JP6793926B2 - 有機物生成方法および有機物生成システム - Google Patents

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Description

本発明は、二酸化炭素から有機物を生成する有機物生成方法および有機物生成システムに関する。
近年、大気中の二酸化炭素の増加による地球温暖化への影響が懸念されており、二酸化炭素の排出量抑制の要請がある。
例えば、特許文献１に開示された燃料製造装置は、水蒸気及び二酸化炭素を所定のモル比とするように流量を調節した後に、これら水蒸気及び二酸化炭素を電力が加えられたアノード電極及びカソード電極のうちのカソード電極側に供給して電気分解する。そして、この電気分解により生成された水素及び一酸化炭素を冷却かつ加圧した後に、触媒を通して燃料を合成する。この燃料製造装置では、水蒸気及び二酸化炭素を高温に加熱して電気分解を促進することにより燃料合成の効率を高めて、二酸化炭素の排出量を抑制している。
特開２０１３−１１９５５６号公報
しかしながら、上記燃料製造装置では、電気分解の促進のために、水蒸気及び二酸化炭素を６００℃〜１１００℃の高温に加熱していることから、このような高温環境を実現するために装置構成が複雑になってしまうとともに、電気分解以外で用いるエネルギー量が多大となってしまうという問題があった。
本発明は、かかる問題を解決することを目的としている。即ち、本発明は、低温環境下でも有機物を効率的に生成できる有機物生成方法および有機物生成システムを提供することを目的としている。
本発明者らは、二酸化炭素を含ませた水溶液を電気分解して有機物を生成する方法を採用するとともに、この方法において水溶液のｐＨに着目して鋭意試験を繰り返し実施した結果、低温環境下において当該水溶液のｐＨが特定の範囲内に含まれるときに有機物を効率的に生成できることを見出し本発明に至った。
請求項１に記載された発明は、上記課題を解決するために、二酸化炭素を含ませた水溶液を電気分解して有機物を生成する方法であって、前記電気分解の際の前記水溶液のｐＨを５〜１０の範囲内に制御することを特徴とする有機物生成方法である。
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、生成用容器内で水に二酸化炭素を吸収させて前記水溶液を生成する水溶液生成工程と、前記水溶液を前記生成用容器から別体の電解用容器に移動させる移動工程と、前記水溶液を前記電解用容器内で電気分解する電解工程と、を含み、前記生成用容器内において前記水溶液のｐＨを５〜１０の範囲内に制御することを特徴とするものである。
請求項３に記載された発明は、請求項２に記載された発明において、前記電解工程において、前記電解用容器内の前記水溶液を流動させることを特徴とするものである。
請求項４に記載された発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載された発明において、前記水溶液に塩基を添加することにより前記電気分解の際の前記水溶液のｐＨを５〜１０の範囲内に制御することを特徴とするものである。
請求項５に記載された発明は、上記課題を達成するために、二酸化炭素を含ませた水溶液を生成する水溶液生成部と、前記水溶液生成部によって生成された前記水溶液を電気分解する電気分解部と、前記電気分解の際の前記水溶液のｐＨを５〜１０の範囲内に制御するｐＨ制御部と、を備えていることを特徴とする有機物生成システムである。
請求項６に記載された発明は、請求項５に記載された発明において、前記水溶液生成部が、内部で水に二酸化炭素を吸収させて前記水溶液が生成される生成用容器を有し、前記電気分解部が、内部で前記水溶液が電気分解される、前記生成用容器と別体の電解用容器を有し、前記ｐＨ制御部が、前記生成用容器内において前記水溶液のｐＨを５〜１０の範囲内に制御し、前記生成用容器から前記電解用容器に前記水溶液を移動させる移動手段をさらに備えていることを特徴とするものである。
