塩酸塩、トリエチルアミン、メルカプトエタノール等を挙げることができる。 The formic acid generating device 10 may contain an electron donor. An electron donor has a function of transferring electrons to another substance and a reducing function, and itself is oxidized. That is, the electron donor has a function of transferring electrons to the dye 13 that has lost electrons and a reducing function in the reaction system irradiated with light. Examples of electron donors include triethanolamine, ethylenediamine, ethylenediaminetetraacetate, ethylenediamine hydrochloride, triethylamine, and mercaptoethanol.

このような構成の蟻酸生成装置50によれば、蟻酸生成デバイス10において、水の分解で生じた水素イオン及び電子と、空気中及び/又は他の機関から排出された二酸化炭素を有効利用することができ、また、酸化チタン微粒子12により効率的にメチルビオローゲン14への電子移動を達成することができ、水素源を蟻酸に変換して蟻酸貯蔵タンク55に貯蔵することができる。 According to the formic acid generator 50 having such a configuration, in the formic acid generator 10, hydrogen ions and electrons generated by water decomposition and carbon dioxide discharged from the air and/or other organs can be effectively used. Also, the titanium oxide fine particles 12 can efficiently achieve electron transfer to the methyl viologen 14 , and the hydrogen source can be converted into formic acid and stored in the formic acid storage tank 55 .

すなわち、この水素供給システム100における蟻酸生成装置50は、水を分解して酸素発生、水素イオン・電子を獲得する水素イオン発生手段20と、酸化チタン微粒子12と色素13とメチルビオローゲン14と蟻酸脱水素酵素15を予め混合させて基板11上に塗布した蟻酸生成デバイス10により、水素イオン、電子と二酸化炭素から人工光合成により蟻酸を生成すると蟻酸生成手段30とを備え、上記水素イオン発生手段20により水を酸素に光分解して得られる水素イオン・電子を利用して、上記蟻酸生成手段30において、上記蟻酸生成デバイス10により、大気中あるいは排気二酸化炭素から人工光合成により蟻酸を生成して蟻酸貯蔵タンク55に貯蔵する。 That is, the formic acid generator 50 in this hydrogen supply system 100 includes hydrogen ion generating means 20 that decomposes water to generate oxygen, acquire hydrogen ions and electrons, titanium oxide fine particles 12, pigment 13, methyl viologen 14, and formic acid dehydration. a formic acid generating means 30 for generating formic acid by artificial photosynthesis from hydrogen ions, electrons and carbon dioxide by means of a formic acid generating device 10 coated on a substrate 11 with premixed enzymes 15; Using the hydrogen ions and electrons obtained by photolyzing water into oxygen, the formic acid generating means 30 generates formic acid by artificial photosynthesis from the atmosphere or the exhaust carbon dioxide by the formic acid generating device 10, and stores formic acid. Store in tank 55 .

この水素供給システム100において、上記蟻酸生成装置50は、光化学反応装置として使用される。使用時には、特に蟻酸生成手段30の蟻酸生成デバイス10に光が照射される構造とすることが好ましい。蟻酸生成デバイス10に光を照射する光源としては、太陽、人工光源等を用いることができる。 In this hydrogen supply system 100, the formic acid generator 50 is used as a photochemical reaction device. During use, it is particularly preferable to have a structure in which the formic acid generating device 10 of the formic acid generating means 30 is irradiated with light. The sun, an artificial light source, or the like can be used as the light source for irradiating the formic acid generation device 10 with light.

次に、上記蟻酸生成装置50における光化学反応方法について説明する。 Next, the photochemical reaction method in the formic acid generator 50 will be described.

蟻酸生成装置50では、まず水素イオン発生手段20において下記(1)式に示すように、水が分解され酸素と水素イオンと電子が生成される。
2HO→O+4H+4e ・・・(1)
In the formic acid generator 50, the hydrogen ion generating means 20 first decomposes water to generate oxygen, hydrogen ions, and electrons as shown in the following formula (1).
2H 2 O→O 2 +4H + +4e (1)

水素イオン発生手段20は上記反応が生じる手段であれば特に限定はされないが、例えば、光触媒を担持した基板のような水分解デバイスが用いられる。 The hydrogen ion generating means 20 is not particularly limited as long as it is a means for causing the above reaction. For example, a water decomposition device such as a substrate supporting a photocatalyst is used.

ここで、蟻酸生成デバイス10での反応を表す概要図を図4に示す。例えば、電子供与体の共存下で光を照射することによって、色素が励起され、励起された色素からメチルビオローゲン(MV2+)へと電子(e)が移動し、電子を受け取ったメチルビオローゲンは還元され、還元型メチルビオローゲン(MV)が生成する。還元型メチルビオローゲン(MV)は蟻酸脱水素酵素(FDH)に電子を供給する。これによって酵素反応が進行し、水素イオン、電子、及び二酸化炭素から蟻酸が生成される。 Here, FIG. 4 shows a schematic diagram showing the reaction in the formic acid generation device 10. As shown in FIG. For example, by irradiating light in the presence of an electron donor, a dye is excited, electrons (e ) are transferred from the excited dye to methylviologen (MV 2+ ), and methylviologen that has received the electrons It is reduced to produce reduced methylviologen (MV + ). Reduced methylviologen (MV + ) supplies electrons to formate dehydrogenase (FDH). This causes an enzymatic reaction to proceed, and formic acid is produced from hydrogen ions, electrons, and carbon dioxide.

蟻酸生成手段30では、蟻酸生成デバイス10において、図4に示す光反応(人工光合成)プロセスを経て水素イオンと電子、及び二酸化炭素から蟻酸が生成される(下記式(2))。この時、水素イオン発生手段20で生成した水素イオンと電子が消費される。また、二酸化炭素は、大気中及び/又は他の機関からの排ガス中に存在するものを利用することができる。
CO+2H+2e→HCOOH ・・・(2)
In the formic acid producing means 30, the formic acid producing device 10 produces formic acid from hydrogen ions, electrons, and carbon dioxide through the photoreaction (artificial photosynthesis) process shown in FIG. 4 (formula (2) below). At this time, the hydrogen ions and electrons generated by the hydrogen ion generator 20 are consumed. Carbon dioxide can also be used as it is present in the atmosphere and/or in exhaust gases from other engines.
CO 2 +2H + +2e →HCOOH (2)

この水素供給システム100において、蟻酸生成装置50により生成され蟻酸貯蔵タンク55に貯蔵された蟻酸は、例えば、日光が得られず人工光合成を行うことができない夜間等に流路40を介して蟻酸分解装置60に送られ、蟻酸分解装置60により分解して水素を発生、利用できるような機関により消費、発電等される。 In the hydrogen supply system 100, the formic acid produced by the formic acid producing device 50 and stored in the formic acid storage tank 55 is decomposed through the flow path 40, for example, at night when sunlight cannot be obtained and artificial photosynthesis cannot be performed. It is sent to the device 60 and decomposed by the formic acid decomposing device 60 to generate and utilize hydrogen, which is consumed, generated electricity, or the like by an engine.

なお、蟻酸生成デバイス10は、使用する際には乾燥させないことが好ましい。担持している酵素15が乾燥により失活しないようにするためである。したがって、反応媒体中で保存、使用することが好ましく、反応媒体としては、水性媒体が好適であり、水または水と混合可能な有機溶媒との混合媒体が挙げられる。有機溶媒としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、グリセリン、エチレングリコール等の低級アルコール、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシドなどが挙げられる。水性媒体としてはリン酸カリウムなどによって緩衝能力を付与してもよい。 The formic acid generation device 10 is preferably not dried before use. This is to prevent the carried enzyme 15 from being deactivated by drying. Therefore, it is preferably stored and used in a reaction medium, and the reaction medium is preferably an aqueous medium, including water or a mixed medium with an organic solvent miscible with water. Organic solvents include lower alcohols such as methanol, ethanol, propanol, butanol, glycerin and ethylene glycol, dimethylformamide, acetonitrile, dimethylacetamide and dimethylsulfoxide. Buffering capacity may be imparted to the aqueous medium by potassium phosphate or the like.

