JP2023183471A

JP2023183471A - 二酸化炭素の回収方法および二酸化炭素の回収システム

Info

Publication number: JP2023183471A
Application number: JP2022097001A
Authority: JP
Inventors: 悌互榊原; Teigo Sakakibara; 貴治青谷; Takaharu Aotani; 紀博鈴木; Norihiro Suzuki
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2022-06-16
Filing date: 2022-06-16
Publication date: 2023-12-28
Also published as: WO2023243425A1

Abstract

【課題】処理した二酸化炭素の取り出しやすさを考慮しながら二酸化炭素の回収をする二酸化炭素の回収方法および二酸化炭素の回収システムを提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る二酸化炭素の回収方法は、気体中から二酸化炭素を回収する二酸化炭素の回収方法であって、粘度が５Ｐａ・ｓ以下であるフルオロカーボン類を含有する液体組成物を準備する準備工程と、液体組成物に対して、前記気体を接触させることで二酸化炭素を回収する回収工程と、を有することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、気体中から二酸化炭素を回収する二酸化炭素の回収方法および二酸化炭素の回収システムに関する。

地球温暖化の原因の一つとされている二酸化炭素の削減は、世界的にも重要な課題となっている。中でも二酸化炭素の排出の多くは、石油や石炭等をエネルギー源として使う火力発電からとされている。ＤＡＣ（ＤｉｒｅｃｔＡｉｒＣａｐｔｕｒｅ）という直接大気中の二酸化炭素を回収することにより、今まで排出していた二酸化炭素を回収し貯留することで大気中の二酸化炭素量を減らす技術開発が行われている。

二酸化炭素の回収技術として、水酸化マグネシウムを含む水分散体に二酸化炭素を反応させて二酸化炭素を炭酸マグネシウムとして固定化する方法などが提案されている（特許文献１）。また、線状パーフルオロポリエーテルに二酸化炭素を溶解する方法なども提案されている（特許文献２）。

特開２０２１－１３３３１８公報特許第６４４４４１３号公報

しかしながら、先行文献に記載の技術は、二酸化炭素の固定や溶解に関して焦点をあてた発明であり、処理した二酸化炭素の取り出しやすさに関して考慮されていなかった。

本発明は、処理した二酸化炭素の取り出しやすさを考慮しながら二酸化炭素の回収をする二酸化炭素の回収方法および二酸化炭素の回収システムを提供することを目的とする。

本発明に係る二酸化炭素の回収方法は、気体中から二酸化炭素を回収する二酸化炭素の回収方法であって、粘度が５Ｐａ・ｓ以下であるフルオロカーボン類を含有する液体組成物を準備する準備工程と、液体組成物に対して、前記気体を接触させることで二酸化炭素を回収する回収工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、処理した二酸化炭素の取り出しやすさを考慮しながら二酸化炭素の回収をする二酸化炭素の回収方法および二酸化炭素の回収システムを提供することができる。

本発明の二酸化炭素の回収システムに関する機能構成図。本発明の二酸化炭素回収のフローを説明する図。本発明の二酸化炭素の回収方法に関して説明する図。二酸化炭素の回収方法の一例を示す図。

以下、好適な実施の形態を挙げて、本発明を詳細に説明する。

尚、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施の形態に対して適宜変更、改良等が加えられたものも本発明の範囲に含まれる。

＜第一の実施形態＞
本発明の二酸化炭素の回収システムは、二酸化炭素を回収するための二酸化炭素の回収システムであって、粘度が５Ｐａ・ｓ以下であるフルオロカーボン類を含有する液体組成物を準備し、該液体組成物に対して、気体を接触させることで二酸化炭素を回収する。なお、下記、図を用いて説明するが、該システム構成は、一つ以上の装置から構成される二酸化炭素の回収装置として実現されてもよい。なお液体組成物は、フッ素系活性液体を含み構成される。

図１は、本発明の二酸化炭素の回収システム１の機能構成図である。二酸化炭素の回収システム１は、準備された粘度が５Ｐａ・ｓ以下であるフルオロカーボン類を含有する液体組成物を格納し、格納された液体組成物からミストを生成するミスト生成部２と、ミストに対して、気体を接触させることで二酸化炭素を回収する回収部３とを含み構成される。

ミスト生成部２は、フルオロカーボン類を含有する液体組成物を準備し、準備した液体組成物からミストを生成する。なお、準備した液体組成物は、所定の容器等に格納される。ここで、本実施形態に係るフルオロカーボン類を含有する液体組成物は、粘度が５Ｐａ・ｓ以下であり、置換基を有してもよく、また分岐構造および環状構造のうち、少なくとも一方を有してもよいフルオロカーボン類から選ばれることを特徴とする。例えば、パーフルブロン、パーフルオロデカリン、フロリナートＦＣ－３２８３、パーフルオロブチルパーフルオロテトラヒドロフラン、パーフルオロ‐１－イソプロポキシヘキサン、パーフルオロ‐１，４－ジイソプロポキシブタン、ハイドロフルオロエーテル（ノベック７１００、ノベック７３００）などが挙げられるが、本発明の範囲を限定するものではない。

