JP2023540156A - 二酸化炭素排出削減の手段としての不完全燃焼 - Google Patents

Abstract

本明細書に開示されるのは、二酸化炭素（ＣＯ_２）の除去のためのプロセスであって、再生可能エネルギー源を活用し、断続的な再生可能エネルギーのための貯蔵を提供し、合成ガス、主に一酸化炭素（ＣＯ）と水素（Ｈ_２）からなる燃料ガス混合物を提供し、そしてフィッシャー・トロプシュ反応においてクリーンな燃料および他の化学溶媒を製造するために利用される。

Description

本発明は、二酸化炭素排出削減の手段としての不完全燃焼に関する。

二酸化炭素（ＣＯ_２）は、地球温暖化に大きな影響を与える。

二酸化炭素（ＣＯ_２）の排出は、多くの発生源から、主にエネルギーを生成するための化石燃料の燃焼から生じる。化石燃料は、石炭と炭化水素で構成されている。

二酸化炭素（ＣＯ_２）の排出は、化石燃料の完全燃焼から以下の式に従って生じる。
化石燃料＋酸素（Ｏ_２） → 二酸化炭素（ＣＯ_２）＋水（Ｈ_２Ｏ）＋排煙混合物
この反応の酸素源は、大気である。

不完全燃焼では、二酸化炭素（ＣＯ_２）の代わりに一酸化炭素（ＣＯ）が製造される。不完全燃焼は、空気の供給が限られている場合に起こり、以下の式に従う。
化石燃料＋酸素（Ｏ_２） → 一酸化炭素（ＣＯ）＋水（Ｈ_２Ｏ）＋炭素（Ｃ）

水分解は、水が酸素と水素に分解される化学反応であり、以下の式に従う。
２Ｈ_２Ｏ → ２Ｈ_２＋Ｏ_２
言い換えれば、水の電気分解、或いは、これを通過する電流による水（Ｈ_２Ｏ）の酸素（Ｏ_２）および水素（Ｈ_２）への分解、である。水からの水素の製造は、エネルギー集約的である。低温電解では、消費されるエネルギーの方が製造される水素よりも価値がある。従って、このプロセスは通常、商業的に存立可能とは見なされない。しかしながら、水の高温電解（ＨＴＥ）では、初期の熱エネルギーの多くが化学エネルギー（水素）に変換されることにより、このプロセスの商業的存立可能性が向上する。このプロセスの商業的存立可能性は、電気分解のための電気の生成に再生可能エネルギー源を使用することにより、さらに向上する。

水の電気分解における再生可能エネルギー源の使用は、これらの再生可能エネルギー源の活用手段を提供する。また、水素中の化学エネルギーへの変換により、断続的な再生可能エネルギーの貯蔵手段も提供する。

フィッシャー・トロプシュは、一酸化炭素（ＣＯ）と水素（Ｈ_２）が関与する反応であり、クリーンな燃料やその他の化学溶媒が製造される。

添付の図面は、本発明のさらなる理解を提供するために含まれているものであって、本明細書に組み込まれてこの一部を構成し、本発明の実施形態を例証し、説明とともに本発明の原理を説明するのに役立つ。それらは、当業者による本開示の実施を可能にするために提供される例示的な例証であって、添付の特許請求の範囲を限定することを意図するものではない。
図１は、本プロセスの一例を示す図である。

この発明は、石炭や他の炭化水素などの燃料を、「汚れた」エネルギー源から「きれいな」エネルギー源に変える。将来の発電所は、本発明を用いることにより、化石燃料またはいわゆる汚れた燃料を使用して、「クリーンな」エネルギーを生成し得る。現在化石燃料を原料として使用している既存の発電所は、この発明を用いることにより、「クリーンな」エネルギーの生成を開始するように改めることができる。

この発明は、再生可能エネルギー源を利用する手段を提供する。また、断続的な再生可能エネルギー発電の貯蔵の問題に対する実現可能な解決策でもある。

この発明は、安価な商業規模の合成ガスの「クリーンな」供給源、主に一酸化炭素（ＣＯ）および水素（Ｈ_２）からなる燃料ガス混合物、を提供する。
燃料ガス混合物は、フィッシャー・トロプシュ法で炭化水素を製造するために使用される。

