JP2023056838A - fuel cell system - Google Patents

fuel cell system Download PDF

Info

Publication number
JP2023056838A
JP2023056838A JP2021166281A JP2021166281A JP2023056838A JP 2023056838 A JP2023056838 A JP 2023056838A JP 2021166281 A JP2021166281 A JP 2021166281A JP 2021166281 A JP2021166281 A JP 2021166281A JP 2023056838 A JP2023056838 A JP 2023056838A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
formic acid
cell system
sodium
reducing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2021166281A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
浩太 南里
Kota Nanri
利幸 齊藤
Toshiyuki Saito
基生 中井
Motoo Nakai
厚 久保
Atsushi Kubo
資丈 古橋
Tadatake Furuhashi
恭英 武田
Takahide Takeda
智行 武井
Satoyuki Takei
歩 仲曽根
Ayumi Nakasone
淳志 中根
Atsushi Nakane
達磨 河内
Daruma Kawachi
裕二 林
Yuji Hayashi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JTEKT Corp
Original Assignee
JTEKT Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JTEKT Corp filed Critical JTEKT Corp
Priority to JP2021166281A priority Critical patent/JP2023056838A/en
Publication of JP2023056838A publication Critical patent/JP2023056838A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

To provide a fuel cell system in which emission of carbon dioxide from a fuel cell using formic acid as a fuel to the outside can be suppressed.SOLUTION: A fuel cell system 1 includes a fuel cell 2 configured to be able to generate power using formic acid as a fuel, a CO2 fixing device 3 configured to be able to synthesize sodium hydrogen carbonate by causing a reaction between sodium hydroxide and carbon dioxide generated in the fuel cell 2, a reducing device 4 configured to be able to synthesize sodium formate by reducing sodium hydrogen carbonate obtained in the CO2 fixing device 3, and a formic acid synthesis device 5 configured to be able to synthesize formic acid by causing a reaction between inorganic acid and sodium formate obtained in the reducing device 4. The fuel cell system 1 is configured to be able to supply formic acid obtained in the formic acid synthesis device 5 to the fuel cell 2.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to fuel cell systems.

固体高分子形燃料電池等の燃料電池は、電解質膜と、電解質膜の一方の面上に設けられたアノードと、電解質膜の他方の面上に設けられたカソードと、を含む膜電極接合体（いわゆるＭＥＡ）を有している。燃料電池は、ＭＥＡのアノードに燃料を供給するとともに、カソードに酸化剤を供給することにより、各電極において電極反応を生じさせることができる。そして、これらの電極反応の結果、アノードとカソードとの間に起電力を生じさせ、発電を行うことができる。 A fuel cell such as a polymer electrolyte fuel cell comprises a membrane electrode assembly including an electrolyte membrane, an anode provided on one side of the electrolyte membrane, and a cathode provided on the other side of the electrolyte membrane. (so-called MEA). A fuel cell can cause an electrode reaction at each electrode by supplying a fuel to the anode of the MEA and an oxidant to the cathode. As a result of these electrode reactions, an electromotive force is generated between the anode and the cathode, enabling power generation.

アノードに供給する燃料としては、水素やギ酸、メタノール等が使用されることが多い。これらの中でも、ギ酸は、液体であるため取り扱いやすい、燃料電池のエネルギー密度の向上が期待できるなどの利点を有しているため、近年、アノードに供給する燃料としてギ酸を用いる直接ギ酸形燃料電池が注目されている。例えば特許文献１には、ギ酸を含む燃料を酸化するアノードと、酸素を還元するカソードと、前記アノードと前記カソードとの間に形成される固体高分子電解質膜とを有する燃料電池と、炭化水素燃料をギ酸を含む燃料に改質する改質部と、前記ギ酸を含む燃料を前記アノードに供給する機構とを備える燃料電池システムが記載されている。 Hydrogen, formic acid, methanol and the like are often used as the fuel to be supplied to the anode. Among these, formic acid has advantages such as being easy to handle because it is a liquid and being expected to improve the energy density of fuel cells. are attracting attention. For example, Patent Document 1 discloses a fuel cell having an anode that oxidizes a fuel containing formic acid, a cathode that reduces oxygen, and a solid polymer electrolyte membrane formed between the anode and the cathode; A fuel cell system is disclosed that includes a reformer that reforms a fuel into a fuel containing formic acid, and a mechanism that supplies the fuel containing the formic acid to the anode.

特開２００７－３３５３３６号公報JP 2007-335336 A

燃料電池の燃料としてギ酸を用いる場合、アノードにおける電極反応の結果として、アノードに二酸化炭素（ＣＯ２）が発生する。特許文献１の燃料電池システムを含め、ギ酸を燃料として用いる従来の燃料電池においては、アノードから発生した二酸化炭素は、そのまま燃料電池の外部へ排出される。しかし、環境負荷の低減の観点から、アノードから発生した二酸化炭素の燃料電池の外部への排出を抑制する技術が望まれている。 When formic acid is used as fuel in fuel cells, carbon dioxide (CO 2 ) is generated at the anode as a result of the electrode reaction at the anode. In conventional fuel cells using formic acid as a fuel, including the fuel cell system of Patent Document 1, carbon dioxide generated from the anode is directly discharged to the outside of the fuel cell. However, from the viewpoint of reducing the environmental burden, there is a demand for a technique for suppressing the emission of carbon dioxide generated from the anode to the outside of the fuel cell.

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、ギ酸を燃料とする燃料電池において、燃料電池から外部への二酸化炭素の排出を抑制することができる燃料電池システムを提供しようとするものである。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a fuel cell system capable of suppressing the emission of carbon dioxide from the fuel cell to the outside in a fuel cell using formic acid as a fuel. be.

