JP2024010600A - 二酸化炭素回収システム - Google Patents

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Abstract

【課題】電気化学セルの二酸化炭素の吸着性能の劣化を効果的に抑制することが可能な二酸化炭素回収システムを提供する。【解決手段】二酸化炭素回収システム１０は、大気中に含まれる、電気化学セル１２ａに付着する可能性がある物質に関する情報を取得する情報取得部（Ｓ２００、Ｓ２２０、Ｓ３００、Ｓ３１０）を備える。そして、制御装置１７は、情報取得部によって取得された情報に基づいて、少なくとも、二酸化炭素の回収のための制御を実行するか、実行しないかを切り替えるように構成される。【選択図】図１

Description

本開示は、二酸化炭素を含有する大気から二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収システムに関する。
特許文献１には、電気化学反応によって、二酸化炭素を含有する混合ガスから二酸化炭素を分離するガス分離システムが提案されている。このガス分離システムでは、二酸化炭素を含む混合ガスが、電気化学セルが配置された筐体内に導入される。電気化学セルの負極に電子を向かわせる充電モードにおいて、負極に設けられた電気活性材料が還元される。このため、負極における電気活性材料と二酸化炭素との結合が生じて、混合ガスから二酸化炭素が分離される。一方、充電モード中の電子流とは逆方向に電子流を生じさせる放電モードにおいて、負極における電気活性材料が酸化される。これにより、負極の電気活性材料から二酸化炭素が放出される。
特表２０１８－５３３４７０号公報
上述したような電気化学セルでは、電気活性材料が二酸化炭素との結合、及び、結合した二酸化炭素の放出を繰り返すことに伴い、電気活性材料の二酸化炭素との結合量が低下する。すなわち、繰り返しの使用により、電気化学セルの二酸化炭素の吸着性能が劣化する。二酸化炭素の吸着性能が劣化した電気化学セルは、洗浄や交換などのメンテナンスが必要となる。このため、電気化学セルの二酸化炭素の吸着性能の劣化を抑制し、メンテナンス期間を伸長することができれば、使用者の大きなメリットとなる。
本開示は、上述した点に鑑みてなされたものであり、電気化学セルの二酸化炭素の吸着性能の劣化を効果的に抑制することが可能な二酸化炭素回収システムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本開示による二酸化炭素回収システムは、
電気化学反応によって、二酸化炭素を含有する大気から二酸化炭素を回収するものであって、
筐体内に配置され、印加される電位に応じて、二酸化炭素を吸着したり、吸着した二酸化炭素を脱離したりする電気化学セル（１２ａ）と、
電気化学セルから脱離された二酸化炭素を回収する回収部（１１、１２、１３、１４、１６）と、
電気化学セルに吸着電位を印加して、筐体内に導入された大気に含まれる二酸化炭素を前記電気化学セルに吸着させ、電気化学セルに脱離電位を印加して、電気化学セルから二酸化炭素を脱離させ、回収部に回収させるように、電気化学セル及び回収部を制御する制御部（１７）と、
大気に含まれる、電気化学セルに付着する可能性がある物質に関する情報を取得する情報取得部（Ｓ２００、Ｓ２２０、Ｓ３００、Ｓ３１０）と、を備え、
制御部は、情報取得部によって取得された情報に基づいて、少なくとも、二酸化炭素の回収のための制御を実行するか、実行しないかを切り替えるように構成される。
電気化学セルの二酸化炭素の吸着性能の劣化を促進する要因の１つとして、例えば、大気中に含まれる塩分、黄砂、微小粒子状物質（例えば、ＰＭ２．５）などの物質が、電気化学セルに付着することが挙げられる。このような物質が、電気化学セルに付着すると、二酸化炭素の吸着面積が減少する。このため、電気化学セルの二酸化炭素の吸着性能の劣化が促進されてしまう。逆に言えば、このような物質の電気化学セルへの付着を抑えることができれば、電気化学セルの二酸化炭素の吸着性能の劣化を抑制することが可能となる。
そこで、本開示による二酸化炭素回収システムは、大気中に含まれる、電気化学セルに付着する可能性がある物質に関する情報を取得する情報取得部を備える。そして、制御部は、情報取得部によって取得された情報に基づいて、少なくとも、二酸化炭素の回収のための制御を実行するか、実行しないかを切り替えるように構成される。このように、電気化学セルに付着する可能性がある物質に関する情報を取得し、取得した情報に応じて、二酸化炭素の回収のための制御を実行するか、実行しないかを切り替えることにより、電気化学セルに物質が付着する状況では、二酸化炭素の回収のための制御を実行しないようにすることができる。その結果、電気化学セルへの物質の付着を抑えて、電気化学セルの二酸化炭素の吸着性能の劣化を抑制することが可能となる。
上記括弧内の参照番号は、本開示の理解を容易にすべく、後述する実施形態における具体的な構成との対応関係の一例を示すものにすぎず、なんら本開示の範囲を制限することを意図したものではない。
また、上記した本開示の特徴以外の、特許請求の範囲の各請求項に記載した技術的特徴に関しては、後述する実施形態の説明及び添付図面から明らかになる。
実施形態に係る、二酸化炭素回収システムの構成を示す図である。 二酸化炭素回収のための一連の制御シーケンスを実行するための制御装置における処理を示すフローチャートである。 （ａ）－（ｃ）は、一連の制御シーケンスに含まれる、吸着モード、掃気モード、及び脱離・回収モードについて説明するための説明図である。 大気中に含まれる塩分が電気化学セルに付着することを抑制するための塩害抑制処理を示すフローチャートである 送風機の送風ファンを逆方向に回転駆動することにより、回収器への大気の導入方向を逆転させた場合の、大気の流れを示す図である。 大気中に含まれる黄砂や微小粒子状物質などの微粒子が電気化学セルに付着することを抑制するための微粒子付着抑制処理を示すフローチャートである。