これらは、現時点での好ましいが例証に過ぎない実施形態についての以下の詳細な説明を読み、添付の図面を併せて考慮すれば、二酸化炭素排出を低減する手段としての意図的な不完全燃焼のさらなる目的、特徴および利点と共に当業者には容易に明らかになるであろう。

この点、二酸化炭素排出を低減する手段としての意図的な不完全燃焼の現時点における実施形態を詳細に説明する前に、二酸化炭素排出を低減する手段としての不完全燃焼は、その適用において、以下の説明に記載する構成要素の設計、構成および配置の詳細に限定されないことを理解されたい。当業者は、本開示の概念が、二酸化炭素排出を低減する手段としての意図的な不完全燃焼のいくつかの目的を実施するための他のプロセス、構造、方法、およびシステムの設計の基礎として容易に利用され得ることを認めるであろう。従って、請求の範囲は、二酸化炭素排出を低減する手段としての意図的な不完全燃焼の精神および範囲から逸脱しない限りにおいて、そのような同等の構造を含むとみなされることが重要である。また、本明細書で使用される語句および用語は説明のためのものであって、限定的なものと見なされるべきではないことも理解されるべきである。

以下の詳細な説明は、本質的に単なる例示に過ぎず、記載された実施形態の適用および使用の記載された実施形態を限定することを意図するものではない。本明細書で使用される場合、「例示的」または「例証的」という用語は、「例示、インスタンス、または例証として役立つ」ことを意味する。本明細書に「例示的」または「例証的」として記載される任意の実施態様は、必ずしも他の実施態様よりも好ましいまたは有利であると解釈されるべきではない。以下に記載される全ての実施態様は、当業者が開示を実施することを可能にするために提供される例示的な実施態様であり、添付の特許請求の範囲を限定することを意図するものではない。さらに、前述の技術分野、背景または以下の詳細な説明において提示されたいかなる明示的または暗示的な理論にも拘束されることを意図するものではない。

この発明は、エネルギーを生成するための化石燃料の燃焼から生じる二酸化炭素（ＣＯ_２）排出によって引き起こされる地球温暖化の問題に対する実現可能な解決策を提供する。本プロセスのステップ１において、本発明は不完全燃焼を用いて、完全燃焼が用いられた場合の二酸化炭素（ＣＯ_２）および水（Ｈ_２Ｏ）の代わりに、一酸化炭素（ＣＯ）および水（Ｈ_２Ｏ）の産出を保証する。

本プロセスのステップ３では、一酸化炭素（ＣＯ）、水（Ｈ_２Ｏ）および炭素（Ｃ）が分離される。合成の価値ある成分である一酸化炭素（ＣＯ）はステップ５に送られて、炭化水素の形態の化石燃料が製造されるフィッシャー・トロプシュ反応に関与する。炭素（Ｃ）はステップ１に再利用され、水（Ｈ_２Ｏ）はステップ４に送られて高温電解（ＨＴＥ）の原料として使用される。

本プロセスのステップ４では、再生可能エネルギーを用いることにより、ステップ３からの水（Ｈ_２Ｏ）に高温電解（ＨＴＥ）を受けさせる。この高温電解（ＨＴＥ）の結果、水素（Ｈ_２）が生成する。このステップにおいて水素（Ｈ_２）の生成に再生可能エネルギーを使用することは、これらの供給再生可能エネルギーを化学エネルギーに変換することを意味する。水素（Ｈ_２）は合成ガスの価値ある成分であり、一酸化炭素（ＣＯ）と共に、ステップ５で炭化水素の形態の化石燃料を作り出すために使用される。再生可能エネルギーから化学エネルギーへの変換は、断続的な再生可能エネルギーの貯蔵の問題に対する実現可能な解決策を提供する。

再生可能エネルギー源には、バイオ燃料、バイオマス、地熱、水力発電、太陽光、風力、潮汐、波が含まれる。これらのエネルギー源のいくつかは、断続的な電力を産生することが知られている。

この発明の結果、合成ガス、主に一酸化炭素（ＣＯ）および水素（Ｈ_２）からなる燃料ガス混合物が、ステップ１とステップ４でそれぞれ製造される。これら２つのガス（一酸化炭素（ＣＯ）および水素（Ｈ_２））は、ステップ５でフィッシャー・トロプシュ反応を経て、クリーンな燃料および他の化学溶媒を製造するものとされる。得られた燃料の一部は、ステップ１に再利用される。