請求項７に記載された発明は、請求項６に記載された発明において、前記電解用容器内の前記水溶液を流動させる流動手段をさらに備えていることを特徴とするものである。
請求項８に記載された発明は、請求項７に記載された発明において、前記電気分解部が、前記電解用容器内に交互に並べて配置された複数の陽極及び複数の陰極と、前記電解用容器内を前記複数の陽極及び前記複数の陰極のそれぞれを個別に収容する複数の収容部分に区画する複数の隔膜と、を有するとともに、前記水溶液が、前記複数の収容部分に分かれて一方向に流動し通過した直後に前記電解用容器から排出されるように構成されていることを特徴とするものである。
請求項９に記載された発明は、請求項７に記載された発明において、前記電気分解部が、前記電解用容器内に交互に並べて配置された複数の陽極及び複数の陰極と、前記電解用容器内を前記複数の陽極及び前記複数の陰極のそれぞれを個別に収容する複数の収容部分に区画する複数の隔膜と、を有するとともに、前記水溶液が、前記複数の収容部分のうちの前記複数の陰極が収容された収容部分内のみを一方向に流動し、当該収容部分を通過した直後に前記電解用容器から排出され、前記水溶液と隔離された別の電解質水溶液が、前記複数の収容部分のうちの前記複数の陽極が収容された収容部分内のみを一方向に流動し、当該収容部分を通過した直後に前記電解用容器から排出されるように構成されていることを特徴とするものである。
請求項１０に記載された発明は、請求項８又は９に記載された発明において、前記複数の陽極と前記複数の陰極とが、平板状に形成されているとともにそれぞれが平行に配置され、前記複数の陽極及び前記複数の陰極のうちの隣接する前記陽極及び前記陰極がそれぞれ組をなし、前記組をなす前記陽極及び前記陰極の電極間空間距離が、２．５ｍｍ以下であることを特徴とするものである。
請求項１１に記載された発明は、請求項１０に記載された発明において、前記複数の陽極及び前記複数の陰極のうちの少なくとも一方の複数の電極には、１又は複数の開口が設けられていることを特徴とするものである。
請求項１２に記載された発明は、請求項５〜１１のいずれか一項に記載された発明において、前記ｐＨ制御部が、前記水溶液に塩基を添加することにより前記電気分解の際の前記水溶液のｐＨを５〜１０の範囲内に制御することを特徴とするものである。
請求項１３に記載された発明は、請求項５〜１２のいずれか一項に記載された発明において、有機物を抽出する有機物抽出部をさらに備え、前記有機物抽出部が、前記電気分解部による電気分解により生じた気体に含まれる有機物を抽出する気体有機物抽出手段及び前記電気分解部による電気分解がされたあとの前記水溶液に含まれる有機物を抽出する液体有機物抽出手段のうちの少なくとも一方を有していることを特徴とするものである。
請求項１４に記載された発明は、請求項１３に記載された発明において、前記有機物抽出部が、前記液体有機物抽出手段を有し、前記液体有機物抽出手段によって有機物が抽出されたあとの前記水溶液を前記水溶液生成部に送る送液手段をさらに備えていることを特徴とするものである。
請求項１に記載された発明によれば、二酸化炭素を含ませた水溶液における電気分解する際のｐＨを５〜１０の範囲内に制御する。このようにしたことから、水溶液の平衡状態が、炭酸水素イオンがより多く存在する状態となる方向に傾き、そのため、より多くの炭酸水素イオンが電気分解されることにより有機物が多く生成される。したがって、低温環境下でも有機物を効率的に生成できる。