次に、この水素供給システム100における蟻酸分解装置60について説明する。 Next, the formic acid decomposition device 60 in this hydrogen supply system 100 will be described.

この水素供給システム100における蟻酸分解装置60では、蟻酸貯蔵タンク55から供給される蟻酸を、常温・常圧の脱酸素環境下で、触媒反応により水素と二酸化炭素に分解する。 In the formic acid decomposition device 60 in the hydrogen supply system 100, the formic acid supplied from the formic acid storage tank 55 is decomposed into hydrogen and carbon dioxide by a catalytic reaction in a deoxygenated environment at normal temperature and normal pressure.

具体的には、白金微粒子を水溶性高分子ポリビニルピロリドンにより分散させてなる触媒により、常温・常圧の脱酸素環境下で、蟻酸を水素と二酸化炭素に分解する。蟻酸を水素と二酸化炭素に分解する際には、陽イオン性高分子を混合させることが望ましい。 Specifically, formic acid is decomposed into hydrogen and carbon dioxide in a deoxygenated environment at normal temperature and pressure using a catalyst in which fine particles of platinum are dispersed in polyvinylpyrrolidone, a water-soluble polymer. When decomposing formic acid into hydrogen and carbon dioxide, it is desirable to mix a cationic polymer.

陽イオン性高分子の一例としては、下記一般式(I)で表される、ポリ(ジアリルジメチルアンモニウムクロリド)(PDADMA)を用いることができる。PDADMAは、PVPに化学構造が類似しており、陽イオン性高分子を混合しない場合と比較して5倍以上の水素生成効率を実現することができる。 As an example of the cationic polymer, poly(diallyldimethylammonium chloride) (PDADMA) represented by the following general formula (I) can be used. PDADMA has a chemical structure similar to that of PVP, and can achieve hydrogen generation efficiency five times or more as compared to the case where the cationic polymer is not mixed.

Figure 2022178265000002
Figure 2022178265000002

白金は、蟻酸を水素と二酸化炭素に分解するための触媒として作用する。白金は、反応面積を広くするために微粒子状の物を用い、白金微粒子の粒子径は1nm以上50nm以下のものを用いるのが好ましい。 Platinum acts as a catalyst for decomposing formic acid into hydrogen and carbon dioxide. It is preferable to use platinum in the form of fine particles in order to widen the reaction area, and to use platinum fine particles having a particle diameter of 1 nm or more and 50 nm or less.

このように、粒子径の小さい白金微粒子を用いることで、触媒機能を高めることができる。 Thus, by using platinum fine particles having a small particle size, the catalytic function can be enhanced.

また、水溶性高分子ポリビニルピロリドンの添加量は、白金微粒子に対して1質量%以上20質量%以下とすることにより、白金微粒子を適度に分散させることができる。 Further, the addition amount of the water-soluble polymer polyvinylpyrrolidone is 1% by mass or more and 20% by mass or less with respect to the platinum fine particles, so that the platinum fine particles can be appropriately dispersed.

すなわち、水溶性高分子ポリビニルピロリドン(PVP)は、白金微粒子を分散させるためのものである。白金微粒子は単独では凝集して沈殿しやすいため、水溶性高分子ポリビニルピロリドン用いることで、白金微粒子を分散させた状態で触媒としての機能を保持することができる。水溶性高分子ポリビニルピロリドン(PVP)の添加量は、白金微粒子に対して1質量%以上20質量%以下となるようにすることが好ましい。水溶性高分子ポリビニルピロリドン(PVP)の添加量が1質量%未満の場合は、白金微粒子の分散性を向上させるのに十分な効果が得られない。また、水溶性高分子ポリビニルピロリドン(PVP)の添加量が20質量%を超える場合は、白金微粒子の触媒機能が十分に得られない。 That is, the water-soluble polymer polyvinylpyrrolidone (PVP) is for dispersing the platinum fine particles. Since platinum fine particles are likely to aggregate and precipitate when used alone, the use of water-soluble polymer polyvinylpyrrolidone makes it possible to retain the function of a catalyst while the platinum fine particles are dispersed. The amount of the water-soluble polymer polyvinylpyrrolidone (PVP) added is preferably 1% by mass or more and 20% by mass or less with respect to the platinum fine particles. If the amount of the water-soluble polymer polyvinylpyrrolidone (PVP) added is less than 1% by mass, a sufficient effect of improving the dispersibility of the platinum fine particles cannot be obtained. Further, when the amount of the water-soluble polymer polyvinylpyrrolidone (PVP) added exceeds 20% by mass, the catalytic function of the platinum fine particles cannot be sufficiently obtained.

この水素供給システム100における蟻酸分解装置60において、白金微粒子の触媒機能は、白金微粒子と水溶性高分子ポリビニルピロリドンの組み合わせで用いることにより有効に発揮される。例えば、分散剤としては、ポリビニルアルコール(PVA)やポリメタクリル酸メチル(PMMA)などもあるが、これらの分散剤を用いた場合には、蟻酸から水と二酸化炭素が生成する副反応が生じてしまう。本発明者らは、白金微粒子と水溶性高分子ポリビニルピロリドンという特定の組み合わせを適用することで蟻酸から水素と二酸化反応が発生する反応を選択的かつ効率的に生じることを見出したものである。 In the formic acid decomposition device 60 in the hydrogen supply system 100, the catalytic function of the platinum fine particles is effectively exhibited by using a combination of the platinum fine particles and the water-soluble polymer polyvinylpyrrolidone. For example, dispersants include polyvinyl alcohol (PVA) and polymethyl methacrylate (PMMA), but when these dispersants are used, a side reaction occurs in which water and carbon dioxide are produced from formic acid. put away. The present inventors have found that by applying a specific combination of platinum fine particles and water-soluble polymer polyvinylpyrrolidone, a reaction in which formic acid generates hydrogen and dioxide is selectively and efficiently generated.

すなわち、蟻酸の分解反応には、下記反応式(3)で表される蟻酸から水素と二酸化炭素が生成する反応と、下記反応式(4)で表される蟻酸から水と二酸化炭素が生成する反応がある。この水素供給システム100では、白金微粒子と水溶性高分子ポリビニルピロリドンを組み合わせて使用することで、反応式(4)の副反応がほとんど起こることなく、反応式(3)の反応により水素を効率的に発生させることができる。但し、水を優先的に発生させたい場合には、反応式(4)の反応が優先的に生じるようにすればよい。 That is, the decomposition reaction of formic acid includes a reaction in which hydrogen and carbon dioxide are produced from formic acid represented by the following reaction formula (3), and a reaction in which water and carbon dioxide are produced from formic acid represented by the following reaction formula (4). there is a reaction. In this hydrogen supply system 100, by using a combination of platinum fine particles and water-soluble polymer polyvinylpyrrolidone, the side reaction of reaction formula (4) hardly occurs, and hydrogen is efficiently produced by the reaction of reaction formula (3). can be generated at However, when it is desired to preferentially generate water, the reaction of reaction formula (4) should be preferentially caused.