ウィキペディアによれば、フィッシャー・トロプシュ法は、化学反応の集合であって、一酸化炭素と水素の混合物を液体炭化水素に変換する。これらの反応は、金属触媒の存在下、典型的には１５０～３００°Ｃ（３０２～５７２°Ｆ）の温度および１気圧～数十気圧の圧力環境で起こる。このプロセスは、１９２５年にドイツの石炭研究用カイザー・ウィルヘルム研究所（the Kaiser-Wilhelm-lnstitut fur Kohlenforschung）でフランツ・フィッシャーとハンス・トロプシュによって最初に開発された。

上記の説明に関して、上記の説明および以下の図面中の本発明の様々な構成要素に対する最適な寸法関係は、サイズ、材料、形状、形態、機能、および動作、組み立ておよび使用の様式のバリエーションを含むことが認識され、当業者にとって容易に明白かつ自明であるとみなされるべきであり、図面に例証され且つ本明細書に記載されたものと等価関係の全てのものは、本発明に包含されることが意図される。

当業者は、本発明の様々な実施形態に対して行うことができる多数の適応および修正を容易に認識し、これは改善された発明をもたらすであろうが、その全ては、以下の特許請求の範囲に定義される本発明の精神および範囲内に含まれるであろうことに留意されたい。従って、本発明は、以下の特許請求の範囲およびその均等物によってのみ限定されるものである。

Claims (11)

1. 化石燃料の不完全燃焼を用いるプロセスであって、電気を生成するための発電所であり、
   排煙のＣＯ成分は、フィッシャー・トロプシュ反応器に移送され、
   前記排煙のＨ_２Ｏ成分は、電気分解機に移送されてＨ_２とＯ_２に分解され_、
   得られたＨ_２もまた、前記排煙のＣＯ成分を包含する同じ前記フィッシャー・トロプシュ反応器に移送されて再生可能燃料が作られ、その一部が前記発電所に再利用される、化石燃料の不完全燃焼を用いるプロセス。
2. 前記排煙から一酸化炭素（ＣＯ）が回収される、請求項１に記載の方法。
3. 前記排煙から炭素（Ｃ）が回収されて不完全燃焼の第１ステップに再利用される、請求項１に記載の方法。
4. Ｈ_２ＯがＨ_２とＯ_２に分解される、請求項１に記載の方法。
5. バイオ燃料、バイオマス、地熱、水力発電、太陽光、風力、潮汐および波を含む再生可能エネルギー源が、Ｈ_２ＯをＨ_２とＯ_２に分解する電気分解に使用される、請求項１に記載の方法。
6. Ｈ_２ＯをＨ_２とＯ_２に分解する電気分解における、バイオ燃料、バイオマス、地熱、水力発電、太陽光、風力、潮汐および波を含む再生可能エネルギー源の使用が、これらの再生可能エネルギー源の活用手段と考えられる、請求項１に記載の方法。
7. 水素（Ｈ_２）を製造するためのＨ_２Ｏの電気分解における、地熱、水力発電、太陽光、風力、潮汐および波を含む断続的な再生可能エネルギー源の使用が、これらの断続的なエネルギー源からの電力の貯蔵手段と考えられる、請求項１に記載の方法。
8. 水素（Ｈ_２）を製造するためのＨ_２Ｏの電気分解における、バイオ燃料、バイオマス、地熱、水力発電、太陽光、風力、潮汐および波を含む再生可能エネルギー源の使用が、これらの再生可能エネルギー源を化学エネルギーに変換する手段と考えられる、請求項１に記載の方法。
9. 請求項２から得られた一酸化炭素（ＣＯ）および請求項４から得られた水素（Ｈ_２）が、再生可能燃料および化学溶媒を製造するためのフィッシャー・トロプシュ反応において使用される、請求項１記載の方法。
10. 請求項９の再生可能燃料の一部が、不完全燃焼の前記第１ステップに再利用される、請求項１に記載の方法。
11. 前記フィッシャー・トロプシュ反応の出力エネルギーが回収され、不完全燃焼の前記第１ステップに再利用される、請求項１に記載の方法。