以下、本開示の実施形態に係る二酸化炭素回収システムが、図面を参照して、詳細に説明される。なお、複数の図面にわたって、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号が付されている。本実施形態に係る二酸化炭素回収システムは、二酸化炭素を含有する大気から二酸化炭素を回収するものである。二酸化炭素が除去された大気は外部に排出される。図１は、本実施形態に係る二酸化炭素回収システム１０の構成を概略的に示している。
図１に示す二酸化炭素回収システム１０は、流路開閉弁１１、回収器１２、ポンプ１３、流路切替弁１４、ＣＯ２センサ１５、ＣＯ２回収タンク１６、制御装置１７、送風機１９、風向き及び風速センサ２０、並びに外部サーバ２１を備えている。
流路開閉弁１１は、制御装置１７によって開閉状態が制御される。流路開閉弁１１が開かれると、大気と回収器１２内とを連通する流路配管を介して、二酸化炭素を含有した大気が回収器１２内に導入可能となる。一方、流路開閉弁１１が閉じられると、大気と回収器１２内とを連通する流路配管が遮断され、回収器１２は密閉される。その結果、流路開閉弁１１が設けられた流路配管を介して、大気が回収器１２内に侵入することができなくなる。
送風機１９は、いずれも図示は省略されているが、モータによって回転される送風ファンを有する。流路開閉弁１１が開かれているときに、送風機１９の送風ファンが制御装置１７によって回転駆動される。その結果、大気と回収器１２内とを連通する流路配管を介して、二酸化炭素を含有した大気が回収器１２内に送り込まれる。ただし、送風機１９は省略されても良い。あるいは、送風機１９の送風ファンが、制御装置１７によって、順方向と逆方向の両方向に回転駆動可能に構成されても良い。送風ファンは、順方向に回転駆動されると、流路開閉弁１１が設けられた流路配管を介して大気を回収器１２内に送り込む。一方、送風ファンが、逆方向に回転駆動されると、後述する、二酸化炭素を脱離した大気を放出するための流路配管を介して、大気を回収器１２内に取り込み、流路開閉弁１１が設けられた流路配管を介して、二酸化炭素が除去された大気を外部に放出する。
回収器１２は、例えば金属製の筐体の内部に配置された電気化学セル１２ａを備える。電気化学セル１２ａは、電気化学反応によって、二酸化炭素を吸着して、大気から二酸化炭素を分離したり、吸着した二酸化炭素を脱離して、ポンプ１３により、脱離した二酸化炭素をＣＯ２回収タンク１６に蓄積させたりすることが可能なものである。回収器１２は、２つの開口部を有している。開口部の１つは、外部から二酸化炭素を含む大気を回収器１２の筐体内部に導入するための導入口である。開口部のもう１つは、二酸化炭素が除去された大気や、電気化学セル１２ａから脱離された二酸化炭素を排出するための排出口である。上述した流路開閉弁１１が設けられた流路配管が導入口に接続され、ポンプ１３が設けられた流路配管が排出口に接続される。なお、回収器１２内とは、筐体の内部と同意である。
回収器１２の筐体内部には、複数の電気化学セル１２ａが積層して配置されている。複数の電気化学セル１２ａの積層方向は、大気の流れ方向に直交する方向となっている。個々の電気化学セル１２ａは板状に構成されており、板面がセル積層方向と交差するように配置されている。隣接する電気化学セル１２ａの間には、所定の隙間が設けられている。隣接する電気化学セル１２ａの間に設けられた隙間は、大気が流れる流路となる。
各電気化学セル１２ａは、例えば、作用極集電層、作用極、セパレータ、対極、及び対極集電層などが、記載された順序で積層されて構成されている。なお、作用極は負極であり、作用極と対をなす対極は正極である。これら作用極と対極との間に印加する電位差を変化させることにより、作用極に電子を与えて、作用極の二酸化炭素吸着材に二酸化炭素を吸着させたり、作用極から電子を放出させて、吸着した二酸化炭素を脱離させたりすることができる。すなわち、電気化学セル１２ａの作用極と対極との間に吸着電位を印加することにより、電気化学セル１２ａ（作用極の二酸化炭素吸着材）に二酸化炭素を吸着させることができる。また、電気化学セル１２ａの作用極と対極との間に、吸着電位とは異なる脱離電位を印加することにより、電気化学セル１２ａから二酸化炭素を脱離させることができる。
作用極集電層は、二酸化炭素を含んだ大気が通過可能な孔を有する多孔質の導電性材料からなる。作用極集電層は、ガス透過性と導電性を有していればよく、作用極集電層の形成材料として、例えば金属材料や炭素質材料を用いることができる。
作用極は、二酸化炭素吸着材、導電性物質、バインダなどを混合した材料から形成される。二酸化炭素吸着材は、電子を受け取ることで二酸化炭素を吸着し、電子を放出することで吸着していた二酸化炭素を脱離する性質を有する。二酸化炭素吸着材としては、例えばポリアントラキノンを用いることができる。導電性物質は、二酸化炭素吸着材への導電路を形成する。導電性物質としては、例えばカーボンナノチューブ、カーボンブラック、グラフェン等の炭素材料を用いることができる。バインダは、二酸化炭素吸着材や導電性物質を保持するためのものである。バインダとしては、例えば導電性樹脂を用いることができる。導電性樹脂は、例えば、導電性フィラーとしてＡｇ等を含有するエポキシ樹脂やポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等のフッ素樹脂等を用いることができる。
対極は、電気活性補助材、導電性物質、バインダなどを混合した材料から形成される。対極の導電性物質、バインダは、作用極の導電性物質、バインダと同様であるため説明を省略する。対極の電気活性補助剤は、電子供与剤となる活物質を有する材質で構成される。対極の電気活性補助材は、作用極の二酸化炭素吸着材との間で電子の授受を行う補助的な電気活性種である。電気活性補助材としては、例えば金属イオンの価数が変化することで、電子の授受を可能とする金属錯体を用いることができる。このような金属錯体としては、フェロセン、ニッケロセン、コバルトセン等のシクロペンタジエニル金属錯体、あるいはポルフィリン金属錯体等を挙げることができる。これらの金属錯体は、ポリマーでもモノマーでもよい。対極集電層は、作用極集電層と同様に、金属材料や炭素質材料などの導電性材料にて形成される。