本発明の一態様は、ギ酸を燃料として発電可能に構成された燃料電池と、
前記燃料電池において生じた二酸化炭素を水酸化ナトリウムと反応させることにより炭酸水素ナトリウムを合成可能に構成されたＣＯ２固定装置と、
前記ＣＯ２固定装置において得られた炭酸水素ナトリウムを還元することによりギ酸ナトリウムを合成可能に構成された還元装置と、
前記還元装置において得られたギ酸ナトリウムと無機酸とを反応させることによりギ酸を合成可能に構成されたギ酸合成装置と、を有し、
前記ギ酸合成装置において得られたギ酸を前記燃料電池に供給可能に構成された、燃料電池システムにある。 One aspect of the present invention is a fuel cell configured to generate power using formic acid as a fuel,
a CO 2 fixing device configured to synthesize sodium bicarbonate by reacting carbon dioxide generated in the fuel cell with sodium hydroxide;
a reduction device configured to be able to synthesize sodium formate by reducing sodium hydrogen carbonate obtained in the CO 2 fixation device;
a formic acid synthesizer configured to synthesize formic acid by reacting the sodium formate obtained in the reducing device with an inorganic acid,
The fuel cell system is configured to supply the formic acid obtained in the formic acid synthesis apparatus to the fuel cell.

前記燃料電池システムは、燃料電池のアノードにおいて生じた二酸化炭素をＣＯ２固定装置において炭酸水素ナトリウムとして固定した後、還元装置及びギ酸合成装置を用いてギ酸に変換することができるように構成されている。また、燃料電池システムは、ギ酸合成装置により合成されたギ酸を再び燃料電池の燃料として使用することができるように構成されている。また、これら一連の反応において、二酸化炭素及び二酸化炭素に由来する化合物は、過不足なく次の段階の化合物に変換される。そのため、二酸化炭素に由来する炭素原子を燃料電池システムの外部へ排出することなく、燃料電池システム内において循環させることができる。 The fuel cell system is configured such that carbon dioxide produced at the anode of the fuel cell can be fixed as sodium bicarbonate in a CO2 fixation device and then converted to formic acid using a reduction device and a formic acid synthesizer. there is Further, the fuel cell system is configured such that the formic acid synthesized by the formic acid synthesizing device can be reused as fuel for the fuel cell. In addition, in a series of these reactions, carbon dioxide and compounds derived from carbon dioxide are converted into the compounds of the next stage just enough. Therefore, carbon atoms derived from carbon dioxide can be circulated within the fuel cell system without being discharged to the outside of the fuel cell system.

それ故、前記の態様によれば、ギ酸を燃料とする燃料電池において、燃料電池から外部への二酸化炭素の排出を抑制することができる燃料電池システムを提供することができる。 Therefore, according to the above aspect, it is possible to provide a fuel cell system that can suppress the emission of carbon dioxide from the fuel cell to the outside, in the fuel cell that uses formic acid as a fuel.

図１は、実施形態１における燃料電池システムの構成を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of a fuel cell system according to Embodiment 1. FIG. 図２は、実施形態２における、苛性ソーダ合成装置を備えた燃料電池システムの構成を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the configuration of a fuel cell system equipped with a caustic soda synthesizer according to Embodiment 2. FIG.

（実施形態１）
前記燃料電池システムに係る実施形態について、図１を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態の燃料電池システム１は、ギ酸を燃料として発電可能に構成された燃料電池２と、燃料電池２において生じた二酸化炭素を水酸化ナトリウムと反応させることにより炭酸水素ナトリウムを合成可能に構成されたＣＯ２固定装置３と、ＣＯ２固定装置３において得られた炭酸水素ナトリウムを還元することによりギ酸ナトリウムを合成可能に構成された還元装置４と、還元装置４において得られたギ酸ナトリウムと無機酸とを反応させることによりギ酸を合成可能に構成されたギ酸合成装置５と、を有している。また、燃料電池システム１は、ギ酸合成装置５において得られたギ酸を燃料電池２に供給可能に構成されている。以下、燃料電池システム１の各部の構成について詳説する。 (Embodiment 1)
An embodiment of the fuel cell system will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 of the present embodiment includes a fuel cell 2 configured to be capable of generating electricity using formic acid as a fuel, and carbon dioxide produced in the fuel cell 2 by reacting it with sodium hydroxide. A CO 2 fixing device 3 configured to synthesize sodium hydrogen, a reducing device 4 configured to synthesize sodium formate by reducing the sodium hydrogen carbonate obtained in the CO 2 fixing device 3, and a reducing device 4. and a formic acid synthesizing apparatus 5 configured to synthesize formic acid by reacting the sodium formate obtained in the above with an inorganic acid. Further, the fuel cell system 1 is configured to be able to supply the formic acid obtained in the formic acid synthesis device 5 to the fuel cell 2 . The configuration of each part of the fuel cell system 1 will be described in detail below.