HCOOH → H+CO ・・・(3) HCOOH→H 2 +CO 2 (3)

2HCOOH+O → 2HO+2CO ・・・(4) 2HCOOH+ O2 →2H2O + 2CO2 (4)

蟻酸の分解反応においては、白金触媒と水溶性高分子ポリビニルピロリドンを組み合わせることでポリビニルピロリドンのカルボニル基が白金微粒子の電子状態を変えることにより、水素生成の反応が効率的に起こると考えられる。 In the decomposition reaction of formic acid, it is thought that the combination of a platinum catalyst and a water-soluble polymer, polyvinylpyrrolidone, causes the carbonyl group of polyvinylpyrrolidone to change the electronic state of the platinum fine particles, resulting in an efficient hydrogen generation reaction.

また、この水素供給システム100における蟻酸分解装置60では、蟻酸の分解反応を常温・常圧の脱酸素下で行う。白金微粒子を用いた触媒反応であるため、特に加熱や加圧は不要である。また、酸素が存在すると上記反応式(4)のように、水と二酸化炭素が生成する副反応が起きてしまうため、反応系を脱酸素状態にしておく必要がある。但し、上記反応式(4)の反応を生じさせたい場合には、必ずしも反応系を脱酸素状態にしておく必要はない。 Further, in the formic acid decomposition device 60 in the hydrogen supply system 100, the decomposition reaction of formic acid is performed under deoxygenation at normal temperature and normal pressure. Since it is a catalytic reaction using platinum fine particles, no particular heating or pressure is required. In addition, the presence of oxygen causes a side reaction in which water and carbon dioxide are produced as shown in the above reaction formula (4), so the reaction system must be kept in a deoxygenated state. However, when the reaction of the reaction formula (4) is desired to occur, the reaction system does not necessarily need to be in a deoxidized state.

以上説明したように、この水素供給システム100における蟻酸分解装置60では、白金微粒子を水溶性高分子ポリビニルピロリドンにより分散させてなる触媒により、常温・常圧の脱酸素下において、水と二酸化炭素が発生する副反応が生じることなく、効率的に蟻酸から水素及び二酸化炭素を生成して、蟻酸貯蔵タンク55に貯蔵することができる。 As described above, in the formic acid decomposition device 60 in the hydrogen supply system 100, water and carbon dioxide are deoxidized at normal temperature and normal pressure by means of a catalyst composed of platinum fine particles dispersed in the water-soluble polymer polyvinylpyrrolidone. Hydrogen and carbon dioxide can be efficiently produced from formic acid and stored in the formic acid storage tank 55 without any side reactions occurring.

次に、本発明の一実施形態に係る蟻酸生成デバイスの作製方法について説明する。図5は、本発明の一実施形態に係る蟻酸生成デバイスの作製方法の概略を示すフロー図である。図5に示すように、本発明の一実施形態に係る蟻酸生成デバイスは、秤量工程S1、混合工程S2、塗布工程S3を経て作製される。以下、各工程について説明する。 Next, a method for manufacturing a formic acid generation device according to one embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a flow diagram outlining a method for fabricating a formic acid generating device according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, the formic acid generating device according to one embodiment of the present invention is manufactured through a weighing step S1, a mixing step S2, and a coating step S3. Each step will be described below.

秤量工程S1では、少なくとも色素とビオローゲン化合物の秤量を行う。そして、混合工程S2では、秤量工程S1で秤量した色素とビオローゲン化合物に対して酸化チタン微粒子分散液を添加して混合を行う。酸化チタン微粒子分散液は、例えば酸化チタン微粒子をエタノール溶液中に分散させたものを用いる。混合工程S2は、例えば、秤量した色素とビオローゲン化合物に対してエタノールに分散させた酸化チタン微粒子分散液を添加し、超音波処理を行うことにより混合する。酸化チタン微粒子分散液添加前にあらかじめ色素とビオローゲン化合物とを有機溶媒等で混合しておいても良い。 In the weighing step S1, at least the dye and the viologen compound are weighed. Then, in the mixing step S2, the pigment and viologen compound weighed in the weighing step S1 are added to the titanium oxide fine particle dispersion and mixed. As the titanium oxide fine particle dispersion liquid, for example, one in which titanium oxide fine particles are dispersed in an ethanol solution is used. In the mixing step S2, for example, a titanium oxide fine particle dispersion liquid dispersed in ethanol is added to the weighed pigment and viologen compound, and the mixture is subjected to ultrasonic treatment. The pigment and the viologen compound may be mixed in advance with an organic solvent or the like before adding the titanium oxide fine particle dispersion.

混合工程S2では、酸化チタン微粒子と色素の混合割合は質量比で10000:1~20000:1とすることが好ましい。このような混合割合で混合することにより、効率よく蟻酸生成反応を促すことができる。またこの混合割合は、使用する酸化チタン微粒子と色素の組成によって最適化する必要がある。色素とビオローゲン化合物の混合比率は、例えばメチルビオローゲンであれば、質量比で色素:メチルビオローゲン=1:15~1:25とすることが好ましい。 In the mixing step S2, the mixing ratio of the titanium oxide fine particles and the pigment is preferably 10000:1 to 20000:1 in mass ratio. By mixing in such a mixing ratio, the formic acid production reaction can be promoted efficiently. Also, this mixing ratio must be optimized according to the composition of the titanium oxide fine particles and the pigment used. As for the mixing ratio of the dye and the viologen compound, for example, in the case of methylviologen, the mass ratio of dye:methylviologen is preferably 1:15 to 1:25.

塗布工程S3では、上記混合した混合物を基板上に塗布する。例えばPETシートなどの樹脂シートを基板として採用すればよい。 In the coating step S3, the mixed mixture is coated on the substrate. For example, a resin sheet such as a PET sheet may be used as the substrate.

その後、混合液を塗布した基板を乾燥させる。これにより、混合液中の溶媒であるエタノール等が蒸発し、基板上には、酸化チタン微粒子と色素とビオローゲン化合物の混合物が残る。なお、乾燥させず、水または水と混合可能な有機溶媒との混合媒体中で保存、使用してもよい。なお、本発明の一実施形態に係る蟻酸生成デバイスの作製方法は必ずしも上記工程に限定されるわけではなく、例えば、蒸着など別の塗布・吸着方法によって蟻酸生成デバイスを作製してもよい。 After that, the substrate coated with the mixed solution is dried. As a result, ethanol or the like, which is a solvent in the mixed liquid, evaporates, leaving a mixture of titanium oxide fine particles, a dye, and a viologen compound on the substrate. In addition, it may be stored and used in a mixed medium of water or an organic solvent miscible with water without drying. Note that the method for producing a formic acid-generating device according to an embodiment of the present invention is not necessarily limited to the above steps. For example, the formic acid-generating device may be produced by another coating/adsorption method such as vapor deposition.

また、酸化チタン微粒子の平均粒径は、特に限定されないが、例えば、20~50nmである。酸化チタン微粒子の平均粒径が50nmを超えて大きくなると、蟻酸生成のための性能が低下してしまうことがある。 Also, the average particle size of the titanium oxide fine particles is not particularly limited, but is, for example, 20 to 50 nm. When the average particle size of the titanium oxide fine particles exceeds 50 nm, the performance for formic acid generation may be lowered.

この水素供給システム100における蟻酸分解装置60は、例えば、図6に示すように、少なくとも貯蔵部61、反応部62、制御部63を備える。以下、蟻酸分解装置60の各構成について説明する。 The formic acid decomposition device 60 in the hydrogen supply system 100 includes at least a storage section 61, a reaction section 62, and a control section 63, for example, as shown in FIG. Each configuration of the formic acid decomposition apparatus 60 will be described below.