セパレータは、作用極と対極との間に配置され、作用極と対極とを分離する。セパレータは、作用極と対極との物理的な接触を防いで電気的短絡を抑制するとともに、イオンを透過させる絶縁性イオン透過膜である。セパレータとして、セルロース膜やポリマー、ポリマーとセラミックの複合材料等を用いることができる。
なお、電気化学セル１２ａには、電解質が作用極及び対極にまたがるように設けられている。電解質は、例えばイオン液体を用いることができる。イオン液体は、常温常圧下で不揮発性を有する液体の塩である。
ポンプ１３は、回収器１２内に残された、二酸化炭素が除去された残留大気を回収器１２から吸引して外部に放出（すなわち、回収器１２内の残留大気を掃気）したり、二酸化炭素吸着材が吸着した二酸化炭素を脱離する際に、脱離された二酸化炭素を回収器１２から吸引して、ＣＯ２回収タンク１６へ向けて排出したりする。ポンプ１３が、回収器１２内の残留大気を掃気するとき、上記の流路開閉弁１１は、外部と回収器１２内とを連通する流路配管を遮断する。換言すれば、流路開閉弁１１は、制御装置１７が、二酸化炭素の回収のための制御を実行して、電気化学セル１２ａ（二酸化炭素吸着材）に二酸化炭素を吸着させる吸着モードの間だけ開かれ、残留大気を回収器１２内から掃気する掃気モード、及び電気化学セル１２ａが吸着した二酸化炭素を脱離し、ＣＯ２回収タンク１６に回収する脱離・回収モードの間は閉じられる。従って、回収器１２内の残留大気の掃気は、ポンプ１３による真空引きによって行われる。また、その後に行われる二酸化炭素のＣＯ２回収タンク１６への排出も、大気よりも真空に近い状態で行われる。
流路切替弁１４は、ポンプ１３の下流側の配管を流れるガス（大気又は二酸化炭素）の流路を切り替える三方弁である。流路切替弁１４の流路の切り替えは、制御装置１７によって制御される。具体的には、制御装置１７は、回収器１２に二酸化炭素を含む大気が導入されるとき、及び回収器１２内の残留大気がポンプ１３によって掃気されるとき、ポンプ１３の下流側の配管を外部（大気）に連通するように流路切替弁１４を制御する。これにより、二酸化炭素が除去された大気や、回収器１２内の残留大気は、外部へ放出される。一方、制御装置１７は、電気化学セル１２ａが吸着した二酸化炭素を脱離する際に、ポンプ１３が、脱離された二酸化炭素を回収器１２から吸引して排出するとき、ポンプ１３の下流側の配管をＣＯ２回収タンク１６側に連通するように流路切替弁１４を制御する。これにより、回収器１２が回収した二酸化炭素をＣＯ２回収タンク１６に蓄積することができる。
ＣＯ２センサ１５は、ＣＯ２回収タンク１６に接続された配管を流れるガスの二酸化炭素濃度及び流量を所定の時間間隔で検出する。制御装置１７は、ＣＯ２センサ１５によって検出された二酸化炭素濃度及び流量から、ＣＯ２回収タンク１６に回収された二酸化炭素回収量を算出（検出）することができる。なお、二酸化炭素回収量は、ＣＯ２センサ１５が算出してもよい。この場合、ＣＯ２センサ１５は、算出した二酸化炭素回収量を制御装置１７に出力する。
制御装置１７は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺装置から構成されている。周辺装置には、外部サーバ２１などと通信を行う送受信部、記憶媒体を有する記憶部１８などが含まれる。記憶部１８は、二酸化炭素回収システム１０の設置場所や、回収器１２の導入孔に接続された流路配管の開口が向けられた方向に関する情報を記憶する。記憶部１８は、二酸化炭素回収システム１０の設置場所に加えて、二酸化炭素回収システム１０が塩害の発生する虞がある沿岸地域に設置されている場合、その旨を示す情報を記憶しても良い。なお、二酸化炭素回収システム１０の設置場所については、記憶部１８への記憶に代えて、例えば、ＧＰＳ受信機によって設置場所を検出するように構成しても良い。
風向き及び風速センサ２０は、二酸化炭素回収システム１０の周辺における、風向き、及び風速に関する情報を検出する。検出された風向き及び風速に関する情報は、制御装置１７に提供される。外部サーバ２１は、二酸化炭素回収システム１０が設置された地域の、大気中に含まれる黄砂、及び／又は微小粒子状物質（例えば、ＰＭ２．５）の量に関する情報を制御装置１７に提供する。外部サーバ２１は、大気中に含まれる黄砂、及び／又は微小粒子状物質（例えば、ＰＭ２．５）の量に関する情報を、例えば環境省や気象庁が公開する情報から取得することができる。
制御装置１７は、ＲＯＭ等の記憶媒体に記憶された制御プログラムに基づいて各種の演算処理を行い、流路開閉弁１１、回収器１２、ポンプ１３、流路切替弁１４、送風機１９などの各種制御対象機器の作動を制御する。さらに、制御装置１７は、送受信部を介して、外部サーバ２１と通信を行う。制御装置１７は、記憶部１８に記憶された情報、風向き及び風速センサ２０によって検出された情報、及び外部サーバ２１との通信により取得した情報に基づいて、二酸化炭素の回収のための制御を実行するか、実行しないかを切り替える。記憶部１８に記憶された情報、風向き及び風速センサ２０によって検出された情報、及び外部サーバ２１との通信により取得した情報が、情報取得部によって取得された情報に相当する。
本実施形態の制御装置１７は、二酸化炭素の回収のための制御を実行する場合、二酸化炭素回収システム１０において、吸着モード、掃気モード、脱離・回収モードを少なくとも含む、一連の制御シーケンスが実行されるように、各種制御対象機器の作動を制御する。なお、脱離・回収モードは、脱離モードと回収モードを一つのモードとしていることを示している。
以下に、二酸化炭素回収システム１０において実行される、吸着モード、掃気モード、及び脱離・回収モードを少なくとも含む、二酸化炭素回収のための一連の制御シーケンスについて説明する。図２は、制御シーケンスを実行するため、制御装置１７において実施される処理を示すフローチャートである。図３（ａ）－（ｃ）は、一連の制御シーケンスに含まれる、吸着モード、掃気モード、及び脱離・回収モードについて説明するための説明図である。