燃料電池２は、ＣＯ２固定装置３及びギ酸合成装置５のそれぞれと配管２１、５１を介して接続されている。燃料電池２は、電解質膜と、電解質膜の一方の面上に配置されたアノードと、電解質膜の他方の面上に配置されたカソードと、を含む膜電極接合体を有している。また、燃料電池２は、例えば、膜電極接合体の温度を調整するための温度調節器やアノードに燃料を送り出すための燃料ポンプ、カソードに酸化剤を送り出すための酸化剤ポンプ等をさらに有していてもよい。 The fuel cell 2 is connected to the CO 2 fixing device 3 and the formic acid synthesis device 5 via pipes 21 and 51, respectively. The fuel cell 2 has a membrane electrode assembly including an electrolyte membrane, an anode arranged on one side of the electrolyte membrane, and a cathode arranged on the other side of the electrolyte membrane. The fuel cell 2 further includes, for example, a temperature controller for adjusting the temperature of the membrane electrode assembly, a fuel pump for sending fuel to the anode, an oxidant pump for sending oxidant to the cathode, and the like. may be

燃料電池２は、アノードに燃料としてのギ酸を供給するとともにカソードに酸化剤を供給することにより、電力を発生させることができるように構成されている。酸化剤としては、例えば、純酸素や空気等を使用することができる。酸化剤としての酸素（Ｏ２）とギ酸とを反応させる場合、燃料電池２のアノード及びカソードにおいては、それぞれ以下の反応が進行する。
アノード： ２ＨＣＯＯＨ → ２ＣＯ２ ＋ ４Ｈ＋ ＋４ｅ－
カソード： ４Ｈ＋ ＋Ｏ２ ＋４ｅ－ → ２Ｈ２Ｏ The fuel cell 2 is configured to generate electric power by supplying formic acid as a fuel to the anode and supplying an oxidant to the cathode. As the oxidizing agent, for example, pure oxygen, air, or the like can be used. When oxygen (O 2 ) as an oxidant is reacted with formic acid, the following reactions proceed at the anode and cathode of the fuel cell 2, respectively.
Anode: 2HCOOH → 2CO 2 + 4H + +4e −
Cathode: 4H + +O 2 +4e − → 2H 2 O

従って、燃料電池２において発電を行うと、アノードから二酸化炭素（ＣＯ２）が発生するとともに、カソードから水（Ｈ２Ｏ）が発生する。アノードから発生する二酸化炭素は、配管２１を介してＣＯ２固定装置３に供給される。カソードから発生する水は、そのまま燃料電池２の外部へ排出してもよい。また、カソードから発生する水を、ギ酸とともにアノードに供給し、アノードに供給されるギ酸の濃度を調整することもできる。さらに、カソードから生じる水をＣＯ２固定装置３に供給し、ＣＯ２固定装置３における水酸化ナトリウム水溶液の濃度調整に用いることもできる。 Therefore, when power is generated in the fuel cell 2, carbon dioxide (CO 2 ) is generated from the anode and water (H 2 O) is generated from the cathode. Carbon dioxide generated from the anode is supplied to the CO 2 fixing device 3 through a pipe 21 . Water generated from the cathode may be discharged to the outside of the fuel cell 2 as it is. Alternatively, water generated from the cathode may be supplied to the anode together with formic acid to adjust the concentration of formic acid supplied to the anode. Furthermore, water generated from the cathode can be supplied to the CO 2 fixation device 3 and used to adjust the concentration of the sodium hydroxide aqueous solution in the CO 2 fixation device 3 .

ＣＯ２固定装置３は、燃料電池２及び還元装置４のそれぞれと配管２１、３１を介して接続されている。ＣＯ２固定装置３は、燃料電池２において生じた二酸化炭素を水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）と反応させることにより炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ３）を合成することができるように構成されている。すなわち、ＣＯ２固定装置３においては、以下の反応が進行する。
ＣＯ２ ＋ＮａＯＨ → ＮａＨＣＯ３ The CO 2 fixation device 3 is connected to the fuel cell 2 and the reduction device 4 via pipes 21 and 31, respectively. The CO 2 fixing device 3 is configured to synthesize sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ) by reacting carbon dioxide generated in the fuel cell 2 with sodium hydroxide (NaOH). That is, in the CO 2 fixing device 3, the following reactions proceed.
CO2 + NaOH → NaHCO3

ＣＯ２固定装置３は、例えば、水酸化ナトリウム水溶液を貯留する水酸化ナトリウム水溶液タンクと、水酸化ナトリウム水溶液タンクから供給された水酸化ナトリウム水溶液に二酸化炭素を吹き込んで反応させる反応槽とを有していてもよい。また、反応槽には、反応槽内の物質の温度を調整するための温度調節器や反応槽内の物質を攪拌するための攪拌機が設けられていてもよい。 The CO 2 fixation device 3 has, for example, a sodium hydroxide aqueous solution tank that stores a sodium hydroxide aqueous solution, and a reaction tank that causes carbon dioxide to be blown into the sodium hydroxide aqueous solution supplied from the sodium hydroxide aqueous solution tank for reaction. may be Further, the reaction tank may be provided with a temperature controller for adjusting the temperature of the substance in the reaction tank and a stirrer for stirring the substance in the reaction tank.

ＣＯ２固定装置３において二酸化炭素と水酸化ナトリウムとが反応すると、炭酸水素ナトリウムが水溶液または固体として得られる。これらの水溶液及び固体は、配管３１を介して還元装置４に供給される。 When carbon dioxide and sodium hydroxide react in the CO2 fixation device 3, sodium bicarbonate is obtained as an aqueous solution or as a solid. These aqueous solutions and solids are supplied to the reduction device 4 through the pipe 31 .

還元装置４は、ＣＯ２固定装置３及びギ酸合成装置５のそれぞれと配管３１、４１を介して接続されている。還元装置４は、ＣＯ２固定装置３において得られた炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ３）を還元することによりギ酸ナトリウム（ＨＣＯＯＮａ）を合成することができるように構成されている。還元装置４は、例えば、還元剤を貯留する還元剤タンクと、還元剤タンクから供給された還元剤と炭酸水素ナトリウムとを反応させる反応槽とを有していてもよい。また、反応槽には、反応槽内の物質の温度を調整するための温度調節器や反応槽内の物質を攪拌するための攪拌機が設けられていてもよい。 The reducing device 4 is connected to the CO 2 fixing device 3 and the formic acid synthesizing device 5 via pipes 31 and 41, respectively. The reducing device 4 is configured to be able to synthesize sodium formate (HCOONa) by reducing the sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ) obtained in the CO 2 fixing device 3 . The reducing device 4 may have, for example, a reducing agent tank that stores the reducing agent, and a reaction tank that causes the reducing agent supplied from the reducing agent tank to react with sodium hydrogen carbonate. Further, the reaction tank may be provided with a temperature controller for adjusting the temperature of the substance in the reaction tank and a stirrer for stirring the substance in the reaction tank.