貯蔵部61は、水素を生成するための蟻酸を貯蔵しておくためのものである。貯蔵する蟻酸は、製品として販売されているものでも、他の反応機構により生成されたものでも何れでもよい。貯蔵部61の材質は特に限定はされないが、蟻酸により腐食されないものが好ましい。 The storage unit 61 stores formic acid for generating hydrogen. The formic acid to be stored may be either commercially available product or produced by other reaction mechanisms. Although the material of the storage part 61 is not particularly limited, it is preferable to use a material that is not corroded by formic acid.

この水素供給システム100では、上記蟻酸生成装置50により生成され上記蟻酸貯蔵タンク55に貯蔵された蟻酸が流路40を介して蟻酸分解装置60の貯蔵部61に供給され貯蔵される。なお、上記蟻酸分解装置60に着脱自在に装着可能なカットリッジ型の構造の上記蟻酸貯蔵タンク55を上記貯蔵部61とすることもできる。 In this hydrogen supply system 100, the formic acid generated by the formic acid generator 50 and stored in the formic acid storage tank 55 is supplied through the flow path 40 to the storage section 61 of the formic acid decomposition apparatus 60 and stored therein. The formic acid storage tank 55 having a cartridge type structure that can be detachably attached to the formic acid decomposition apparatus 60 can be used as the storage section 61 .

反応部62は、蟻酸を触媒反応により水素と二酸化炭素に分解する。反応部62は、白金微粒子を水溶性高分子ポリビニルピロリドンにより分散させてなる触媒を有する。触媒は、例えば、基板等に担持させてもよいし、反応部62内で分散溶液として保持される構成でもよい。そして、反応部62では、貯蔵部61内に貯蔵された蟻酸が適宜供給され、反応部62において白金微粒子を水溶性高分子ポリビニルピロリドンにより分散させてなる触媒により水素と二酸化炭素に分解される。反応部62は蟻酸の分解反応中に適宜溶液を撹拌する装置を備えていてもよい。 The reaction unit 62 decomposes formic acid into hydrogen and carbon dioxide through a catalytic reaction. The reaction section 62 has a catalyst in which platinum fine particles are dispersed in a water-soluble polymer polyvinylpyrrolidone. For example, the catalyst may be supported on a substrate or the like, or may be held as a dispersed solution within the reaction section 62 . Then, in the reaction section 62, the formic acid stored in the storage section 61 is appropriately supplied, and is decomposed into hydrogen and carbon dioxide in the reaction section 62 by a catalyst formed by dispersing platinum fine particles in the water-soluble polymer polyvinylpyrrolidone. The reaction section 62 may be provided with a device for appropriately stirring the solution during the decomposition reaction of formic acid.

制御部63は、主に反応部62が常温・常圧の脱酸素下となるように制御する。特に、上記反応式(4)のような水と二酸化酸素が生成する副反応が生じないように、反応部62内を脱酸素状態となるように制御することが重要である。脱酸素状態とする手段としては、例えば反応部62内を窒素ガス等で置換することが挙げられる。その他にも、制御部63は、例えば、反応部62やその他の機関で高温・加圧状態や異常を検知した場合に、蟻酸分解装置60を停止したり、異常状態を解消するような機構を備えていることが好ましい。 The control unit 63 mainly controls the reaction unit 62 so that it is deoxidized at room temperature and pressure. In particular, it is important to control the inside of the reaction section 62 to be in a deoxygenated state so that the side reaction in which water and carbon dioxide are produced as in reaction formula (4) does not occur. As a means for deoxygenating, for example, replacing the inside of the reaction section 62 with nitrogen gas or the like can be mentioned. In addition, the control unit 63 has a mechanism for stopping the formic acid decomposing device 60 or resolving the abnormal state, for example, when a high temperature/pressurized state or an abnormality is detected in the reaction unit 62 or other engine. It is preferable to have

この水素供給システム100における蟻酸分解装置60では、白金微粒子を水溶性高分子ポリビニルピロリドンにより分散させてなる触媒により、常温・常圧の脱酸素下において、水と二酸化炭素が発生する副反応が生じることなく、効率的に蟻酸から水素を生成することができる。 In the formic acid decomposition device 60 in the hydrogen supply system 100, a side reaction occurs in which water and carbon dioxide are generated under deoxygenation at normal temperature and normal pressure due to a catalyst in which platinum fine particles are dispersed in the water-soluble polymer polyvinylpyrrolidone. Hydrogen can be efficiently produced from formic acid without

そして、この水素供給システム100において、蟻酸分解装置60は、蟻酸生成装置50により生成して蟻酸貯蔵タンク55に貯蔵された蟻酸を水素と二酸化炭素に分解することにより発生する水素及び二酸化炭素を、分離することなく発電機120に供給する。 In the hydrogen supply system 100, the formic acid decomposing device 60 decomposes the formic acid generated by the formic acid generating device 50 and stored in the formic acid storage tank 55 into hydrogen and carbon dioxide. It feeds the generator 120 without separation.

この水素供給システム100では、図7の工程図に示すように、蟻酸生成工程S11と蟻酸分解工程S12と回収・循環工程S13を有する水素供給方法を実施している。 In this hydrogen supply system 100, as shown in the process diagram of FIG. 7, a hydrogen supply method having a formic acid generation step S11, a formic acid decomposition step S12, and a recovery/circulation step S13 is implemented.

この水素供給システム100において、蟻酸生成工程S11は、上記蟻酸生成装置50において、水を酸素に光分解して得られる水素イオン・電子を利用して、大気中あるいは排気二酸化炭素から人工光合成により蟻酸を生成して、蟻酸貯蔵タンク55に貯蔵する工程である。この蟻酸生成工程S11では、上記水素イオン発生手段20により水を酸素に光分解して水素イオン・電子を得て、上記蟻酸生成手段30において、上記蟻酸生成デバイス10により、大気中あるいは排気二酸化炭素から人工光合成により蟻酸を生成して蟻酸貯蔵タンク55に貯蔵する。 In the hydrogen supply system 100, the formic acid generation step S11 utilizes hydrogen ions and electrons obtained by photolyzing water into oxygen in the formic acid generation device 50 to generate formic acid from the atmosphere or exhaust carbon dioxide through artificial photosynthesis. is generated and stored in the formic acid storage tank 55 . In this formic acid generation step S11, water is photolyzed into oxygen by the hydrogen ion generation means 20 to obtain hydrogen ions and electrons. Formic acid is produced by artificial photosynthesis and stored in the formic acid storage tank 55 .

この蟻酸生成工程S11では、酸化チタン微粒子12と色素13とメチルビオローゲン14と蟻酸脱水素酵素15を予め混合させた蟻酸生成デバイス10により、上記水素イオン.電子と大気中あるいは排気二酸化炭素から人工光合成により蟻酸を生成して蟻酸貯蔵タンク55に貯蔵する。 In this formic acid generation step S11, the hydrogen ion. Formic acid is produced by artificial photosynthesis from electrons and air or exhaust carbon dioxide and stored in a formic acid storage tank 55 .

蟻酸分解工程S12は、蟻酸分解装置60において、蟻酸貯蔵タンク55から供給された蟻酸を分解して水素を発生する工程である。この蟻酸分解工程S12では、上記白金微粒子を水溶性高分子ポリビニルピロリドンにより分散させてなる触媒により、常温・常圧の脱酸素環境下で、蟻酸を水素と二酸化炭素に分解する。その結果、ほぼ等体積の水素と二酸化炭素が生成される。 The formic acid decomposition step S12 is a step in which the formic acid decomposition unit 60 decomposes the formic acid supplied from the formic acid storage tank 55 to generate hydrogen. In this formic acid decomposition step S12, formic acid is decomposed into hydrogen and carbon dioxide in a deoxygenated environment at normal temperature and normal pressure using a catalyst in which the platinum fine particles are dispersed in the water-soluble polymer polyvinylpyrrolidone. As a result, approximately equal volumes of hydrogen and carbon dioxide are produced.