図２のフローチャートに示すように、制御装置１７は、まず、ステップＳ１００において、一連の制御シーケンスの最初の動作モードである吸着モードを開始する。この吸着モードでは、図３（ａ）に示すように、二酸化炭素を含有する大気を回収器１２内に導入可能とするため、流路開閉弁１１が開かれる。送風機１９を設けている場合には、送風機１９を予め定められた一定の回転速度で駆動して、定められた量の大気が回収器１２内に導入されるようにする。
また、吸着モードでは、回収器１２の電気化学セル１２ａの作用極と対極との間に、作用極の二酸化炭素吸着材が二酸化炭素を吸着可能となる吸着電位が印加される。この吸着電位は、予め定められた一定の電位である。さらに、吸着モードでは、図３（ａ）に示すように、流路切替弁１４が、ポンプ１３の下流側の流路配管を外部に連通するように制御される。
このような流路開閉弁１１、回収器１２の電気化学セル１２ａ、及び流路切替弁１４などの制御により、吸着モードにおいては、図３（ａ）に点線矢印で示すように、二酸化炭素を含有した大気が、流路開閉弁１１を通過して、回収器１２内に進入する。回収器１２内に進入した大気に含まれる二酸化炭素は、複数の電気化学セル１２ａに吸着される。その結果、大気から二酸化炭素が除去される。二酸化炭素が除去された大気は、ポンプ１３を通過し、流路切替弁１４にて外部へ向かう流路配管に導かれ、その流路配管を介して、外部に放出される。
図２のフローチャートのステップＳ１１０では、制御装置１７が、吸着モード実行時間が経過したか否かを判定する。吸着モード実行時間は、制御装置１７によって設定される。ステップＳ１１０では、設定された吸着モード実行時間が経過したか否かが判定される。
ステップＳ１１０の判定処理において、設定された吸着モード実行時間が経過したと判定されるとステップＳ１２０に進む。一方、設定された吸着モード実行時間が経過していないと判定されると、吸着モード実行時間が経過するまで、ステップＳ１１０の判定処理が繰り返し実行される。
ステップＳ１２０では、吸着モード終了処理が実行される。具体的には、制御装置１７は、流路開閉弁１１を閉じて、外部から回収器１２に流入する大気を遮断する。また、送風機１９を設けている場合には、制御装置１７は、送風機１９の駆動を停止する。制御装置１７は、吸着モード実行時間をカウントするカウンタのカウント値のリセットなども行なう。
ステップＳ１３０では、制御装置１７は、一連の制御シーケンスの２番目の動作モードである掃気モードを開始する。この掃気モードでは、図３（ｂ）に示すように、流路開閉弁１１が閉じられたままとなる。回収器１２の電気化学セル１２ａの作用極と対極との間に印加されている吸着電位は、そのまま維持される。流路切替弁１４による、ポンプ１３の下流側の流路配管と、外部との連通も維持される。
掃気モードでは、ポンプ１３の駆動が開始される。上述したように、流路開閉弁１１は閉じられているので、ポンプ１３の上流側において、回収器１２は密閉された状態となっている。この状態でポンプ１３が駆動されると、密閉された回収器１２内に残された、二酸化炭素が除去された大気である残留大気が、回収器１２内から吸引され、外部に放出される。これにより、回収器１２内の残留大気を掃気することができる。なお、ポンプ１３の上流側の回収器１２は密閉されているので、回収器１２内の残留大気の掃気は、ポンプ１３による真空引きによって行われる。
このような流路開閉弁１１、回収器１２の電気化学セル１２ａ、ポンプ１３及び流路切替弁１４の制御により、掃気モードにおいては、図３（ｂ）に点線矢印で示すように、回収器１２内の、二酸化炭素が除去された残留大気が、ポンプ１３を通過し、流路切替弁１４にて外部へ向かう流路配管に導かれ、その流路配管を介して、外部に放出される。
図２のフローチャートのステップＳ１４０では、制御装置１７が、掃気モード実行時間が経過したか否かを判定する。この掃気モード実行時間は、回収器１２内の残留大気を掃気するのに十分な時間に予め定められている。
ステップＳ１４０の判定処理において、予め定められた掃気モード実行時間が経過したと判定されるとステップＳ１５０に進む。一方、設定された掃気モード実行時間が経過していないと判定されると、掃気モード実行時間が経過するまで、ステップＳ１４０の判定処理が繰り返し実行される。ステップＳ１５０では、掃気モード終了処理が実行される。具体的には、制御装置１７は、掃気モード実行時間をカウントするカウンタのカウント値のリセットなどを行なう。
ステップＳ１６０では、制御装置１７は、一連の制御シーケンスの３番目の動作モードである脱離・回収モードを開始する。この脱離・回収モードでは、図３（ｃ）に示すように、流路開閉弁１１は閉じた状態に維持される。また、ポンプ１３も、電気化学セル１２ａの吸着材から脱離された二酸化炭素の吸引を大気よりも真空に近い状態で行うため、掃気モードと同等の駆動出力による駆動が継続される。
一方、回収器１２の電気化学セル１２ａの作用極と対極との間には、作用極から電子を放出させて、作用極の二酸化炭素吸着材が吸着した二酸化炭素を脱離可能となる脱離電位が印加される。この脱離電位は、予め定められた一定の電位である。さらに、脱離・回収モードでは、図３（ｃ）に示すように、流路切替弁１４が、ポンプ１３の下流側の配管をＣＯ２回収タンク１６に連通するように制御される。
このような流路開閉弁１１、回収器１２の電気化学セル１２ａ、ポンプ１３及び流路切替弁１４の制御により、脱離・回収モードにおいては、図３（ｃ）に点線矢印で示すように、電気化学セル１２ａの吸着材から脱離された二酸化炭素が、ポンプ１３を通過し、流路切替弁１４にてＣＯ２回収タンク１６へ向かう流路配管に導かれ、その流路配管を介して、ＣＯ２回収タンク１６に蓄積される。従って、流路開閉弁１１、回収器１２、ポンプ１３、流路切替弁１４、及びＣＯ２回収タンク１６が、電気化学セル１２ａから脱離された二酸化炭素を回収する回収部に相当する。
この際、ＣＯ２回収タンク１６に向かって流路配管を流れる二酸化炭素の濃度及び流量が、ＣＯ２センサ１５によって検出される。制御装置１７は、ＣＯ２センサ１５の検出結果に基づき、一連の制御シーケンスの実行によってＣＯ２回収タンク１６に回収された二酸化炭素回収量を算出することができる。なお、ＣＯ２回収タンク１６に向かって流路配管を流れる二酸化炭素の濃度は、通常、１００％に近い濃度となる。このため、ＣＯ２センサ１５として、二酸化炭素の流量を検出することだけが可能なセンサを用いても良い。