還元装置４における炭酸水素ナトリウムの還元方法は特に限定されることはないが、還元剤として水素（Ｈ２）を用いることが好ましい。還元剤として水素を用いる場合、還元装置４において以下の反応が進行する。
ＮａＨＣＯ３ ＋ Ｈ２ → ＨＣＯＯＮａ ＋ Ｈ２Ｏ A method for reducing sodium hydrogen carbonate in the reducing device 4 is not particularly limited, but hydrogen (H 2 ) is preferably used as the reducing agent. When hydrogen is used as the reducing agent, the following reactions proceed in the reducing device 4 .
NaHCO3 + H2 → HCOONa + H2O

還元装置４において炭酸水素ナトリウムが還元されると、ギ酸ナトリウムが固体として得られる。従って、還元装置４の反応槽から取り出されたギ酸ナトリウムは、配管４１を介してギ酸合成装置５に供給される。 Sodium formate is obtained as a solid when the sodium hydrogen carbonate is reduced in the reducing device 4 . Therefore, the sodium formate taken out from the reaction tank of the reducing device 4 is supplied to the formic acid synthesizing device 5 through the pipe 41 .

ギ酸合成装置５は、還元装置４及び燃料電池２のそれぞれと配管４１、５１を介して接続されている。ギ酸合成装置５は、還元装置４において得られたギ酸ナトリウムと無機酸とを反応させることによりギ酸を合成することができるように構成されている。ギ酸合成装置５は、例えば、無機酸を貯留する無機酸タンクと、ギ酸ナトリウムに無機酸タンクから無機酸を供給して反応させる反応槽とを有していてもよい。また、反応槽には、反応槽内の物質の温度を調整するための温度調節器や反応槽内の物質を攪拌するための攪拌機が設けられていてもよい。 The formic acid synthesis device 5 is connected to the reduction device 4 and the fuel cell 2 via pipes 41 and 51, respectively. The formic acid synthesizer 5 is configured to synthesize formic acid by reacting the sodium formate obtained in the reducing device 4 with an inorganic acid. The formic acid synthesis apparatus 5 may have, for example, an inorganic acid tank for storing inorganic acid, and a reaction tank for supplying sodium formate with the inorganic acid from the inorganic acid tank for reaction. Further, the reaction tank may be provided with a temperature controller for adjusting the temperature of the substance in the reaction tank and a stirrer for stirring the substance in the reaction tank.

ギ酸合成装置５において使用される無機酸としては、例えば、硫酸や硝酸、塩酸、リン酸等が挙げられる。これらの無機酸をギ酸ナトリウムと反応させると、ギ酸ナトリウムからギ酸を遊離させるとともに、副生物として無機酸のナトリウム塩が生じる。それ故、反応混合物から副生物を分離することによりギ酸を得ることができる。このようにして得られたギ酸は、配管５１を介して燃料電池２のアノードに供給され、燃料として再利用される。 Examples of inorganic acids used in the formic acid synthesis apparatus 5 include sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, and phosphoric acid. Reaction of these inorganic acids with sodium formate liberates formic acid from the sodium formate and produces the sodium salt of the inorganic acid as a by-product. Therefore, formic acid can be obtained by separating the by-product from the reaction mixture. The formic acid obtained in this way is supplied to the anode of the fuel cell 2 through the pipe 51 and reused as fuel.

ギ酸合成装置５において使用される無機酸は、硫酸であることが好ましい。無機酸として硫酸を用いる場合、ギ酸合成装置５において以下の反応が進行する。
２ＨＣＯＯＮａ ＋Ｈ２ＳＯ４ → ２ＨＣＯＯＨ ＋Ｎａ２ＳＯ４ The inorganic acid used in the formic acid synthesizer 5 is preferably sulfuric acid. When sulfuric acid is used as the inorganic acid, the following reactions proceed in the formic acid synthesis apparatus 5 .
2HCOONa + H2SO4 → 2HCOOH + Na2SO4

前述した反応は発熱反応であるため、反応の制御に要するエネルギーを低減することができる。また、前述した反応においては、副生物である硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）が固体として得られる。一方、ギ酸は水溶液として得られるため、反応混合物から固体である硫酸ナトリウムを分離するという単純な操作により、副生物の除去を容易に行うことができる。従って、無機酸として硫酸を用いることにより、ギ酸合成装置５の構成をより簡素化することが期待できる。さらに、前述した反応において副生物として生じる硫酸ナトリウムは、入浴剤や食品添加物、医薬品、乾燥剤及び種々の工業製品の原料として多様な用途を有しており、工業的な有用性が高い。それ故、無機酸として硫酸を用いることにより、工業的に有用な副生物を得ることができる。 Since the reaction described above is an exothermic reaction, the energy required for controlling the reaction can be reduced. In addition, sodium sulfate (Na 2 SO 4 ), which is a by-product, is obtained as a solid in the reaction described above. On the other hand, since formic acid is obtained as an aqueous solution, by-products can be easily removed by a simple operation of separating solid sodium sulfate from the reaction mixture. Therefore, by using sulfuric acid as the inorganic acid, it can be expected that the configuration of the formic acid synthesis apparatus 5 can be further simplified. Furthermore, sodium sulfate, which is produced as a by-product in the reaction described above, has various uses as a raw material for bath agents, food additives, pharmaceuticals, desiccants, and various industrial products, and is highly industrially useful. Therefore, industrially useful by-products can be obtained by using sulfuric acid as the inorganic acid.