請求項２に記載された発明によれば、生成用容器内で水に二酸化炭素を吸収させて二酸化炭素を含ませた水溶液を生成し、生成した水溶液を生成用容器から別体の電解用容器に移動させ、移動させた水溶液を電解用容器内で電気分解する。また、生成用容器内において水溶液のｐＨを５〜１０の範囲内に制御する。このようにしたことから、水溶液をそのｐＨを制御する生成用容器から別体の電解用容器に移動させるので、例えば、水溶液の生成及び電気分解を同時に一の容器内で行う場合に比べて、ｐＨを制御する際に電気分解によるｐＨの変化の影響を受けることがなく、そのため、溶液のｐＨの制御の精度低下を抑制できる。したがって、低温環境下でも有機物をより効率的に生成できる。
請求項３に記載された発明によれば、電気分解を行う電解工程において、電解用容器内の水溶液を流動させる。このようにしたことから、水溶液の流動によって、電気分解により電極の表面に生じる気泡が流れ去り、そのため、当該気泡による電気抵抗の増加を抑制することができる。したがって、低温環境下でも有機物をより効率的に生成できる。
請求項４に記載された発明によれば、二酸化炭素を含ませた水溶液又はその溶媒である水に塩基を添加することにより電気分解の際の水溶液のｐＨを５〜１０の範囲内に制御する。このようにしたことから、例えば、二酸化炭素を含ませる量（即ち、濃度）によりｐＨを制御する場合に比べて、塩基の添加量を調整することにより水溶液のｐＨを容易に精度よく制御することができる。したがって、低温環境下でも有機物をより効率的に生成できる。
請求項５に記載された発明によれば、二酸化炭素を含ませた水溶液を生成する水溶液生成部と、水溶液生成部によって生成された水溶液を電気分解する電気分解部と、電気分解部による電気分解の際の水溶液のｐＨを５〜１０の範囲内に制御するｐＨ制御部と、を備えている。このようにしたことから、ｐＨ制御部の制御によって、水溶液の平衡状態が、炭酸水素イオンがより多く存在する状態となる方向に傾き、そのため、より多くの炭酸水素イオンが電気分解されることにより有機物が多く生成される。したがって、低温環境下でも有機物を効率的に生成できる。
請求項６に記載された発明によれば、水溶液生成部が、内部で水に二酸化炭素を吸収させて二酸化炭素を含ませた水溶液が生成される生成用容器を有し、電気分解部が、内部で上記水溶液が電気分解される、生成用容器と別体の電解用容器を有し、ｐＨ制御部が、生成用容器内において水溶液のｐＨを５〜１０の範囲内に制御する。そして、生成用容器から電解用容器に水溶液を移動させる移動手段をさらに備えている。このようにしたことから、水溶液をそのｐＨを制御する生成用容器から別体の電解用容器に移動させるので、例えば、水溶液の生成及び電気分解を同時に一の容器で行う場合に比べて、ｐＨを制御する際に電気分解によるｐＨの変化の影響を受けることがなく、そのため、溶液のｐＨの制御の精度低下を抑制できる。したがって、低温環境下でも有機物をより効率的に生成できる。
請求項７に記載された発明によれば、電解用容器内の水溶液を流動させる流動手段をさらに備えている。このようにしたことから、水溶液の流動によって、電気分解により電極の表面に生じる気泡が流れ去り、そのため、当該気泡による電気抵抗の増加を抑制することができる。したがって、低温環境下でも有機物をより効率的に生成できる。
請求項８に記載された発明によれば、二酸化炭素を含ませた水溶液が、複数の陽極及び複数の陰極のそれぞれを個別に収容する複数の収容部分に分かれて各収容部分内を一方向に流動して通過した直後に前記電解用容器から排出される。このようにしたことから、電気分解されたあとの陽極側の水溶液は、当該電気分解により陽極表面に生じた酸素を含むところ、この酸素が再度陽極に接することを防ぐことができ、また、陽極と陰極とが隔膜により隔離されていることから、この酸素が陰極に接することも防ぐことができる。そのため、酸素の接触による電極の劣化を抑制することができる。したがって、低温環境下でも有機物をより効率的に生成できる。