また、脱離・回収モードは、二酸化炭素の脱離・回収を同時に行なうのではなく、電気化学セル１２ａからの二酸化炭素の脱離を先行して行い、二酸化炭素の脱離から所定時間経過後に、脱離された二酸化炭素の回収を開始しても良い。すなわち、脱離モードと回収モードとを分離し、回収モードの実行開始時間を脱離モードの実行開始時間よりも遅らせることにより、回収モードの実行時間を脱離モードの実行時間よりも短縮しても良い。この場合、脱離モードの開始時に、一旦、ポンプ１３の駆動が停止される。そして、ポンプ１３を停止したまま、電気化学セル１２ａの作用極と対極との間に脱離電位を印加して、作用極の二酸化炭素吸着材から二酸化炭素を脱離させる。脱離モードの開始から所定時間が経過し、ある程度、二酸化炭素の脱離が進行した状態で、回収モードを開始して、ポンプ１３を再駆動する。これにより、ポンプ１３は回収モードで駆動されるだけで済むので、ポンプ１３を効率的に駆動することが可能となる。ただし、ポンプ１３が駆動される回収モード中も、電気化学セル１２ａの作用極と対極との間には脱離電位が印加され、電気化学セル１２ａから二酸化炭素の脱離が継続される。すなわち、回収モードが実行されるとき、脱離モードの実行も継続されており、回収モードと脱離モードとが同時に実行される。
図２のフローチャートのステップＳ１７０では、制御装置１７が、脱離・回収モード実行時間又は回収モード実行時間（以下、回収モード実行時間と記載）が経過したか否かを判定する。回収モード実行時間は、制御装置１７によって設定される。ステップＳ１７０では、設定された回収モード実行時間が経過したか否かが判定される。
ステップＳ１７０の判定処理において、設定された回収モード実行時間が経過したと判定されるとステップＳ１８０に進む。一方、設定された回収モード実行時間が経過していないと判定されると、回収モード実行時間が経過するまで、ステップＳ１７０の判定処理が繰り返し実行される。
ステップＳ１８０では、回収モード終了処理が実行される。具体的には、制御装置１７は、流路開閉弁１１を開いて、回収器１２を外部に連通させる。ただし、流路開閉弁１１は、吸着モードの開始時に開かれるようにし、回収モードの終了時点では、閉じたままとしても良い。制御装置１７は、電気化学セル１２ａへの脱離電位の印加を停止する。制御装置１７は、ポンプ１３の駆動を停止する。制御装置１７は、流路切替弁１４を切り替えて、ポンプ１３の下流側の流路配管を外部に連通させる。このポンプ１３の下流側の流路配管の外部への連通も、吸着モードの開始時に行われても良い。さらに、制御装置１７は、回収モード実行時間をカウントするカウンタのカウント値のリセットなども行なう。
ここで、上述した電気化学セル１２ａの二酸化炭素吸着性能は、電気化学セル１２ａの繰り返しの使用により劣化する。二酸化炭素の吸着性能が劣化した電気化学セル１２ａは、洗浄や交換などのメンテナンスが必要となる。このため、電気化学セル１２ａの二酸化炭素の吸着性能の劣化を抑制し、メンテナンス期間を伸長することができれば、使用者の大きなメリットとなる。
電気化学セル１２ａの二酸化炭素の吸着性能の劣化を促進する要因の１つとして、例えば、大気中に含まれる塩分、黄砂、微小粒子状物質（例えば、ＰＭ２．５）などの物質が、電気化学セル１２ａに付着することが挙げられる。このような物質が、電気化学セル１２ａに付着すると、吸着材の二酸化炭素の吸着面積が減少する。このため、電気化学セル１２ａの二酸化炭素の吸着性能の劣化が促進されてしまう。逆に言えば、このような物質の電気化学セル１２ａへの付着を抑えることができれば、電気化学セル１２ａの二酸化炭素の吸着性能の劣化を抑制することが可能となる。
そこで、本開示による二酸化炭素回収システム１０は、大気中に含まれる、塩分、黄砂、微小粒子状物質などの物質に関する情報を取得し、その取得した情報に基づいて、少なくとも、二酸化炭素の回収のための制御を実行するか、実行しないかを切り替えるように構成される。これにより、塩分、黄砂、微小粒子状物質などの物質が電気化学セル１２ａに付着する可能性が高い状況では、制御装置１７は、二酸化炭素の回収のための制御を実行しないようにすることができる。その結果、電気化学セル１２ａへの物質の付着を抑えて、電気化学セル１２ａの二酸化炭素の吸着性能の劣化を抑制することが可能となる。
まず、大気中に含まれる塩分が電気化学セル１２ａに付着することを抑制するための塩害抑制処理について、図４のフローチャートを参照して説明する。図４のフローチャートに示す塩害抑制処理は、制御装置１７により、例えば、二酸化炭素回収システム１０の稼働開始時、二酸化炭素回収システム１０において一連の制御シーケンスの吸着モードの実行前、一連の制御シーケンスが実行されているとき定期的に、及び／又は一定の時刻に実行され得る。
最初に、ステップＳ２００において、制御装置１７は、二酸化炭素回収システム１０の設置場所に関する情報を取得する。上述したように、制御装置１７は、記憶部１８又はＧＰＳ受信機により、二酸化炭素回収システム１０の設置場所に関する情報を取得することができる。
ステップＳ２１０では、制御装置１７は、二酸化炭素回収システム１０の設置場所が沿岸地域に属するか否かを判定する。沿岸地域に関する情報は、制御装置１７が予め記憶しておいても良いし、外部サーバ２１から取得しても良い。記憶部１８に、二酸化炭素回収システム１０が塩害の発生する虞がある沿岸地域に設置されていることが記憶されている場合には、ステップＳ２１０では、その旨の情報が記憶されているか否か判定される。二酸化炭素回収システム１０が沿岸地域に設置されていると判定された場合、制御装置１７は、ステップＳ２２０の処理に進む。二酸化炭素回収システム１０が沿岸地域に設置されていないと判定された場合、塩害を抑制する必要はないので、制御装置１７は、ステップＳ２８０の処理に進む。