回収・循環工程S13は、水素供給システム100内において発生した二酸化炭素を回収し循環させる工程である。蟻酸分解装置60から分離されることなく供給される水素と二酸化炭素のうち、水素は発電機120における燃焼の結果体積が減少するが、二酸化炭素は発電機120における燃焼ではほとんど消費されないため、ほとんど減少することはない。そのため、上記蟻酸分解工程S12で発生した二酸化炭素は、蟻酸分解装置60からの供給量がほぼ維持された状態で発電機120を介して再び記蟻酸生成装置50に供給される。即ち、発電機120から回収された二酸化炭素は水素供給システム100内を循環して再び蟻酸生成装置50に供給される。 The recovery/circulation step S<b>13 is a step of recovering and circulating carbon dioxide generated in the hydrogen supply system 100 . Of the hydrogen and carbon dioxide supplied without being separated from the formic acid decomposition device 60, the volume of hydrogen decreases as a result of combustion in the power generator 120, but carbon dioxide is hardly consumed in the combustion in the power generator 120. It never decreases. Therefore, the carbon dioxide generated in the formic acid decomposition step S12 is resupplied to the formic acid generator 50 via the generator 120 while the amount of carbon dioxide supplied from the formic acid decomposition device 60 is substantially maintained. That is, the carbon dioxide recovered from the generator 120 is circulated in the hydrogen supply system 100 and supplied to the formic acid generator 50 again.

次に、上記水素供給システム100の具体的な実装例について説明する。水素供給システム100は、例えば、図8に示すような構成のエネルギー供給システム1000に適用される。 Next, a specific implementation example of the hydrogen supply system 100 will be described. The hydrogen supply system 100 is applied, for example, to an energy supply system 1000 configured as shown in FIG.

このエネルギー供給システム1000は、一般住宅110において水素をエネルギー源とするエネルギー供給システムであって、水素を燃料として発電を行う燃料電池や水素を燃料とする水素エンジンにより駆動される水素発電機などの発電機(住宅用の水素発電設備)120を備え、発電機120から電源供給を行うとともに、上記発電機120の余熱を利用して貯湯タンク130から給湯を行うようになっている。 This energy supply system 1000 is an energy supply system that uses hydrogen as an energy source in a general house 110, and includes a fuel cell that generates electricity using hydrogen as fuel, a hydrogen generator that is driven by a hydrogen engine that uses hydrogen as fuel, and the like. A generator (hydrogen power generation facility for residential use) 120 is provided, and power is supplied from the generator 120 and hot water is supplied from a hot water storage tank 130 using residual heat of the generator 120 .

このエネルギー供給システム1000は、太陽光を利用した昼間用エネルギー供給システムとして、住宅110の屋上に設けられた太陽電池パネル140により太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換して、水を電気分解することにより水素を発生する昼間用水素供給システム150を備える。そして、日中は、上記昼間用水素供給システム150から発電機120に水素が供給されるようになっている。 This energy supply system 1000, as a daytime energy supply system using sunlight, converts sunlight energy into electric energy by means of a solar cell panel 140 provided on the roof of a house 110, and electrolyzes water. A daytime hydrogen supply system 150 for generating hydrogen is provided. During the daytime, hydrogen is supplied from the daytime hydrogen supply system 150 to the generator 120 .

また、このエネルギー供給システム1000は、一般住宅110において水素を夜間にエネルギー源として供給する夜間用エネルギー供給システムとして、住宅110の屋上に設けられた人工光合成により蟻酸を生成する蟻酸生成装置50と、この蟻酸生成装置50により生成された蟻酸を貯蔵する蟻酸貯蔵タンク55と、この蟻酸貯蔵タンク55から供給される蟻酸を水素と二酸化炭素に分解する蟻酸分解装置60と、蟻酸分解装置60から水素と分離されることなく供給された二酸化炭素を蟻酸生成装置50に供給する発電機120とを有する本発明に係る水素供給システム100を備える。 In addition, this energy supply system 1000 is a nighttime energy supply system that supplies hydrogen as an energy source in a general house 110 at night. A formic acid storage tank 55 for storing the formic acid produced by the formic acid production device 50, a formic acid decomposition device 60 for decomposing the formic acid supplied from the formic acid storage tank 55 into hydrogen and carbon dioxide, and hydrogen from the formic acid decomposition device 60. A hydrogen supply system 100 according to the present invention having a generator 120 for supplying carbon dioxide supplied without being separated to the formic acid generator 50 .

そして、このエネルギー供給システム1000において、上記水素供給システム100は、蟻酸生成装置50により、太陽光を利用できる日中に、水を酸素に光分解して得られる水素イオン・電子を利用して、酸化チタン微粒子12と色素13とメチルビオローゲン14と蟻酸脱水素酵素15を予め混合させて基板11上に塗布した蟻酸生成デバイス10により、上記水素イオン、電子と大気中あるいは排気二酸化炭素から人工光合成により蟻酸を生成して、蟻酸貯蔵タンク55に貯蔵し、太陽光を利用できない夜間に、上記蟻酸生成装置50により貯蔵された蟻酸を蟻酸分解装置60により白金微粒子を水溶性高分子ポリビニルピロリドンにより分散させてなる触媒により、常温・常圧の脱酸素環境下で分解して得られる水素を、上記発電機120に供給する。 In this energy supply system 1000, the hydrogen supply system 100 utilizes hydrogen ions and electrons obtained by photolyzing water into oxygen during the day when sunlight can be used by the formic acid generator 50, Titanium oxide fine particles 12, dye 13, methylviologen 14, and formate dehydrogenase 15 are mixed in advance and coated on a substrate 11 by a formic acid generating device 10, which produces artificial photosynthesis from the hydrogen ions, electrons, and the atmosphere or exhaust carbon dioxide. Formic acid is produced and stored in a formic acid storage tank 55, and at night when sunlight is not available, the formic acid stored by the formic acid producing device 50 is dispersed by the formic acid decomposing device 60 with the platinum fine particles in the water-soluble polymer polyvinylpyrrolidone. Hydrogen obtained by decomposing in a deoxygenated environment at normal temperature and normal pressure is supplied to the generator 120 by a catalyst composed of the following.

図9に、発電機120の構成例を示す。発電機120は、蟻酸分解装置60から供給される水素を燃料として駆動する水素エンジン121と、水素エンジン121を駆動源とする発電部121aと、水素エンジン121で生じた熱を回収する熱回収装置122と、発電部121aで発電された電力を直流から交流に変換するインバータ123とを有して構成される。 FIG. 9 shows a configuration example of the generator 120. As shown in FIG. The power generator 120 includes a hydrogen engine 121 that is driven using hydrogen supplied from the formic acid decomposition device 60 as fuel, a power generation section 121a that is driven by the hydrogen engine 121, and a heat recovery device that recovers heat generated by the hydrogen engine 121. 122, and an inverter 123 that converts the power generated by the power generation unit 121a from direct current to alternating current.