請求項９に記載された発明によれば、二酸化炭素を含ませた水溶液が、複数の収容部分のうちの複数の陰極が収容された収容部分内のみを一方向に流動し、当該収容部分を通過した直後に電解用容器から排出される。また、上記水溶液と隔離された別の電解質水溶液が、複数の収容部分のうちの複数の陽極が収容された収容部分内のみを一方向に流動し、当該収容部分を通過した直後に電解用容器から排出される。このようにしたことから、電気分解されたあとの陽極側の水溶液は、当該電気分解により陽極表面に生じた酸素を含むところ、この酸素が再度陽極に接することを防ぐことができ、また、陽極と陰極とが隔膜により隔離されていることから、この酸素が陰極に接することも防ぐことができる。さらに、電気分解後の水溶液を再利用する構成において、このような再利用の水溶液には電気分解により生じた酸素が溶存していることがあるところ、陽極側の水溶液と陰極側の水溶液とを隔離することにより、溶存酸素が陰極に接することを防ぐことができる。そのため、酸素の接触による電極の劣化を抑制することができる。したがって、低温環境下でも有機物をより効率的に生成できる。
請求項１０に記載された発明によれば、複数の陽極と複数の陰極とが、平板状に形成されているとともにそれぞれが平行に配置され、複数の陽極及び複数の陰極のうちの隣接する陽極及び陰極のそれぞれが組をなし、組をなす陽極及び陰極の電極間空間距離が、２．５ｍｍ以下である。このようにしたことから、電気分解においては電極の間隔が狭いほど効率が良好になる一方で、水溶液が電極間を流動しにくくなり電極表面の気泡除去が妨げられて、良好な効率を維持することが困難となるところ、複数の陽極と複数の陰極との間隔を上記範囲内に設定することで、電気分解の効率とその維持を適切にバランスさせることができる。
請求項１１に記載された発明によれば、複数の陽極及び複数の陰極のうちの少なくとも一方の複数の電極には、１又は複数の開口が設けられている。このようにしたことから、水溶液が電極間をより流動しやすくなり電極表面の気泡除去が促進されて、電気分解の効率をより適切に維持することができる。
請求項１２に記載された発明によれば、ｐＨ制御部が、水溶液又はその溶媒である水に塩基を添加することにより電気分解の際の水溶液のｐＨを５〜１０の範囲内に制御する。このようにしたことから、例えば、二酸化炭素を含ませる量（即ち、濃度）によりｐＨを制御する場合に比べて、塩基の添加量を調整することにより水溶液のｐＨを容易に精度よく制御することができる。したがって、低温環境下でも有機物をより効率的に生成できる。
請求項１３に記載された発明によれば、有機物を抽出する有機物抽出部をさらに備え、有機物抽出部が、電気分解部による電気分解により生じた気体に含まれる有機物を抽出する気体有機物抽出手段及び電気分解部による電気分解がされたあとの水溶液に含まれる有機物を抽出する液体有機物抽出手段のうちの少なくとも一方を有している。このようにしたことから、電気分解により生じた気体状の有機物又は水溶性の有機物の少なくとも一方を得ることができる。
請求項１４に記載された発明によれば、有機物抽出部が、液体有機物抽出手段を有し、液体有機物抽出手段によって有機物が抽出されたあとの水溶液を水溶液生成部に送る送液手段をさらに備えている。このようにしたことから、電気分解後の水溶液に再度二酸化炭素を含ませて再利用することができる。
本発明の一実施形態の有機物生成装置の概略構成図である。 図１の有機物生成装置が備えるガス吸収部の構成を説明する図である。 図１の有機物生成装置が備える電解合成部及び有機物生成部の構成を説明する図である。 図２の電解合成部の陽極、陰極及び隔膜の配置について説明する図である。 図２のガス吸収部の変形例の構成を説明する図である。 図３の電解合成部及び有機物生成部の変形例の構成を説明する図である。 電気分解による有機物の生成を行う水溶液の水素イオン指数と全有機炭素量比との関係の一例を示すグラフである。 電気分解による有機物の生成に用いる電極の陽極及び陰極の距離（電極間空間距離）と全有機炭素量比との関係の一例を示すグラフである。 電気分解による有機物の生成に用いる電極の開口率と全有機炭素量比との関係の一例を示すグラフである。 電気分解を行う電気分解層内を流れる水溶液の流速と全有機炭素量比との関係の一例を示すグラフである。