ステップＳ２２０では、制御装置１７は、風向き及び風速センサ２０の検出結果から、風向き及び風速に関する情報を取得する。例えば、制御装置１７は、所定期間における風向き及び風速をそれぞれ平均化することにより、風向き及び風速に関する情報を取得しても良い。そして、ステップＳ２３０において、制御装置１７は、風向きが海から陸地に向かう方向であるか否かを判定する。換言すれば、風向きが、大気中に塩分が多く含まれる方向であるか否かを判定する。ステップＳ２３０にて、風向きが海から陸地に向かう方向であると判定されると、制御装置１７は、ステップＳ２４０の処理に進む。一方、風向きが海から陸地に向かう方向ではないと判定されると、塩害の発生する虞は低いので、制御装置１７は、ステップＳ２８０の処理に進む。
ステップＳ２４０では、制御装置１７は、風速が第１基準以上の強風であるか否かを判定する。風速が第１基準値以上の強風である場合、海水が風によって巻き上げられ、二酸化炭素回収システム１０に吹き付けられる風には、多くの塩分が含まれる可能性がある。そのため、ステップＳ２４０において、風速が第１基準値以上と判定された場合、制御装置１７は、ステップＳ２５０の処理に進む。ステップＳ２５０では、制御装置１７は、二酸化炭素回収システム１０の稼働を停止することを決定する。これにより、制御装置１７は、上述した二酸化炭素回収のための一連の制御シーケンスの実行を停止する。この際、制御装置１７が、流路開閉弁１１を閉じ、及び／又は、流路切替弁１４をポンプ１３の下流側の配管とＣＯ２回収タンク１６とを連通する状態とすることにより、回収器１２内への大気導入経路が実質的に遮断され、塩分を含んだ大気が回収器１２内に侵入することを防ぐことができる。
一方、ステップＳ２４０において、風速が第１基準値未満と判定された場合、制御装置１７は、ステップＳ２６０の処理に進む。ステップＳ２６０では、制御装置１７は、風速が第１基準値未満で、かつ第２基準値以上のやや強い風であるか否かを判定する。風速が第１基準値未満で、かつ第２基準値以上のやや強い風である場合、制御装置１７は、ステップＳ２７０の処理に進む。ステップＳ２７０では、制御装置１７は、二酸化炭素回収システム１０を条件付きで稼働することを決定する。その条件とは、回収器１２への大気導入方向を、海から陸地に向かう風向きと逆向きにすることである。これにより、多くの塩分を含んだ大気を回収器１２内に導入することを抑制することができる。
例えば、回収器１２の導入孔に接続された流路配管の開口が海に向かって開かれている場合、制御装置１７は、上述した一連の制御シーケンスの吸着モードを実行する際、図５に点線矢印で示すように、陸地に向かって開かれている二酸化炭素が除去された大気を放出するための放出口から大気を取り入れ、ポンプ１３及び回収器１２を介して、回収器１２の導入孔に接続された流路配管の開口から外部に放出されるように、送風機１９の送風ファンを逆方向に回転駆動する。あるいは、回収器１２の導入孔に接続された流路配管の開口が陸地に向かって開かれている場合、制御装置１７は、吸着モードを実行する際、図３（ａ）に点線矢印で示すように、回収器１２の導入孔に接続された流路配管の開口から大気を取り入れ、回収器１２及びポンプ１３を介して、二酸化炭素が除去された大気を放出するための放出口から外部に放出されるように、送風機１９の送風ファンを順方向に回転駆動する。
一方、風速が第１基準値未満で、かつ第２基準値以上のやや強い風ではない、すなわち、風速が第２基準値未満の弱風であると判定された場合、塩害の発生する虞は低いので、制御装置１７は、ステップＳ２８０の処理に進む。ステップＳ２８０において、制御装置１７は、二酸化炭素回収システム１０を通常稼働することを決定する。
このようにして、制御装置１７は、塩害抑制処理において、二酸化炭素回収システム１０を停止するか、条件付きで稼働するか、それとも通常稼働するかを決定する。従って、塩分が電気化学セル１２ａに付着する可能性が高い状況では、制御装置１７は、二酸化炭素の回収のための一連の制御シーケンスを実行しないようにすることができる。さらに、やや強い風の中で二酸化炭素回収システム１０を稼働するにしても、極力、塩分が回収器１２内に導入されないようにすることができる。その結果、電気化学セル１２ａへの塩分の付着を抑えて、電気化学セル１２ａの二酸化炭素の吸着性能の劣化を抑制することが可能となる。なお、やや強い風の場合、二酸化炭素回収システム１０を条件付きで稼働するのではなく、稼働を停止させても良い。
次に、大気中に含まれる黄砂や微小粒子状物質（以下、ＰＭ２．５と言う）などの微粒子が電気化学セル１２ａに付着することを抑制するための微粒子付着抑制処理について、図６のフローチャートを参照して説明する。図６のフローチャートに示す微粒子付着抑制処理も、塩害抑制処理と同様に、制御装置１７により、例えば、二酸化炭素回収システム１０の稼働開始時、二酸化炭素回収システム１０において一連の制御シーケンスの吸着モードの実行前、一連の制御シーケンスが実行されているとき定期的に、及び／又は一定の時刻に実行され得る。
最初に、ステップＳ３００において、制御装置１７は、大気中に含まれる微粒子（黄砂及び／又はＰＭ２．５）の量に関する情報を取得する。上述したように、制御装置１７は、外部サーバ２１と通信することにより、二酸化炭素回収システム１０が設置された地域における、微粒子の量に関する情報を取得することができる。ステップＳ３１０では、制御装置１７は、風向き及び風速センサ２０から、風向き及び風速に関する情報を取得する。
そして、ステップＳ３２０において、制御装置１７は、大気中に含まれる微粒子の量が第３基準値以上であり、多量の微粒子が大気中に含まれているか否かを判定する。微粒子の量が第３基準値以上と判定された場合、制御装置１７は、ステップＳ３３０の処理に進む。ステップＳ３３０では、制御装置１７は、二酸化炭素回収システム１０の稼働を停止することを決定する。これにより、制御装置１７は、上述した二酸化炭素回収のための一連の制御シーケンスの実行を停止する。この際、制御装置１７が、流路開閉弁１１を閉じ、及び／又は、流路切替弁１４をポンプ１３の下流側の配管とＣＯ２回収タンク１６とを連通する状態とすることにより、回収器１２内への大気導入経路が実質的に遮断され、微粒子を含んだ大気が回収器１２内に侵入することを防ぐことができる。