水素エンジン121は、蟻酸分解装置60から供給される水素を燃料として駆動し、水素エンジン121の駆動に伴い水素と空気中の酸素が反応して水素が燃焼する。その結果、下記(5)式に示すように、水が生成される。
2H+O→2HO ・・・(5)
また、水素エンジン121が発電部121aを駆動させると、発電部121aに起電力が生じ、発電された直流電力がインバータ123に供給される。即ち、水素エンジン121による発電部121aの駆動に伴い、発電機120に電気が発生する。
The hydrogen engine 121 is driven using the hydrogen supplied from the formic acid decomposition device 60 as fuel, and as the hydrogen engine 121 is driven, the hydrogen reacts with oxygen in the air and the hydrogen burns. As a result, water is produced as shown in the following formula (5).
2H 2 +O 2 →2H 2 O (5)
Further, when the hydrogen engine 121 drives the power generation unit 121 a , electromotive force is generated in the power generation unit 121 a and the generated DC power is supplied to the inverter 123 . That is, electricity is generated in the power generator 120 as the power generation unit 121 a is driven by the hydrogen engine 121 .

なお、水素エンジン121には蟻酸分解装置60から二酸化炭素も供給されるが、この二酸化炭素は水素エンジン121内での燃焼反応には何ら影響を与えるものではない。このため、予め水素と二酸化炭素を分離するための分離装置を設けるプロセスを省略することができる。 Although carbon dioxide is also supplied to the hydrogen engine 121 from the formic acid decomposition device 60, this carbon dioxide does not affect the combustion reaction within the hydrogen engine 121 at all. Therefore, the process of providing a separation device for separating hydrogen and carbon dioxide in advance can be omitted.

熱回収装置122は、例えば熱交換器等で構成され、水素エンジン121により生成された熱を回収する。具体的には、熱回収装置122は、水素エンジン121が電力を発生させた場合に生成される熱(排熱)を利用可能となるように、水素エンジン121と接続されている。熱回収装置122は、温水生成装置として機能し、例えば図示しない貯湯タンクに接続される。貯湯タンクに貯蔵された水(湯)は、熱回収装置122によって回収された熱により加温される。 The heat recovery device 122 is composed of, for example, a heat exchanger or the like, and recovers heat generated by the hydrogen engine 121 . Specifically, the heat recovery device 122 is connected to the hydrogen engine 121 so as to be able to use heat (exhaust heat) generated when the hydrogen engine 121 generates electric power. The heat recovery device 122 functions as a hot water generator and is connected to, for example, a hot water storage tank (not shown). The water (hot water) stored in the hot water storage tank is heated by the heat recovered by the heat recovery device 122 .

インバータ123は、水素エンジン121に電気的に接続される。インバータ123は、発電部121aから供給された直流電力を、交流電力に変換する。インバータ123から出力される交流電力は、負荷200に供給される。 Inverter 123 is electrically connected to hydrogen engine 121 . The inverter 123 converts the DC power supplied from the power generation unit 121a into AC power. AC power output from inverter 123 is supplied to load 200 .

図10は、上記発電機120により実行される処理を示すフロー図である。図10に示すように、発電機120では、燃焼工程S21と循環工程S22が実行される。 FIG. 10 is a flow diagram showing the processing performed by the generator 120 described above. As shown in FIG. 10, the generator 120 performs a combustion step S21 and a circulation step S22.

この水素供給システム100において、燃焼工程S21は、蟻酸分解装置60から供給される水素とともに、大気中から取り込まれた酸素を燃焼させる工程である。この燃焼工程S21では、水素と酸素を反応させることにより、電気と水が生成される。 In the hydrogen supply system 100, the combustion step S21 is a step of burning the hydrogen supplied from the formic acid decomposition device 60 and the oxygen taken from the atmosphere. In this combustion step S21, electricity and water are generated by reacting hydrogen and oxygen.

循環工程S22は、蟻酸分解装置60から供給された二酸化炭素を水素とともに蟻酸生成装置50に供給する工程である。具体的には、蟻酸分解装置60から供給された二酸化炭素は、水素エンジン121内の燃焼反応において何ら関与するものではなく、発電機120を介して蟻酸生成装置50に供給する。即ち、大気中から水素供給システム100に取り込まれた二酸化炭素は、水素供給システム100内を循環する。 The circulation step S22 is a step of supplying carbon dioxide supplied from the formic acid decomposition device 60 to the formic acid generation device 50 together with hydrogen. Specifically, the carbon dioxide supplied from the formic acid decomposition device 60 does not participate in the combustion reaction within the hydrogen engine 121 and is supplied to the formic acid generation device 50 via the generator 120 . That is, carbon dioxide taken into the hydrogen supply system 100 from the atmosphere circulates within the hydrogen supply system 100 .

このような構成のエネルギー供給システム1000では、太陽光を利用できる日中に、上記昼間用水素供給システム150から発電機120に水素を供給することができ、さらに、本発明に係る水素供給システム100の上記蟻酸生成装置50において、水を酸素に光分解して得られる水素イオン・電子を利用して、酸化チタン微粒子12と色素13とメチルビオローゲン14と蟻酸脱水素酵素15を予め混合させて基板11上に塗布した蟻酸生成デバイス10により、上記水素イオン.電子と大気中あるいは排気二酸化炭素から人工光合成により蟻酸を生成して、蟻酸貯蔵タンク55に貯蔵しておくことができる。 In the energy supply system 1000 having such a configuration, hydrogen can be supplied from the daytime hydrogen supply system 150 to the generator 120 during the daytime when sunlight can be used, and the hydrogen supply system 100 according to the present invention can In the formic acid generator 50, the titanium oxide fine particles 12, the dye 13, the methyl viologen 14, and the formic acid dehydrogenase 15 are mixed in advance using hydrogen ions and electrons obtained by photolyzing water into oxygen, and the substrate 11, the hydrogen ions. Formic acid can be produced by artificial photosynthesis from electrons and the atmosphere or exhausted carbon dioxide and stored in the formic acid storage tank 55 .

そして、太陽光を利用できない夜間には、上記蟻酸分解装置60において、上記蟻酸生成装置50により太陽光を利用できる日中に生成されて蟻酸貯蔵タンク55に貯蔵された蟻酸を白金微粒子を水溶性高分子ポリビニルピロリドンにより分散させてなる触媒により、常温・常圧の脱酸素環境下で分解して得られる水素を、上記発電機120に供給することができる。 At night when sunlight cannot be used, the formic acid generated by the formic acid generator 50 during the day when sunlight can be used and stored in the formic acid storage tank 55 in the formic acid decomposition device 60 is converted into water-soluble platinum fine particles. Hydrogen obtained by decomposition in a deoxygenated environment at normal temperature and normal pressure can be supplied to the generator 120 by the catalyst dispersed in the polymer polyvinylpyrrolidone.