燃料電池システム１において、燃料電池２等に温度調節器やポンプ、攪拌機等が設けられている場合、これらの機器を作動させるために必要な電力は、燃料電池２から供給されていてもよいし、外部電源から供給されていてもよい。燃料電池システム１の動作に伴う環境負荷をより低減する観点からは、燃料電池システム１は、さらに、再生可能エネルギーを利用した発電装置６を有しており、発電装置６は、燃料電池２、ＣＯ２固定装置３、還元装置４またはギ酸合成装置５のうち少なくとも１つの装置に接続されており、当該装置を動作させるための電力を供給可能に構成されていることが好ましい。例えば、本実施形態の燃料電池システム１においては、図１に示すように、再生可能エネルギーを利用した発電装置６がギ酸合成装置５に接続されており、ギ酸合成装置５における還元反応等に必要な電力が発電装置６から供給されるように構成されている。 In the fuel cell system 1, if the fuel cell 2 or the like is provided with a temperature controller, a pump, a stirrer, or the like, the power required to operate these devices may be supplied from the fuel cell 2. , may be supplied from an external power supply. From the viewpoint of further reducing the environmental load associated with the operation of the fuel cell system 1, the fuel cell system 1 further includes a power generation device 6 that utilizes renewable energy. It is preferably connected to at least one of the CO 2 fixing device 3, the reducing device 4 and the formic acid synthesizing device 5, and configured to be able to supply electric power for operating the device. For example, in the fuel cell system 1 of the present embodiment, as shown in FIG. power is supplied from the power generation device 6 .

再生可能エネルギーを利用した発電装置６は、二酸化炭素を発生させることなく発電を行うことができるため、燃料電池システム１の各部にカーボンニュートラルな電力を供給することができる。それ故、再生可能エネルギーを利用した発電装置６によって燃料電池システム１の各部の動作に必要な電力を賄うことにより、燃料電池システム１の動作に伴う二酸化炭素の発生量をより容易に低減することができる。その結果、燃料電池システム１の動作に伴う環境負荷をより容易に低減することができる。 Since the power generator 6 using renewable energy can generate power without generating carbon dioxide, carbon-neutral power can be supplied to each part of the fuel cell system 1 . Therefore, the amount of carbon dioxide generated during the operation of the fuel cell system 1 can be more easily reduced by providing the electric power required for the operation of each part of the fuel cell system 1 by the power generator 6 using renewable energy. can be done. As a result, the environmental load accompanying the operation of the fuel cell system 1 can be more easily reduced.

前述した発電装置６に利用される再生可能エネルギーとしては、例えば、太陽光や太陽熱、風力、水力等が挙げられる。これらの再生可能エネルギーの中でも、太陽光は、これらのエネルギーを得る上での地理的な制約が比較的小さく、どのような場所でも発電しやすい。それ故、前記燃料電池システム１に、太陽光を利用した発電装置６を設けることにより、前記燃料電池システム１を分散型電源として利用しやすくすることができる。 Examples of renewable energy that can be used in the power generator 6 include sunlight, solar heat, wind power, and water power. Among these renewable energies, solar power has relatively few geographical restrictions in obtaining these energies, and can be easily generated in any place. Therefore, by providing the fuel cell system 1 with the power generation device 6 using sunlight, the fuel cell system 1 can be easily used as a distributed power source.

次に、燃料電池システム１の作用効果を説明する。燃料電池システム１を構成する各装置において生じる反応をまとめると、以下のようになる。
燃料電池２： ２ＨＣＯＯＨ ＋ Ｏ２ → ２ＣＯ２ ＋ ２Ｈ２Ｏ
ＣＯ２固定装置３： ＣＯ２ ＋ ＮａＯＨ →ＮａＨＣＯ３
還元装置４： ＮａＨＣＯ３ ＋ 還元剤 → ＨＣＯＯＮａ ＋ 副生物
ギ酸合成装置５： ＨＣＯＯＮａ ＋ 無機酸 → ＨＣＯＯＨ ＋ 副生物 Next, functions and effects of the fuel cell system 1 will be described. A summary of the reactions occurring in the devices that make up the fuel cell system 1 is as follows.
Fuel cell 2: 2HCOOH + O2 → 2CO2 + 2H2O
CO2 fixation device 3: CO2 + NaOH → NaHCO3
Reduction device 4: NaHCO 3 + reducing agent → HCOONa + by-product Formic acid synthesis device 5: HCOONa + inorganic acid → HCOOH + by-product

これらの反応式から理解できるように、燃料電池システム１は、燃料電池２のアノードから生じた二酸化炭素を、ＣＯ２固定装置３及び還元装置４及びギ酸合成装置５のそれぞれにおいて、炭素原子の過不足なく別の化合物に変換し、最終的にギ酸として再生することができる。それ故、燃料電池システム１は、燃料電池２から外部への二酸化炭素の排出を抑制することができる。さらに、本実施形態の燃料電池システム１によれば、燃料電池２のカソードから生じた水やギ酸合成装置５の副生物として生じた硫酸ナトリウムを廃棄せず、資源として再利用することが可能となる。 As can be understood from these reaction formulas, the fuel cell system 1 converts carbon dioxide generated from the anode of the fuel cell 2 into a carbon atom excess in the CO 2 fixation device 3 and the reduction device 4 and the formic acid synthesis device 5, respectively. It can be converted into other compounds without shortage and finally regenerated as formic acid. Therefore, the fuel cell system 1 can suppress the emission of carbon dioxide from the fuel cell 2 to the outside. Furthermore, according to the fuel cell system 1 of the present embodiment, water generated from the cathode of the fuel cell 2 and sodium sulfate generated as a by-product of the formic acid synthesis apparatus 5 can be reused as resources without being discarded. Become.