一方、ステップＳ３２０において、大気中に含まれる微粒子の量が第３基準値未満と判定された場合、制御装置１７は、ステップＳ３４０の処理に進む。ステップＳ３４０では、制御装置１７は、大気中に含まれる微粒子の量が第３基準値未満で、かつ第４基準値以上であり、やや多い量の微粒子が大気中に含まれているか否かを判定する。微粒子の量が、第３基準値未満で、かつ第４基準値以上である場合、制御装置１７は、ステップＳ３５０の処理に進む。一方、微粒子の量が、第３基準値未満で、かつ第４基準値以上ではない、すなわち、第４基準値未満である場合、制御装置１７は、ステップＳ３７０の処理に進む。ステップＳ３７０では、大気中に含まれる微粒子の量がそれほど多くはないので、制御装置１７は、二酸化炭素回収システム１０を通常稼働することを決定する。
ステップＳ３５０では、制御装置１７は、風速が第５基準値未満の弱風であるか否かを判定する。なお、第５基準値は第２基準値と同じであっても良いし、異なっていても良い。風速が第５基準値未満の弱風である場合、制御装置１７は、ステップＳ３６０の処理に進む。ステップＳ３６０では、制御装置１７は、二酸化炭素回収システム１０を条件付きで稼働することを決定する。その条件とは、回収器１２への大気導入方向を、風向きと逆向きにすることである。これにより、やや多い量の微粒子を含んだ大気を回収器１２内に導入することを抑制することができる。一方、風速が第５基準値以上である場合、制御装置１７は、ステップＳ３３０の処理に進んで、二酸化炭素回収システム１０の稼働を停止することを決定する。
このようにして、制御装置１７は、微粒子付着抑制処理において、二酸化炭素回収システム１０を停止するか、条件付きで稼働するか、それとも通常稼働するかを決定する。従って、黄砂やＰＭ２．５などの微粒子が電気化学セル１２ａに付着する可能性が高い状況では、制御装置１７は、二酸化炭素の回収のための一連の制御シーケンスを実行しないようにすることができる。さらに、大気中の微粒子の量がやや多い状況の中で二酸化炭素回収システム１０を稼働するにしても、風向きと逆方向から大気を回収器１２内に導入することで、極力、微粒子が回収器１２内に進入しないようにすることができる。その結果、電気化学セル１２ａへの微粒子の付着を抑えて、電気化学セル１２ａの二酸化炭素の吸着性能の劣化を抑制することが可能となる。なお、大気中の微粒子の量がやや多い場合、二酸化炭素回収システム１０を条件付きで稼働するのではなく、稼働を停止させても良い。
以上、本開示の好ましい実施形態について説明したが、本開示は、上述した実施形態になんら制限されることなく、本開示の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することができる。
例えば、前述した実施形態では、電気化学セル１２ａを収容する筐体の個数には言及されていない。この筐体の個数は、１つのみであっても良いし、複数であっても良い。それぞれ電気化学セル１２ａを収容する筐体が複数設けられる場合、複数の筐体は、ＣＯ２回収タンク１６に対して並列に接続され得る。そして、制御装置１７は、複数の筐体の各々の電気化学セル１２ａから個別に二酸化炭素を回収する個別回収モードと、少なくとも２個以上の筐体の各々の電気化学セル１２ａから同時に二酸化炭素を回収する同時回収モードとを実行可能に構成されても良い。同時回収モードは、例えば、二酸化炭素回収システム１０の使用時間が所定時間に達したことなどに応じて実行されても良い。
上述した実施形態では、記憶部１８が制御装置１７の内部に設けられていたが、記憶部１８は、制御装置１７の外部に設けられても良い。あるいは、記憶部１８は、外部サーバ２１に設けられても良い。さらに、制御装置１７の少なくとも一部の処理が、外部サーバ２１によって実行されても良い。
最後に、この明細書には、以下に列挙する複数の技術的思想と、それらの複数の組み合わせが開示されている。
（技術的思想１）
電気化学反応によって、二酸化炭素を含有する大気から二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収システムであって、
筐体内に配置され、印加される電位に応じて、二酸化炭素を吸着したり、吸着した二酸化炭素を脱離したりする電気化学セル（１２ａ）と、
前記電気化学セルから脱離された二酸化炭素を回収する回収部（１１、１２、１３、１４、１６）と、
前記電気化学セルに吸着電位を印加して、筐体内に導入された大気に含まれる二酸化炭素を前記電気化学セルに吸着させ、前記電気化学セルに脱離電位を印加して、前記電気化学セルから二酸化炭素を脱離させ、前記回収部に回収させるように、前記電気化学セル及び前記回収部を制御する制御部（１７）と、
大気に含まれる、前記電気化学セルに付着する可能性がある物質に関する情報を取得する情報取得部（Ｓ２００、Ｓ２２０、Ｓ３００、Ｓ３１０）と、を備え、
前記制御部は、前記情報取得部によって取得された情報に基づいて、少なくとも、二酸化炭素の回収のための制御を実行するか、実行しないかを切り替えるように構成される二酸化炭素回収システム。
（技術的思想２）
前記制御部が、二酸化炭素の回収のための制御を実行しないことは、前記筐体内への大気導入経路を遮断することが含まれる、技術的思想１に記載の二酸化炭素回収システム。
（技術的思想３）
前記電気化学セルに付着する可能性がある物質は、塩分、黄砂、微小粒子状物質の内の少なくとも１つを含む、技術的思想１又は２に記載の二酸化炭素回収システム。
（技術的思想４）
前記電気化学セルに付着する可能性がある物質が塩分である場合、前記情報取得部は、前記電気化学セルに付着する可能性がある物質に関する情報として、前記二酸化炭素回収システムが設置された場所、風向き、及び風速を取得し、
前記制御部は、前記二酸化炭素回収システムが設置された場所が沿岸地域であり、風向きが海から陸地に向かっており、かつ、風速が第１基準値以上である場合、二酸化炭素の回収のための制御を実行しないように構成される技術的思想３に記載の二酸化炭素回収システム。
（技術的思想５）