またフルオロカーボン類は分子量が１，０００以下であることを特徴とする。またフルオロカーボン類を含有する液体組成物は、二酸化炭素の溶解が飽和に達していない液体組成物であることが好ましい。

なお、フルオロカーボン類以外の化合物を混ぜても構わない。例えば、エチレングリコール、ポリエチレンオキシド、アセトニトリルなどが挙げられる。フルオロカーボン類以外の化合物は２５ｖｏｌ％以下が好ましいが、本発明の範囲を限定するものではない。

ミスト生成部２は、液体組成物をミストに変換するための機構として、超音波照射ユニットを用いる。ミスト生成部２は、ミスト化の機構として、超音波照射ユニットを用いた超音波振動により、微細な液滴を生成する。

超音波照射ユニットは例えば圧電材料から構成される。圧電材料は、アクチュエータ、超音波振動子、マイクロ電源、高電圧発生装置等の用途で、幅広く利用されている。これらに使用されている圧電体の多くは、いわゆるＰＺＴと呼称されている材料で、鉛（Ｐｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）を含む酸化物である。そのため、環境上の問題から、非鉛圧電材料の開発が進められている。非鉛圧電材料としては、例えば一般式ＢａＭ’Ｏ３で表されるＢａ系ペロブスカイト酸化物がある。但しＭ’は、１種類の元素または２種類以上の元素がある組成比で混晶されたものを表すが、一般式ＢａＭ’Ｏ３の電荷が中性になることを満足する必要がある。ＢａＭ’Ｏ３で表される圧電材料としては、例えば室温付近で正方晶の構造をとるＢａＴｉＯ３がある。超音波照射ユニットとしては、市販のユニットを用いることも可能である。一例としては、星光技研製の投込型超音波霧化ユニットＩＭ１－２４や、加湿器として上市されている無印良品コードレスアロマディフューザーＭＪ―ＣＡＤ１４４４８６３２０等が挙げられるがこの限りではない。市販品としての超音波霧化発生装置としてはネブライザーなども好適な一例である。また、液体組成物と、超音波を照射させる圧電霧化ユニットを設けた液相を分離させて、間接的にミスト化させることも好適な様態である。超音波を照射させるミスト化ユニットを設けた液相としては、特に限定は無いが、カイジョー製クォーバミニ等が好ましい一様体である。振動子周波数としては特に限定はないが、１．６ＭＨｚが好ましい一様態である。また、耐酸性、耐アルカリ性、耐溶剤性、耐腐食性を改善する一例として、圧電素子の接液部材を、フッ素系の樹脂やチタン系部材、石英などのガラス部材で被覆することも好ましい様態である。なお、ミスト生成部２は、液体組成物からミストを生成することができればよく、該機構に限定されるものではない。

回収部３は、フッ素系活性液体組成物から生成されたミストに対して、気体を接触させることで二酸化炭素を回収する。本実施形態において、回収部３は、フルオロカーボン類を含有する液体組成物を、気体と接触させた液体組成物に対して曝露することで、二酸化炭素を回収する。

回収部３は、フルオロカーボン類を含有する液体組成物から構成される、液滴又は気体中に分散した微粒子を、ミスト生成部２によって生成され、大気中の気体と接触させたミストに対して曝露する。回収部３は、二酸化炭素が溶解した液体組成物を回収するための、液体組成物の曝露方法として空間上部より液体組成物を散布する。該散布には散水ノズルやシャワーヘッド等を用いてもよい。また使用する液体組成物使用量を少なくするために、小さいノズルをもつ散水ノズルの方がよく、インクジェットヘッド等を用いてもよい。

二酸化炭素の回収システムは、このように構成されることで、処理した二酸化炭素の取り出しやすさを考慮しながら二酸化炭素の回収をすることができる。具体的には、二酸化炭素を溶解したフルオロカーボン類を含有する液体組成物は、粘度が５Ｐａ・ｓ以下と低く流動性が高いため、他の容器等への移動が容易であり、二酸化炭素を溶解したフルオロカーボン類を含有する液体組成物を、加熱や減圧などを行うことで、フルオロカーボン類を含有する液体組成物から溶解した二酸化炭素を容易に取り出すことが可能となる。以上のことより本発明は大気中の二酸化炭素の有効利用という観点からも大変優れている。