以下、本発明の一実施形態の有機物生成装置について、図１〜図４を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態の有機物生成装置の概略構成図である。図２は、図１の有機物生成装置が備えるガス吸収部の構成を説明する図である。図３は、図１の有機物生成装置が備える電解合成部及び有機物生成部の構成を説明する図である。図４は、図２の電解合成部の陽極、陰極及び隔膜の配置について説明する図である。
本実施形態の有機物生成装置は、水（Ｈ2Ｏ）に二酸化炭素（ＣＯ2）を吸収させた水溶液を電気分解して、電気分解により生じた気体から気体状有機物を抽出し、電気分解後の水溶液から水溶性有機物を抽出するものである。抽出する有機物は、例えば、メタン（ＣＨ4）、エタン（Ｃ2Ｈ6）、エチレン（Ｃ2Ｈ4）、メタノール（ＣＨ4Ｏ）、エタノール（Ｃ2Ｈ6Ｏ）、プロパノール（Ｃ3Ｈ8Ｏ）、ホルムアルデヒド（ＣＨ2Ｏ）及びギ酸（ＣＨ2Ｏ2）などがある。もちろん、これらは一例であって、各種条件を調整することによりこれら以外の有機物も生成され得る。
図１に示すように、本実施形態の有機物生成装置１は、水溶液生成部としてのガス吸収部１０と、電気分解部としての電解合成部２０と、有機物抽出部３０と、送液手段としての処理済水溶液回収部４０と、ｐＨ制御部としての制御部５０と、を備えている。
ガス吸収部１０は、水に二酸化炭素を吸収させた水溶液を生成する。また、ガス吸収部１０において、生成した水溶液のｐＨが特定の範囲内に含まれるように制御する。図２に示すように、ガス吸収部１０は、生成用容器としてのガス吸収槽１１と、ｐＨ計測用配管１２と、ｐＨ計測用ポンプ１３と、ｐＨ計１４と、ｐＨ調整用薬剤槽１５と、薬剤投入ポンプ１６と、移送配管１７と、移送ポンプ１８と、を有している。
ガス吸収槽１１は、その内部で二酸化炭素を吸収させた水溶液を生成する容器である。ガス吸収槽１１には、気相部に外部から気体状の二酸化炭素を供給する図示しない配管及び気相部から余分な二酸化炭素を排出する図示しない配管が接続されている。ガス吸収槽１１の天井壁内側には、噴霧器１１ａが設けられている。ガス吸収槽１１には、図示しない調温装置が設けられており内部の水溶液の温度を調整可能としている。
ｐＨ計測用配管１２は、一端がガス吸収槽１１の液相部に接続され、他端が噴霧器１１ａに接続されている。ｐＨ計測用配管１２には、後述する処理済水溶液回収部４０の処理済水溶液配管４１が合流するように接続されている。また、ｐＨ計測用配管１２には、外部から水を供給する図示しない配管も合流するように接続されている。
ｐＨ計測用ポンプ１３は、ガス吸収槽１１の液相部である水溶液をｐＨ計測用配管１２の一端から他端に向けて流動させる。これにより、ｐＨ計測用配管１２の他端まで流動してきた水溶液が噴霧器１１ａから気相部中に噴霧されて、霧状の水溶液が二酸化炭素を吸収しながら液相部に落下する。
ｐＨ計１４は、ｐＨ計測用配管１２を流動する水溶液のｐＨを計測する。ｐＨ計１４は、後述する制御部５０に接続されており、計測したｐＨに応じた信号を制御部５０に送信する。
ｐＨ調整用薬剤槽１５は、ガス吸収槽１１内の水溶液のｐＨの制御に用いる薬剤である塩基を収容している。この薬剤は、例えば、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、炭酸ナトリウム（Ｎａ2ＣＯ3）、炭酸カリウム（Ｋ2ＣＯ3）、炭酸リチウム（ＬｉＨＣＯ3）、炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ3）、炭酸水素カリウム（ＫＨＣＯ3）、硫酸カリウム（Ｋ2ＳＯ4）及び硫酸（Ｈ2ＳＯ4）のうちから選択した１又は複数の物質である。もちろん、これらは一例であって、水溶液に投入した際に塩基として働くものであれば、本発明の目的に反しない限り、上記以外のものであってもよい。ｐＨ調整用薬剤槽１５は、処理済水溶液配管４１に接続されており、薬剤投入ポンプ１６によって、ｐＨ調整用薬剤槽１５に収容された薬剤が処理済水溶液配管４１内を流動する水溶液に投入される。薬剤が投入された水溶液は噴霧器１１ａから噴霧され、ガス吸収槽１１内の水溶液のｐＨが調整される。薬剤投入ポンプ１６は、制御部５０に接続されており、制御部５０からの制御信号に基づいて動作する。