すなわち、上記エネルギー供給システム1000における水素供給システム100は、上述の如き構成の蟻酸生成装置50と蟻酸分解装置60を備えているので、上記蟻酸生成装置50により、太陽光を利用できる日中に、水を酸素に光分解して得られる水素イオン・電子を利用して、蟻酸生成デバイス10により、大気中あるいは排気二酸化炭素から人工光合成により蟻酸を生成して蟻酸貯蔵タンク55に貯蔵し、太陽光を利用できない夜間に、上記蟻酸分解装置60において、上記蟻酸生成装置50により蟻酸貯蔵タンク55に貯蔵された蟻酸を常温・常圧の脱酸素環境下で水素と二酸化炭素に分解することにより、上記蟻酸生成デバイス10により蟻酸を生成するための原料としての二酸化炭素を得て上記蟻酸生成装置50に戻し循環させるとともに、蟻酸を分解して得られる水素をエネルギー源として安全且つ効率よく上記発電機120に供給することができる。 That is, since the hydrogen supply system 100 in the energy supply system 1000 includes the formic acid generator 50 and the formic acid decomposition device 60 configured as described above, the formic acid generator 50 can be used during the day when sunlight can be used. Using hydrogen ions and electrons obtained by photolyzing water into oxygen, formic acid is generated by artificial photosynthesis from the atmosphere or exhaust carbon dioxide by the formic acid generation device 10, and stored in the formic acid storage tank 55, and sunlight is generated. is not available, the formic acid decomposing device 60 decomposes the formic acid stored in the formic acid storage tank 55 by the formic acid generating device 50 into hydrogen and carbon dioxide in a deoxygenated environment at normal temperature and normal pressure. Carbon dioxide as a raw material for producing formic acid is obtained by the formic acid producing device 10 and circulated back to the formic acid producing device 50, and hydrogen obtained by decomposing formic acid is safely and efficiently used as an energy source for the generator 120. can be supplied to

更に、上記水素供給システム100では、大気中から取り込まれ、発電機120を介して供給される二酸化炭素を再利用することで、水素供給システム100において、蟻酸生成装置50における水と二酸化炭素から人工光合成により蟻酸を生成するプロセス、蟻酸分解装置60における蟻酸を水素と二酸化炭素に分解するプロセス、発電機120を介して水素とともに供給される二酸化炭素の循環プロセスを繰り返し実行することができる。また、発電機120により生成された二酸化炭素をギ酸生成装置50に循環させることもできる。 Furthermore, in the hydrogen supply system 100, by reusing the carbon dioxide that is taken in from the atmosphere and supplied via the generator 120, in the hydrogen supply system 100, artificial The process of producing formic acid through photosynthesis, the process of breaking down formic acid into hydrogen and carbon dioxide in the formic acid decomposition device 60, and the circulation process of carbon dioxide supplied together with hydrogen via the generator 120 can be repeatedly executed. Also, the carbon dioxide generated by the generator 120 can be circulated to the formic acid generator 50 .

即ち、蟻酸が分解すると、水素(H)と二酸化炭素(CO)が等体積で発生し、これを水素エンジン等の発電機120に供給すると、水素だけが空気と反応して発電のための燃焼をする。一方で、二酸化炭素は反応せずそのまま発電機120から排出されるので、水素と二酸化炭素を予め分離するプロセスを省略することができるという重要な特徴を有する。 That is, when formic acid decomposes, hydrogen (H 2 ) and carbon dioxide (CO 2 ) are generated in equal volumes, and when this is supplied to a generator 120 such as a hydrogen engine, only hydrogen reacts with air to generate electricity. of combustion. On the other hand, carbon dioxide does not react and is discharged from the generator 120 as it is, so it has an important feature that the process of separating hydrogen and carbon dioxide in advance can be omitted.

したがって、上記エネルギー供給システム1000では、上記水素供給システム100により、太陽光エネルギーを有効に利用して、蟻酸を生成・貯蔵し、太陽光を利用できない夜間に、蟻酸を分解して得られる水素をエネルギー源として安全且つ効率よく上記発電機120に供給することができる。 Therefore, in the energy supply system 1000, the hydrogen supply system 100 effectively utilizes solar energy to generate and store formic acid, and at night when sunlight cannot be used, hydrogen obtained by decomposing formic acid is produced. It can be safely and efficiently supplied to the generator 120 as an energy source.

なお、上記のように本発明の一実施形態及び実施例について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には、容易に理解できるであろう。したがって、このような変形例は、全て本発明の範囲に含まれるものとする。 Although one embodiment and examples of the present invention have been described in detail above, those skilled in the art will understand that many modifications are possible without substantially departing from the novel matters and effects of the present invention. would be easy to understand. Therefore, all such modifications are intended to be included in the scope of the present invention.

例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、横架材及び建築構造体の構成も本発明の一実施形態及び実施例で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。 For example, a term described at least once in the specification or drawings together with a different, broader or synonymous term can be replaced with the different term anywhere in the specification or drawings. Also, the configurations of the horizontal members and the building structure are not limited to those described in the embodiment and examples of the present invention, and various modifications are possible.

10 蟻酸生成デバイス、11 基板、12 酸化チタン微粒子、13 色素、14 メチルビオローゲン、15 蟻酸脱水素酵素、20 水素イオン発生手段、22 高分子ビーズ、30 蟻酸生成手段、40 流路、50 蟻酸生成装置、55 蟻酸貯蔵タンク、60 蟻酸分解装置、61 貯蔵部、62 反応部、63 制御部、100 水素供給システム、110 一般住宅、120 発電機、121 水素エンジン、121a 発電部、122 熱回収装置、123 インバータ、130 貯湯タンク、140 太陽電池パネル、1000 エネルギー供給システム 10 formic acid generating device 11 substrate 12 titanium oxide fine particles 13 dye 14 methyl viologen 15 formic acid dehydrogenase 20 hydrogen ion generating means 22 polymer beads 30 formic acid generating means 40 channel 50 formic acid generator , 55 formic acid storage tank, 60 formic acid decomposition device, 61 storage unit, 62 reaction unit, 63 control unit, 100 hydrogen supply system, 110 general house, 120 generator, 121 hydrogen engine, 121a power generation unit, 122 heat recovery device, 123 Inverter, 130 hot water storage tank, 140 solar cell panel, 1000 energy supply system

本発明は、水素供給システムであって、水と大気中あるいは排気二酸化炭素から人工光合成により蟻酸を生成する蟻酸生成装置と、上記蟻酸生成装置により生成された蟻酸を貯蔵する蟻酸貯蔵タンクと、上記蟻酸貯蔵タンクから供給される蟻酸を、常温・常圧の脱酸素環境下で、触媒反応により水素と二酸化炭素に分解する蟻酸分解装置と、上記蟻酸分解装置から供給される上記水素と二酸化炭素のうち水素を燃料として駆動する水素エンジンと、上記水素エンジンを駆動源とする発電部とを有する発電機とを備え、上記蟻酸分解装置から供給された上記水素と二酸化炭素のうち上記発電機から未反応で排出された二酸化炭素を上記蟻酸生成装置に循環させる経路をさらに備えることを特徴とする。 The present invention is a hydrogen supply system comprising: a formic acid generator for generating formic acid by artificial photosynthesis from water and the atmosphere or exhaust carbon dioxide; a formic acid storage tank for storing the formic acid generated by the formic acid generator; a formic acid decomposition device that decomposes formic acid supplied from a formic acid storage tank into hydrogen and carbon dioxide through a catalytic reaction in a deoxygenated environment at normal temperature and normal pressure ; Among them , a hydrogen engine that drives using hydrogen as a fuel, and a generator having a power generation unit that uses the hydrogen engine as a drive source, wherein the hydrogen and carbon dioxide supplied from the formic acid decomposition device are not discharged from the generator. It is characterized by further comprising a path for circulating carbon dioxide discharged in the reaction to the formic acid generator.