また、燃料電池システム１は、燃料電池２として、ギ酸を燃料とする直接ギ酸形燃料電池を有している。直接ギ酸形燃料電池は比較的容易に小型化することができるため、燃料電池２として直接ギ酸形燃料電池を用いることにより、燃料電池システム１を容易に小型化することができる。また、燃料電池システム１は、燃料電池２を大型化することにより、燃料電池２の出力を容易に大きくすることができる。従って、燃料電池システム１にギ酸を燃料とする燃料電池２を用いることにより、燃料電池システム１の規模を比較的自由に設定することができる。その結果、分散型電源のような小規模の発電設備から発電プラントのような大規模の発電設備まで、幅広い用途に前記燃料電池システム１を適用することができる。 Further, the fuel cell system 1 has, as the fuel cell 2, a direct formic acid fuel cell using formic acid as fuel. Since the direct formic acid fuel cell can be downsized relatively easily, the fuel cell system 1 can be easily downsized by using the direct formic acid fuel cell as the fuel cell 2 . Moreover, the fuel cell system 1 can easily increase the output of the fuel cell 2 by increasing the size of the fuel cell 2 . Therefore, by using the fuel cell 2 using formic acid as fuel in the fuel cell system 1, the scale of the fuel cell system 1 can be set relatively freely. As a result, the fuel cell system 1 can be applied to a wide range of uses, from small-scale power generation facilities such as distributed power sources to large-scale power generation facilities such as power plants.

（実施形態２）
本実施形態においては、図２を用いて苛性ソーダ合成装置７を備えた燃料電池システム１０２の例を説明する。なお、本実施形態以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。 (Embodiment 2)
In this embodiment, an example of a fuel cell system 102 having a caustic soda synthesis device 7 will be described with reference to FIG. Note that, of the reference numerals used in the present embodiment and thereafter, the same reference numerals as those used in the previous embodiments represent the same components as those in the previous embodiments, unless otherwise specified.

本実施形態の燃料電池システム１０２は、燃料電池２、ＣＯ２固定装置３、還元装置４、ギ酸合成装置５及び発電装置６を有している。燃料電池システム１０２におけるこれらの部分の構成は、実施形態１と同様である。 The fuel cell system 102 of this embodiment has a fuel cell 2 , a CO 2 fixing device 3 , a reducing device 4 , a formic acid synthesizing device 5 and a power generating device 6 . The configuration of these parts in the fuel cell system 102 is the same as in the first embodiment.

燃料電池システム１０２は、さらに、塩化ナトリウム水溶液の電気分解により水酸化ナトリウムを合成可能に構成された苛性ソーダ合成装置７を有しており、ＣＯ２固定装置３において、苛性ソーダ合成装置７において得られた水酸化ナトリウムと二酸化炭素とを反応させることができるように構成されている。 The fuel cell system 102 further has a caustic soda synthesizer 7 configured to be able to synthesize sodium hydroxide by electrolysis of an aqueous sodium chloride solution. It is configured so that sodium hydroxide and carbon dioxide can be reacted.

苛性ソーダ合成装置７は、ＣＯ２固定装置３及び還元装置４のそれぞれと配管７１、７２を介して接続されている。苛性ソーダ合成装置７は、例えば、塩化ナトリウム水溶液を貯蔵するＮａＣｌタンクや、ＮａＣｌから供給された塩化ナトリウム水溶液を電気分解する電気分解槽を有していてもよい。苛性ソーダ合成装置７における陽極及び陰極では、それぞれ、以下の反応が進行する。
陽極： ２Ｃｌ－ → Ｃｌ２ ＋２ｅ－
陰極： ２Ｎａ＋ ＋ ２Ｈ２Ｏ ＋２ｅ－ →２ＮａＯＨ ＋Ｈ２ The caustic soda synthesizer 7 is connected to the CO 2 fixing device 3 and the reducing device 4 via pipes 71 and 72, respectively. The caustic soda synthesizer 7 may have, for example, a NaCl tank for storing an aqueous sodium chloride solution and an electrolytic cell for electrolyzing an aqueous sodium chloride solution supplied from NaCl. The following reactions proceed at the anode and cathode in the caustic soda synthesis apparatus 7, respectively.
Anode: 2Cl − → Cl 2 +2e −
Cathode: 2Na + + 2H 2 O + 2e − → 2NaOH + H 2

従って、苛性ソーダ合成装置７において塩化ナトリウム水溶液の電気分解を行うと、陽極において塩素（Ｃｌ２）が発生するとともに、陰極において水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液及び水素（Ｈ２）が発生する。陰極において発生した水酸化ナトリウム水溶液は、配管７１を介してＣＯ２固定装置３に供給され、二酸化炭素を固定するために利用される。また、陰極において発生した水素は、配管７２を介して還元装置４に供給され、炭酸水素ナトリウムをギ酸ナトリウムに還元するための還元剤として利用される。なお、陽極から発生する塩素は、工業原料として利用することができる。 Therefore, when the sodium chloride aqueous solution is electrolyzed in the caustic soda synthesizer 7, chlorine (Cl 2 ) is generated at the anode, and sodium hydroxide (NaOH) aqueous solution and hydrogen (H 2 ) are generated at the cathode. The sodium hydroxide aqueous solution generated at the cathode is supplied to the CO 2 fixation device 3 through the pipe 71 and used to fix carbon dioxide. Further, the hydrogen generated at the cathode is supplied to the reducing device 4 through the pipe 72 and used as a reducing agent for reducing sodium bicarbonate to sodium formate. Chlorine generated from the anode can be used as an industrial raw material.