ファンの順方向の回転により、前記筐体内に向けて大気を送り込む送風部（１９）を備え、
前記送風部は、前記ファンを逆方向に回転させることにより、前記筐体内に導入される大気の流れを逆向きにすることが可能であり、
前記制御部は、風速が前記第１基準値よりも低く、第２基準値以上である場合、前記筐体内に導入される大気の流れの向きが、海から陸地に向かう風向きとは逆となるように、前記送風部を制御しつつ、二酸化炭素の回収のための制御を実行するように構成される技術的思想４に記載の二酸化炭素回収システム。
（技術的思想６）
前記電気化学セルに付着する可能性がある物質が黄砂又は微小粒子状物質である場合、前記情報取得部は、前記電気化学セルに付着する可能性がある物質に関する情報として、大気中に含まれる黄砂又は微小粒子状物質の量に関する情報を取得し、
前記制御部は、大気中に含まれる黄砂又は微小粒子状物質の量が第３基準値以上である場合、二酸化炭素の回収のための制御を実行しないように構成される技術的思想３乃至５のいずれか１項に記載の二酸化炭素回収システム。
（技術的思想７）
ファンの順方向の回転により、前記筐体内に向けて大気を送り込む送風部（１９）を備え、
前記送風部は、前記ファンを逆方向に回転させることにより、前記筐体内に導入される大気の流れを逆向きにすることが可能であり、
前記情報取得部は、前記情報として、風向き及び風速を取得し、
前記制御部は、大気中に含まれる黄砂又は微小粒子状物質の量が前記第３基準値よりも低く、第４基準値以上であって、風速が第５基準値よりも低い場合、前記筐体内に導入される大気の流れの向きが、取得された風向きとは逆となるように、前記送風部を制御しつつ、二酸化炭素の回収のための制御を実行するように構成される技術的思想６に記載の二酸化炭素回収システム。
１０：二酸化炭素回収システム１０、１１：流路開閉弁、１２：回収器、１２ａ：電気化学セル、１３：ポンプ、１４：流路切替弁、１５：ＣＯ２センサ、１６：ＣＯ２回収タンク、１７：制御装置、１８：記憶部、１９：送風機、２０：風向き及び風速センサ、２１：外部サーバ

Claims (7)

  1. 電気化学反応によって、二酸化炭素を含有する大気から二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収システムであって、
    筐体内に配置され、印加される電位に応じて、二酸化炭素を吸着したり、吸着した二酸化炭素を脱離したりする電気化学セル（１２ａ）と、
    前記電気化学セルから脱離された二酸化炭素を回収する回収部（１１、１２、１３、１４、１６）と、
    前記電気化学セルに吸着電位を印加して、筐体内に導入された大気に含まれる二酸化炭素を前記電気化学セルに吸着させ、前記電気化学セルに脱離電位を印加して、前記電気化学セルから二酸化炭素を脱離させ、前記回収部に回収させるように、前記電気化学セル及び前記回収部を制御する制御部（１７）と、
    大気に含まれる、前記電気化学セルに付着する可能性がある物質に関する情報を取得する情報取得部（Ｓ２００、Ｓ２２０、Ｓ３００、Ｓ３１０）と、を備え、
    前記制御部は、前記情報取得部によって取得された情報に基づいて、少なくとも、二酸化炭素の回収のための制御を実行するか、実行しないかを切り替えるように構成される二酸化炭素回収システム。
  2. 前記制御部が、二酸化炭素の回収のための制御を実行しないことは、前記筐体内への大気導入経路を遮断することが含まれる、請求項１に記載の二酸化炭素回収システム。
  3. 前記電気化学セルに付着する可能性がある物質は、塩分、黄砂、微小粒子状物質の内の少なくとも１つを含む、請求項１又は２に記載の二酸化炭素回収システム。
  4. 前記電気化学セルに付着する可能性がある物質が塩分である場合、前記情報取得部は、前記電気化学セルに付着する可能性がある物質に関する情報として、前記二酸化炭素回収システムが設置された場所、風向き、及び風速を取得し、
    前記制御部は、前記二酸化炭素回収システムが設置された場所が沿岸地域であり、風向きが海から陸地に向かっており、かつ、風速が第１基準値以上である場合、二酸化炭素の回収のための制御を実行しないように構成される請求項３に記載の二酸化炭素回収システム。
  5. ファンの順方向の回転により、前記筐体内に向けて大気を送り込む送風部（１９）を備え、
    前記送風部は、前記ファンを逆方向に回転させることにより、前記筐体内に導入される大気の流れを逆向きにすることが可能であり、
    前記制御部は、風速が前記第１基準値よりも低く、第２基準値以上である場合、前記筐体内に導入される大気の流れの向きが、海から陸地に向かう風向きとは逆となるように、前記送風部を制御しつつ、二酸化炭素の回収のための制御を実行するように構成される請求項４に記載の二酸化炭素回収システム。
  6. 前記電気化学セルに付着する可能性がある物質が黄砂又は微小粒子状物質である場合、前記情報取得部は、前記電気化学セルに付着する可能性がある物質に関する情報として、大気中に含まれる黄砂又は微小粒子状物質の量に関する情報を取得し、
    前記制御部は、大気中に含まれる黄砂又は微小粒子状物質の量が第３基準値以上である場合、二酸化炭素の回収のための制御を実行しないように構成される請求項３に記載の二酸化炭素回収システム。
  7. ファンの順方向の回転により、前記筐体内に向けて大気を送り込む送風部（１９）を備え、
    前記送風部は、前記ファンを逆方向に回転させることにより、前記筐体内に導入される大気の流れを逆向きにすることが可能であり、
    前記情報取得部は、前記情報として、風向き及び風速を取得し、
    前記制御部は、大気中に含まれる黄砂又は微小粒子状物質の量が前記第３基準値よりも低く、第４基準値以上であって、風速が第５基準値よりも低い場合、前記筐体内に導入される大気の流れの向きが、取得された風向きとは逆となるように、前記送風部を制御しつつ、二酸化炭素の回収のための制御を実行するように構成される請求項６に記載の二酸化炭素回収システム。
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