本発明は、水素供給方法であって、水を酸素に光分解して得られる水素イオン・電子を利用して、固体基板の表面に酸化チタン微粒子、色素、ビオローゲン化合物の混合物が塗布される蟻酸生成デバイスにより、上記水素イオン、電子と大気中あるいは排気二酸化炭素から人工光合成により蟻酸を生成して貯蔵する蟻酸生成工程と、白金微粒子を水溶性高分子ポリビニルピロリドンにより分散させてなる触媒により、常温・常圧の脱酸素環境下で、蟻酸を水素と二酸化炭素に分解する蟻酸分解工程と、上記蟻酸分解工程で分解して得られた上記水素と二酸化炭素のうち水素を燃料として駆動する水素エンジンを駆動源とした発電部により電力を発電する発電工程と、を有し、上記蟻酸分解工程で分解して得られた上記水素と二酸化炭素のうち上記発電部から未反応で排出された二酸化炭素を上記蟻酸生成工程に戻して再利用することにより、二酸化炭素を循環させることを特徴とする。
The present invention relates to a method for supplying hydrogen, wherein a mixture of titanium oxide fine particles, a pigment, and a viologen compound is coated on the surface of a solid substrate using hydrogen ions and electrons obtained by photolyzing water into oxygen. A formic acid generation step in which formic acid is generated and stored by artificial photosynthesis from hydrogen ions, electrons and the atmosphere or exhaust carbon dioxide using a generation device, and a catalyst formed by dispersing platinum fine particles in a water-soluble polymer polyvinylpyrrolidone.・A formic acid decomposition process in which formic acid is decomposed into hydrogen and carbon dioxide in a deoxygenated environment at normal pressure, and a hydrogen engine driven by hydrogen among the hydrogen and carbon dioxide obtained by decomposition in the formic acid decomposition process. and a power generation step of generating electric power by a power generation unit driven by is returned to the formic acid production step for reuse , thereby circulating carbon dioxide.

Claims (7)

水と大気中あるいは排気二酸化炭素から人工光合成により蟻酸を生成する蟻酸生成装置と、
上記蟻酸生成装置により生成された蟻酸を貯蔵する蟻酸貯蔵タンクと、
上記蟻酸貯蔵タンクから供給される蟻酸を、常温・常圧の脱酸素環境下で、触媒反応により水素と二酸化炭素に分解する蟻酸分解装置と、
上記蟻酸分解装置から供給される水素を燃料として駆動する水素エンジンと、上記水素エンジンを駆動源とする発電部とを有する発電機と
を備え、
上記蟻酸分解装置から水素と分離されることなく供給された二酸化炭素を上記発電機を介して上記蟻酸生成装置に循環させることを特徴とする水素供給システム。
a formic acid generator that generates formic acid by artificial photosynthesis from water and air or exhaust carbon dioxide;
a formic acid storage tank for storing the formic acid generated by the formic acid generator;
a formic acid decomposition device that decomposes formic acid supplied from the formic acid storage tank into hydrogen and carbon dioxide by a catalytic reaction in a deoxygenated environment at normal temperature and normal pressure;
a generator having a hydrogen engine driven by using hydrogen supplied from the formic acid decomposition apparatus as a fuel;
A hydrogen supply system, characterized in that carbon dioxide supplied without being separated from hydrogen from the formic acid decomposing device is circulated to the formic acid generating device via the generator.
上記蟻酸生成装置は、水を分解して酸素を発生させるとともに、水素イオンと電子を得る水素イオン発生手段と、
上記水素イオン発生手段により水を分解して得られる水素イオンと電子を利用して、蟻酸生成デバイスにより、大気中の二酸化炭素及び/又は排気二酸化炭素から人工光合成により蟻酸を生成する蟻酸生成手段と
を備えることを特徴とする請求項1に記載の水素供給システム。
The formic acid generator comprises hydrogen ion generating means for decomposing water to generate oxygen and obtaining hydrogen ions and electrons;
a formic acid generating means for generating formic acid by artificial photosynthesis from atmospheric carbon dioxide and/or exhaust carbon dioxide using a formic acid generating device using hydrogen ions and electrons obtained by decomposing water by the hydrogen ion generating means; The hydrogen supply system according to claim 1, characterized by comprising:
上記蟻酸生成デバイスは、基板の表面に酸化チタン微粒子、色素、ビオローゲン化合物の混合物が塗布されることを特徴とする請求項2記載の水素供給システム。 3. The hydrogen supply system according to claim 2, wherein said formic acid generating device has a substrate coated with a mixture of fine titanium oxide particles, a dye and a viologen compound. 上記蟻酸分解装置は、白金微粒子を水溶性高分子ポリビニルピロリドンにより分散させてなる触媒により、常温・常圧の脱酸素環境下で、蟻酸を水素と二酸化炭素に分解することを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の水素供給システム。 The formic acid decomposing device decomposes formic acid into hydrogen and carbon dioxide in a deoxygenated environment at normal temperature and normal pressure with a catalyst comprising platinum fine particles dispersed in a water-soluble polymer polyvinylpyrrolidone. 4. The hydrogen supply system according to any one of 1 to 3. 上記蟻酸分解装置は、少なくとも蟻酸を貯蔵する貯蔵部と、上記貯蔵部から供給される蟻酸を水素と二酸化炭素に分解する反応部と、上記反応部を常温・常圧の脱酸素下に制御する制御部とを備え、上記反応部は、上記白金微粒子を水溶性高分子ポリビニルピロリドンにより分散させてなる触媒を有することを特徴とする請求項4に記載の水素供給システム。 The formic acid decomposition apparatus comprises a storage section for storing at least formic acid, a reaction section for decomposing the formic acid supplied from the storage section into hydrogen and carbon dioxide, and the reaction section under normal temperature and normal pressure deoxygenation conditions. 5. The hydrogen supply system according to claim 4, further comprising a control section, and wherein the reaction section has a catalyst in which the platinum fine particles are dispersed in a water-soluble polymer polyvinylpyrrolidone. 上記発電機は、
上記水素エンジンにより生成された熱を回収する熱回収部と、
上記発電部で発電された電力を直流から交流に変換するインバータと
を更に備えることを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の水素供給システム。
The above generator is
a heat recovery unit that recovers heat generated by the hydrogen engine;
6. The hydrogen supply system according to any one of claims 1 to 5, further comprising an inverter that converts the power generated by the power generation unit from direct current to alternating current.
水を酸素に光分解して得られる水素イオン・電子を利用して、固体基板の表面に酸化チタン微粒子、色素、ビオローゲン化合物の混合物が塗布される蟻酸生成デバイスにより、上記水素イオン、電子と大気中あるいは排気二酸化炭素から人工光合成により蟻酸を生成して貯蔵する蟻酸生成工程と、
白金微粒子を水溶性高分子ポリビニルピロリドンにより分散させてなる触媒により、常温・常圧の脱酸素環境下で、蟻酸を水素と二酸化炭素に分解する蟻酸分解工程と、
上記蟻酸分解工程で分解して得られた水素を燃料として駆動する水素エンジンを駆動源とした発電部により電力を発電する発電工程と、
を有し、
上記蟻酸分解工程で分解して得られるとともに上記発電工程を経て得られた二酸化炭素を水素と分離することなく上記蟻酸生成工程に供給することにより、二酸化炭素を循環させることを特徴とする水素供給方法。
Using the hydrogen ions and electrons obtained by photolyzing water into oxygen, a formic acid generating device that coats the surface of a solid substrate with a mixture of titanium oxide fine particles, a pigment, and a viologen compound generates the above hydrogen ions, electrons, and the atmosphere. a formic acid production step of producing and storing formic acid by artificial photosynthesis from internal or exhaust carbon dioxide;
a formic acid decomposition step in which formic acid is decomposed into hydrogen and carbon dioxide in a deoxygenated environment at normal temperature and normal pressure with a catalyst obtained by dispersing platinum fine particles in a water-soluble polymer polyvinylpyrrolidone;
A power generation step of generating electric power by a power generation unit driven by a hydrogen engine driven by using hydrogen obtained by decomposition in the formic acid decomposition step as a fuel;
has
Hydrogen supply characterized by circulating carbon dioxide by supplying carbon dioxide obtained by decomposition in the formic acid decomposition step and obtained through the power generation step to the formic acid generation step without separating it from hydrogen. Method.
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