このように、燃料電池システム１０２に苛性ソーダ合成装置７を設けることにより、二酸化炭素の固定に必要な水酸化ナトリウムと、ギ酸ナトリウムの合成に必要な水素とを燃料電池システム１０２内において発生させ、燃料電池システム１０２内において各物質を過不足なく反応させることができる。また、苛性ソーダ合成装置７の動作に必要な塩化ナトリウム水溶液は、比較的容易に調達することができ、かつ、塩化ナトリウム水溶液自体の製造に伴う環境負荷も小さい。それ故、燃料電池システム１０２に苛性ソーダ合成装置７を設けることにより、外部から燃料電池システム１０２に供給する物質を単純化するとともに、外部から燃料電池システム１０２に供給する物質に起因する環境負荷の低減が期待できる。 Thus, by providing the caustic soda synthesizing device 7 in the fuel cell system 102, sodium hydroxide required for fixing carbon dioxide and hydrogen required for synthesizing sodium formate are generated in the fuel cell system 102 to produce fuel. Each substance can be caused to react in the battery system 102 in just the right amount. In addition, the aqueous sodium chloride solution required for the operation of the caustic soda synthesizer 7 can be procured relatively easily, and the production of the aqueous sodium chloride solution itself causes little environmental impact. Therefore, by providing the caustic soda synthesizer 7 in the fuel cell system 102, the substances supplied to the fuel cell system 102 from the outside can be simplified, and the environmental load caused by the substances supplied to the fuel cell system 102 from the outside can be reduced. can be expected.

図２に示すように、本実施形態の発電装置６は、ギ酸合成装置５に接続されているとともに、苛性ソーダ合成装置７にも接続されている。そして、苛性ソーダ合成装置７は、再生可能エネルギーを利用した発電装置６から供給される電力を用いて動作することができるように構成されている。すなわち、燃料電池システム１０２は、カーボンニュートラルな電力を用いて水酸化ナトリウム水溶液及び水素を生成することができるように構成されている。そのため、燃料電池システム１０２は、燃料電池システム１０２の動作に伴う二酸化炭素の発生量をより容易に低減し、動作中の環境負荷をより容易に低減することができる。 As shown in FIG. 2, the power generation device 6 of this embodiment is connected to the formic acid synthesis device 5 and is also connected to the caustic soda synthesis device 7 . The caustic soda synthesizing device 7 is configured to operate using power supplied from the power generation device 6 using renewable energy. That is, the fuel cell system 102 is configured to be able to generate sodium hydroxide aqueous solution and hydrogen using carbon-neutral power. Therefore, the fuel cell system 102 can more easily reduce the amount of carbon dioxide generated during the operation of the fuel cell system 102, and can more easily reduce the environmental load during operation.

本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。例えば、実施形態１及び実施形態２においては、再生可能エネルギーを利用した発電装置６から燃料電池システム１、１０２の各部に電力を供給し、各部を動作させる例を示したが、燃料電池システムは、さらに、発電装置により発電された電力を蓄電する蓄電装置を有していてもよい。この場合には、例えば発電装置の出力が安定しない場合や、燃料電池システムの動作に必要な電力が変動する場合においても、燃料電池システムの各部に電力を安定的に供給することができる。 The present invention is not limited to the above embodiments, and can be applied to various embodiments without departing from the scope of the invention. For example, in Embodiments 1 and 2, power is supplied from the power generator 6 using renewable energy to each part of the fuel cell system 1, 102 to operate each part. Furthermore, it may have a power storage device that stores the electric power generated by the power generation device. In this case, power can be stably supplied to each part of the fuel cell system, for example, even when the output of the power generator is unstable or when the power required for the operation of the fuel cell system fluctuates.

また、実施形態２において燃料電池２のカソードから発生する水は、燃料としてのギ酸の濃度やＣＯ２固定装置３における水酸化ナトリウム水溶液の濃度の調整の他、苛性ソーダ合成装置における水酸化ナトリウム水溶液の作製等にも用いることができる。 Further, in Embodiment 2, the water generated from the cathode of the fuel cell 2 is used to adjust the concentration of the formic acid used as the fuel and the concentration of the aqueous sodium hydroxide solution in the CO 2 fixation device 3, as well as the concentration of the aqueous sodium hydroxide solution in the caustic soda synthesis device. It can also be used for fabrication and the like.

１、１０２ 燃料電池システム
２ 燃料電池
３ ＣＯ２固定装置
４ 還元装置
５ ギ酸合成装置 Reference Signs List 1, 102 fuel cell system 2 fuel cell 3 CO 2 fixation device 4 reduction device 5 formic acid synthesis device

Claims (7)