移送配管１７は、一端がガス吸収槽１１の液相部に接続されており、他端が後述する電解合成部２０に接続されている。移送ポンプ１８は、ガス吸収槽１１の液相部である水溶液を移送配管１７の一端から他端に向けて流動させる。これにより、ガス吸収槽１１内の水溶液が移送配管１７を通じて電解合成部２０に移動される。移送配管１７及び移送ポンプ１８は、ガス吸収部１０から電解合成部２０に水溶液を移動させる移動手段を構成する。移送ポンプ１８は、制御部５０に接続されており、制御部５０からの制御信号に基づいて動作する。
電解合成部２０は、二酸化炭素を吸収させた水溶液を電気分解する。図３に示すように、電解合成部２０は、電解用容器としての電気分解槽２１と、複数の陽極２２と、複数の陰極２３と、複数の隔膜２４と、陽極側排出配管２６と、陰極側排出配管２７と、を有している。
電気分解槽２１は、ガス吸収槽１１から水溶液が移動されて、その内部で当該水溶液が電気分解される容器である。電気分解槽２１内には、複数の陽極２２と複数の陰極２３と複数の隔膜２４とが所定の順序で並べて配置されている。具体的には、図４に示すように、陽極２２と陰極２３とが対向配置されるとともにこれらの間に隔膜２４が配置されたものを１組の電極セットＳとし、この電極セットＳが一方向（図４左右方向）に複数配列されている（Ｓ［１］〜Ｓ［ｎ］）。また、各電極セットＳ［１］〜Ｓ［ｎ］間にはこれらに含まれない隔膜２４が配置されており、さらに、各電極セットＳ［１］〜Ｓ［ｎ］の配列方向両端には電気分解層２１の一部が隔壁２１ａとして配置されている。
複数の陽極２２は、それぞれが図示しない電源装置の正極に接続されており、複数の陰極２３は、それぞれが図示しない電源装置の負極に接続されており、複数の陽極２２及び複数の陰極２３間には、水溶液の電気分解に適切な電圧（例えば、電流密度が８００ｍＡ／ｃｍ2以下となり、かつ、電気分解槽２１内の反応温度が２０℃〜８０℃の範囲内となる電圧）が印加されている。この電源装置は、所望の電圧及び電流を出力するものであり、商用電源から電力を得ているが、これ以外にも、太陽光、太陽熱、水力、風力、地熱、波力等の自然エネルギーを利用した電源装置や、燃料電池等の電源装置などを用いてもよい。
複数の陽極２２及び複数の陰極２３の母材は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、鉛（Ｐｂ）等の金属材料、カーボン（Ｃ）、又は、導電性セラミックで構成されている。もちろん、これらは一例であって、電気分解用の電極として適切な材料であれば、本発明の目的に反しない限り、上記以外のものであってもよい。
また、複数の陰極２３は、それぞれが二酸化炭素還元触媒として広く知られている材料、例えばチタン（Ｔｉ）などの第４族元素、ルテニウム（Ｒｕ）など第８族元素、銅（Ｃｕ）などの第１２族元素の金属材料、それらの金属を有する酸化物、それらの金属とポリピリジン化合物あるいはポリピロール化合物を有する金属錯体、又は、ＧａＰなどの半導体材料を担持している。または、複数の陰極２３は、これら材料を担持せずに上記母材のみで構成されていてもよい。