なお、二酸化炭素の回収システム１の設置先や適用先は、液体組成物に溶解する気体があるところであれば、特に限定されるものではない。大気に適用した場合には、該二酸化炭素の回収システム１によって大気中の二酸化炭素を回収することができる。また火力発電所等で、二酸化炭素の回収システム１を適用することで、特によく二酸化炭素が回収することができる。また二酸化炭素の回収システム１をトンネル内など排気ガスが溜まる空間に設置することで、二酸化炭素を回収することができる。

下記、図２を用いて、本発明の二酸化炭素の回収システムが行う二酸化炭素の回収方法のフローに関して説明する。

（ステップＳ２０１）
ステップＳ２０１において、ミスト生成部２は、粘度が５Ｐａ・ｓ以下であるフルオロカーボン類を含有する液体組成物を準備すると、次のステップへと処理を進める。図３（ａ）を用いて該工程に関して説明する。ここでは、水槽等の容器に粘度が５Ｐａ・ｓ以下であるフルオロカーボン類を含有する液体組成物２０２で満たす工程を指す。なお本実施形態においては、圧電素子２０１が容器内に設けられている。

（ステップＳ２０２）
ステップＳ２０２において、ミスト生成部２は、粘度が５Ｐａ・ｓ以下であるフルオロカーボン類を含有する液体組成物からミストを生成させると、次のステップへと処理を進める。図３（ｂ）は、ミスト生成部２が超音波振動によって、液体組成物からミストを生成する様子を模式的に示している。ミスト生成部２は、ミストに変換できる微小液滴を吐出する方法等、公知の方法によりフルオロカーボン類を含有する液体組成物からミストの生成をしてもよい。

ここで生成されるミストのサイズは、１０μｍ程度もしくはそれ以下が好ましく、環境湿度によるが雲のように一定時間空間にフルオロカーボン類を含有する液体組成物から構成されるミストが大気中にとどまることができる。ミスト生成部２による処理を終えると、次のステップへと処理を進める。即ち、ミスト生成部２が生成するミストは１０μｍ以下である。

（ステップＳ２０３）
ステップＳ２０３において、回収部３は、フルオロカーボン類を含有する液体組成物から生成されたミストに対して、気体を接触させることで二酸化炭素を回収すると二酸化炭素の回収フローを終了させる。本実施形態において、回収部３は、フルオロカーボン類を含有する液体組成物を、気体と接触させた液体組成物に対して曝露することで、二酸化炭素を回収する。

図４（ｃ）は、回収部３が、接触工程を経て得られたミストに対して、フルオロカーボン類を含有する液体組成物から構成される、液滴または気体中に分散した微粒子を曝露することで、二酸化炭素を含む液体組成物を回収する様子を模式的に示している。なお、曝露に用いる液体組成物は、フッ素系活性液体組成物でなくとも、ミスト化される液体組成物と異なっていてもよい。

＜第二の実施形態＞
第一の実施形態では、フルオロカーボン類を含有する液体組成物を準備し、準備された液体組成物からミストを生成することで、二酸化炭素を回収する二酸化炭素の回収システムに関して説明をしたが、本実施形態においては、フルオロカーボン類を含有する液体組成物に対して、気体を直接流入・接触させることによって二酸化炭素を回収する。図４を用いて本実施形態に関して説明をする。本実施形態に係る二酸化炭素の回収システムは、水槽４０１にフルオロカーボン類を含有する液体組成物４０２を満たし、エアーポンプ４０３から送られてくる気体をチューブ４０４でフッ素系活性液体組成物に接触させることで二酸化炭素を回収する。

本実施形態に係る水槽４０１の材質は、ガラス、金属、プラスチック、セラミックス等、フッ素系活性液体組成物と反応を起こさないものであればいずれでも構わない。

本実施形態に係るフルオロカーボン類を含有する液体組成物４０２は、粘度が５Ｐａ・ｓ以下であり、置換基を有してもよく、また分岐構造および／または環状構造を有してもよいフルオロカーボン類から選ばれることを特徴とする。例えば、パーフルブロン、パーフルオロデカリン、フロリナートＦＣ－３２８３、パーフルオロブチルパーフルオロテトラヒドロフラン、パーフルオロ‐１－イソプロポキシヘキサン、パーフルオロ‐１，４－ジイソプロポキシブタン、ハイドロフルオロエーテル（ノベック７１００、ノベック７３００）などが挙げられるが、本発明の範囲を限定するものではない。

また、フルオロカーボン類以外の化合物を混ぜても構わない。例えば、エチレングリコール、ポリエチレンオキシド、アセトニトリルなどが挙げられる。フルオロカーボン類以外の化合物は２５ｖｏｌ％以下が好ましいが、本発明の範囲を限定するものではない。