ギ酸を燃料として発電可能に構成された燃料電池と、
前記燃料電池において生じた二酸化炭素を水酸化ナトリウムと反応させることにより炭酸水素ナトリウムを合成可能に構成されたＣＯ２固定装置と、
前記ＣＯ２固定装置において得られた炭酸水素ナトリウムを還元することによりギ酸ナトリウムを合成可能に構成された還元装置と、
前記還元装置において得られたギ酸ナトリウムと無機酸とを反応させることによりギ酸を合成可能に構成されたギ酸合成装置と、を有し、
前記ギ酸合成装置において得られたギ酸を前記燃料電池に供給可能に構成された、燃料電池システム。 a fuel cell configured to generate electricity using formic acid as a fuel;
a CO 2 fixing device configured to synthesize sodium bicarbonate by reacting carbon dioxide generated in the fuel cell with sodium hydroxide;
a reduction device configured to be able to synthesize sodium formate by reducing sodium hydrogen carbonate obtained in the CO 2 fixation device;
a formic acid synthesizer configured to synthesize formic acid by reacting the sodium formate obtained in the reducing device with an inorganic acid,
A fuel cell system configured to supply the formic acid obtained in the formic acid synthesis apparatus to the fuel cell. 前記燃料電池システムは、さらに、塩化ナトリウム水溶液の電気分解により水酸化ナトリウムを合成可能に構成された苛性ソーダ合成装置を有しており、前記ＣＯ２固定装置において、前記苛性ソーダ合成装置において得られた水酸化ナトリウムと二酸化炭素とを反応させることができるように構成された、請求項１に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system further includes a caustic soda synthesizer configured to be capable of synthesizing sodium hydroxide by electrolysis of an aqueous sodium chloride solution . 2. The fuel cell system according to claim 1, configured to react sodium oxide and carbon dioxide. 前記還元装置は、前記苛性ソーダ合成装置から生じた水素を還元剤として前記炭酸水素ナトリウムを還元可能に構成されている、請求項２に記載の燃料電池システム。 3. The fuel cell system according to claim 2, wherein said reducing device is configured to be capable of reducing said sodium hydrogen carbonate using hydrogen generated from said caustic soda synthesis device as a reducing agent. 前記燃料電池システムは、さらに、再生可能エネルギーを利用した発電装置を有しており、前記苛性ソーダ合成装置は、前記発電装置に接続されており、前記発電装置から供給される電力を用いて動作することができるように構成されている、請求項２または３に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system further includes a power generator using renewable energy, and the caustic soda synthesis device is connected to the power generator and operates using power supplied from the power generator. 4. The fuel cell system according to claim 2 or 3, which is configured to be able to 前記発電装置は、前記燃料電池、前記ＣＯ２固定装置、前記還元装置または前記ギ酸合成装置のうち少なくとも１つの装置に接続されており、当該装置を動作させるための電力を供給可能に構成されている、請求項４に記載の燃料電池システム。 The power generation device is connected to at least one of the fuel cell, the CO 2 fixation device, the reduction device, or the formic acid synthesis device, and is configured to be capable of supplying electric power for operating the device. 5. The fuel cell system of claim 4, wherein 前記燃料電池システムは、さらに、再生可能エネルギーを利用した発電装置を有しており、前記発電装置は、前記燃料電池、前記ＣＯ２固定装置、前記還元装置または前記ギ酸合成装置のうち少なくとも１つの装置に接続されており、当該装置を動作させるための電力を供給可能に構成されている、請求項１に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system further includes a power generator using renewable energy, and the power generator includes at least one of the fuel cell, the CO2 fixation device, the reduction device, and the formic acid synthesis device. 2. The fuel cell system according to claim 1, which is connected to a device and configured to be able to supply power for operating the device. 前記ギ酸合成装置において使用される前記無機酸が硫酸である、請求項１～６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 6, wherein the inorganic acid used in the formic acid synthesizer is sulfuric acid.
JP2021166281A 2021-10-08 2021-10-08 fuel cell system Pending JP2023056838A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021166281A JP2023056838A (en) 2021-10-08 2021-10-08 fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021166281A JP2023056838A (en) 2021-10-08 2021-10-08 fuel cell system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023056838A true JP2023056838A (en) 2023-04-20

Family

ID=86004848

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021166281A Pending JP2023056838A (en) 2021-10-08 2021-10-08 fuel cell system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2023056838A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5183119B2 (en) Power generation system
US20100323254A1 (en) Energy supply system
US20130288143A1 (en) Fuel cell using seawater electrolyzer, methods for producing caustic soda, ammonia, urea and pvc using the seawater electrolyzer and integrated system thereof
JPS6122036B2 (en)
US20070062820A1 (en) Fuel cell cogeneration system
CN112566867A (en) Process for producing ammonia capable of withstanding high currents
CA2883437A1 (en) Integrated process for producing carboxylic acids from carbon dioxide
JP2019090084A (en) Low carbon energy system and low carbon energy network system
KR20170026967A (en) Carbon Capture Utilization System
JP2022551135A (en) Method and electrolysis apparatus for producing chlorine, carbon monoxide and optionally hydrogen
JP3708924B2 (en) Chemical hydrogen production method using both heat and electricity
US7029778B1 (en) Fuel cell with simultaneous gas generation
US4749453A (en) Method and apparatus for making hydrochloric acid and sodium hydroxide
JP2023056838A (en) fuel cell system
KR100864024B1 (en) Hydrogen generating apparatus and fuel cell system using the same
US8318366B2 (en) Hydrogen generator and fuel cell using the same
US11824240B2 (en) Energy system using byproducts generated from seawater electrolyzer
CN111315685A (en) By CO2Combined electrolysis of chloride to produce and separate phosgene
US6674781B1 (en) Method and system for fueling a closed cycle chemical oxygen iodine laser
JPH04249866A (en) Fuel electrode activation for methanole fuel battery
KR101620237B1 (en) Complex fuel cell system
US20090263690A1 (en) Apparatus for generating hydrogen and fuel cell power generation system having the same
JP3196382B2 (en) Method for electrolysis of sodium sulfate solution
KR102675281B1 (en) Seawater electrolysis system of nuclear power plant and operation method thereof
US20240076783A1 (en) Multi-compartment hybrid CO2 electrochemical reducer and hydrogen fuel cell