複数の陽極２２及び複数の陰極２３は、それぞれ矩形平板状に形成されており、互いに平行に配置されている。また、上述したように、複数の陽極２２及び複数の陰極２３は、隔壁２４を間に挟んで隣接する陽極２２及び陰極２３がそれぞれ組をなしている。１組の電極セットＳに含まれる陽極２２と陰極２３との電極間空間距離は、下限が０ｍｍ以上であれば問題ないが、０．５ｍｍ以上であることが好ましく、また、上限は２．５ｍｍ以下であり、２ｍｍ以下であることが好ましい。即ち、電極間空間距離は、０ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲内に含まれるように設定されており、好ましくは当該電極間空間距離が０．５ｍｍ〜２ｍｍの範囲内に含まれるように設定される。ここで電極間空間距離とは、陽極２２と陰極２３との距離から隔膜２４の厚さを差し引いたものであり、陽極２２と隔膜２４との間の距離ａと陰極２３と隔膜２４との間の距離ｂとを足し合わせたものである（図４）。例えば、電極間空間距離が０ｍｍとは、陽極２２と陰極２３とがこれら間の隔膜２４に接している状態を意味する。電極間空間距離が広すぎると印加する電圧を高くしなければならず、電極間空間距離が狭すぎると水溶液が流動しづらくなり、電気分解により電極（即ち、陽極２２及び陰極２３）表面に生じた気泡が当該表面に留まって電気抵抗が増加してしまうので、上記範囲内に設定することで、これらを適切にバランスさせることができる。
複数の陽極２２及び複数の陰極２３のそれぞれには、複数の開口が全体に一様（メッシュ状）に配列されて設けられている。または、比較的大きめの開口が１又は数個程度設けられたものであってもよい。開口は、例えば、円形、多角形、星形などに形成されている。このように、陽極２２及び陰極２３のそれぞれに開口を設けることにより、陽極２２及び陰極２３の周囲で水溶液が流動しやすくなる。図４の拡大円内において、陽極２２及び陰極２３に複数の開口が設けられていることを表現するため、これらを破線状に記載している。
また、複数の陽極２２及び複数の陰極２３の外形投影面積に対する総開口面積の割合（即ち、開口率）が１０％〜７０％の範囲内に含まれるように開口が設けられており、好ましくは開口率が２０％〜６０％の範囲内に含まれるように開口が設けられる。これは、開口率が低すぎると開口の作用が発揮されず、開口率が高すぎると電極表面積が小さくなり電気分解の効率が低下してしまうので、これらを適切にバランスさせるためである。
また、電気分解槽２１内には各電極セットＳ［１］〜Ｓ［ｎ］に含まれる隔膜２４及び含まれない隔膜２４が配設されており、換言すると、これら複数の隔膜２４が電気分解槽２１内を複数の陽極２２と複数の陰極２３とを個別に収容する複数の収容部分２５に区画している。つまり、隣接する陽極２２と陰極２３との間には隔膜２４が配設されており、隔膜２４によって陽極２２と陰極２３とが隔離されている。これら複数の隔膜２４は、例えば、膜厚が０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍ程度とされ、ポリエチレンやポリプロピレン等の材料を主体としてイオン交換特性等を付与する表面処理が施されているものなどで構成されている。また、隣接する隔膜２４（即ち、電極セットＳに含まれる隔膜２４と含まれない隔膜２４）間の距離は数ｃｍ程度としている。
複数の隔膜２４により区画された複数の収容部分２５のそれぞれには、それらに対応して複数に枝分かれされた移送配管１７の他端が接続されている。また、複数の収容部分２５のうちの陽極２２が収容された収容部分２５（以下、「陽極収容部分２５」という）のそれぞれには、それらに対応して複数に枝分かれされた陽極側排出配管２６の一端が、陽極２２を挟んで移送配管１７の他端と対向するように接続されている。また、複数の収容部分２５のうち陰極２３が収容された収容部分２５（以下、「陰極収容部分２５」という）のそれぞれには、それらに対応して複数に枝分かれされた陰極側排出配管２７の一端が、陰極２３を挟んで移送配管１７の他端と対向するように接続されている。
これにより、移送ポンプ１８により移送配管１７内を流動された水溶液が、複数の収容部分２５内に流れ込んでこれらの内部を一方向に流動したのち、陽極側排出配管２６及び陰極側排出配管２７に流れ込んでこれらを通じて電気分解槽２１から排出される。陽極側排出配管２６の他端及び陰極側排出配管２７の他端は、有機物抽出部３０に接続されている。