本実施形態に係るチューブ４０４の材質は、ガラス、金属、プラスチック、セラミックス等、フッ素系活性液体組成物と反応を起こさないものであればいずれでも構わない。

フルオロカーボン類を含有する液体組成物４０２に対してチューブ４０４からの気体を接触させるには、エアーポンプ４０３を駆動させチューブ４０４の吐出口から排出した気体を、フルオロカーボン類を含有する液体組成物４０２に接触させることができる。簡易的にはフルオロカーボン類を含有する液体組成物４０２中にチューブ４０４の吐出口を浸漬させ気体をバブリングすることにより接触させる。より効率的に接触させる手法として、チューブ４０４の吐出口にエアーストーンなどを装着しマイクロバブルを発生させる方法や、水槽４０１にバブルの流路を形成しより長時間気体のバブルを、フルオロカーボン類を含有する液体組成物４０２に留めることも可能である。

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。ただし本発明はかかる実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
幅３１．５センチ×奥行き１８．５センチ×高さ２４．４センチのガラス製の水槽に、フロリナートＦＣ－３２８３（３Ｍ製）を１０Ｌ入れ、オイルフリーのエアーポンプにシリコーンチューブを接続し、チューブ先端に約１０センチのエアーストーンを接続し、そのエアーストーンが水槽底面に接触するように配置した。フロリナートＦＣ－３２８３中の二酸化炭素濃度は０．１ｖｏｌ％以下であり、室温は２５℃であった。ここで、ｖｏｌ％は、（溶質の体積［ｍＬ］／溶媒の体積［ｍＬ］）×１００として算出している。すなわち、（二酸化炭素［ｍＬ］／フロリナートＦＣ－３２８３１０Ｌ）×１００で算出した値である。

エアーポンプの吐出空気量を２０Ｌ／分に調整した後、１時間駆動しエアーポンプを停止した。フロリナートＦＣ－３２８３中の二酸化炭素濃度は５５ｖｏｌ％であった。その時の大気中の二酸化炭素濃度は４１５ｐｐｍであった。

（実施例２）
フロリナートＦＣ－３２８３の代わりに、二酸化炭素濃度は０．１ｖｏｌ％以下のパーフルオロデカリン（シグマ－アルドリッチ製）を用いた以外は実施例１と同様に行った。パーフルオロデカリンの二酸化炭素濃度は４３ｖｏｌ％であった。

（比較例１）
フロリナートＦＣ－３２８３の代わりに、二酸化炭素濃度は０．１ｖｏｌ％以下の蒸留水を用いた以外は実施例１と同様に行った。蒸留水の二酸化炭素濃度は１５ｖｏｌ％であった。

１回収システム
２ミスト生成部
３回収部
２０１圧電素子
２０２フルオロカーボン類を含有する液体組成物
４０１水槽
４０２フルオロカーボン類を含有する液体組成物
４０３エアーポンプ
４０４チューブ

Claims

気体中から二酸化炭素を回収する二酸化炭素の回収方法であって、
粘度が５Ｐａ・ｓ以下であるフルオロカーボン類を含有する液体組成物を準備する準備工程と、
前記液体組成物に対して、前記気体を接触させることで二酸化炭素を回収する回収工程と、
を有することを特徴とした二酸化炭素の回収方法。
前記フルオロカーボン類は、置換基を有することを特徴とする請求項１に記載の二酸化炭素の回収方法。
前記フルオロカーボン類は、分岐構造および環状構造のうち、少なくとも一方を有することを特徴とする請求項１または２に記載の二酸化炭素の回収方法。
前記フルオロカーボン類は、分子量が１，０００以下であることを特徴とする二酸化炭素の請求項１または２に記載の二酸化炭素の回収方法。
前記液体組成物からミストを生成するミスト生成工程をさらに有し、
前記回収工程は、前記ミストに前記気体を接触させることにより前記二酸化炭素を回収することを特徴とする請求項１に記載の二酸化炭素の回収方法。
前記ミスト生成工程は、超音波振動によって前記ミストを生成することを特徴とする請求項５に記載の二酸化炭素の回収方法。
前記準備工程によって、準備される前記フルオロカーボン類を含有する液体組成物は、二酸化炭素の溶解が飽和に達していない液体組成物であることを特徴とする請求項１に記載の二酸化炭素の回収方法。
気体中から二酸化炭素を回収する二酸化炭素の回収システムであって、
粘度が５Ｐａ・ｓ以下であるフルオロカーボン類を含有する液体組成物を格納する格納手段と、
前記液体組成物に対して、前記気体を接触させることで二酸化炭素を回収する回収手段と、
を有することを特徴とする二酸化炭素の回収システム。