複数の収容部分２５内を流動する水溶液の流速、即ち、複数の陽極２２及び複数の陰極２３の表面を流動する水溶液の流速は、ガス吸収部１０の移送ポンプ１８により特定の範囲内に含まれるように調整される。移送ポンプ１８は、流動手段に相当する。もちろん、これに限定されるものでなく、例えば、電気分解槽２１内に水溶液を流動させる流動手段を設けてもよい。
有機物抽出部３０は、電気分解されたあとの水溶液に含まれる有機物を抽出する。有機物抽出部３０は、気体有機物抽出部３１と、液体有機物抽出部３２と、を有している。
気体有機物抽出部３１は、電気分解されたあとの水溶液に含まれる気体状の有機物及び当該水溶液に含まれる電気分解により生じた気体を抽出する。気体有機物抽出部３１は、陽極側排出配管２６の他端が接続された陽極側抽出槽３１ａと、陰極側排出配管２７の他端が接続された陰極側抽出槽３１ｂと、を有している。
陽極側抽出槽３１ａは、陽極収容部分２５を通過した際に生成する酸素（Ｏ2）を分離回収する気液分離ドラムからなる。陽極側抽出槽３１ａは、系内を若干負圧にすることにより生成した酸素（Ｏ2）をより回収しやすくすることも可能である。
陰極側抽出槽３１ｂもまた、陽極側抽出槽３１ａと同様に気液分離ドラムからなり、陰極収容部分２５を通過した水溶液に含まれるメタン、エタン、エチレン及びホルムアルデヒド等の気体状の有機物、水素（Ｈ2）、一酸化炭素（ＣＯ）を抽出する。分離回収した混合ガスは、組成に応じて適宜圧力・温度条件を変化させ、吸着材、分離膜等を組み合わせて精製する。
陽極側抽出槽３１ａ及び陰極側抽出槽３１ｂで抽出処理された水溶液は、配管３３を通じて液体有機物抽出部３２に移動される。
液体有機物抽出部３２は、蒸留塔３２ａを有している。この蒸留塔３２ａに、配管３３により気体有機物抽出部３１から水溶液が移動されて、当該蒸留塔３２ａにおいて、メタノール、エタノール及びプロパノール等の常温常圧で液体且つ１００℃未満で気体となる水溶性の有機物を蒸留により抽出する。蒸留塔３２ａにおいては、ボイラー等の熱源を利用した蒸気を用いて蒸留を行う構成であるが、例えば、太陽熱によって熱せられた溶融塩などの熱媒体を蓄熱材とし、それを用いて生成された蒸気を利用して蒸留を行う構成などであってもよい。
処理済水溶液回収部４０は、有機物抽出部３０で抽出処理された水溶液の一部をガス吸収部１０に送り返す。処理済水溶液回収部４０は、処理済水溶液配管４１と、回収ポンプ４２と、を有している。
処理済水溶液配管４１は、一端が蒸留塔３２ａに接続されており、他端がｐＨ計測用配管１２に接続されている。回収ポンプ４２は、蒸留塔３２ａ内の水溶液を処理済水溶液配管４１の一端から他端に向けて流動させる。これにより、蒸留塔３２ａ内の水溶液が処理済水溶液配管４１を通じてガス吸収部１０に移動される。ガス吸収部１０（具体的には、ｐＨ計測用配管１２）に移動された水溶液は、ｐＨ計測用配管１２内を流動する水溶液と合流して、噴霧器１１ａによりガス吸収槽１１の気相部に噴霧される。処理済水溶液配管４１は、途中で分岐されており、当該分岐から水溶液の残りの一部が排出される。
制御部５０は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを内蔵したマイクロコンピュータなどで構成されており、有機物生成装置１全体の制御を司る。
制御部５０には、ｐＨ計１４と、薬剤投入ポンプ１６と、が接続されている。制御部５０は、ｐＨ計１４から送信された信号に基づいてガス吸収槽１１内の水溶液のｐＨを取得し、この取得したｐＨに基づいて薬剤投入ポンプ１６に制御信号を送信して、ガス吸収槽１１内の水溶液のｐＨが特定の範囲内に含まれるように、薬剤投入ポンプ１６によりｐＨ調整用薬剤槽１５内の薬剤を処理済水溶液配管４１に投入する。
制御部５０は、ガス吸収槽１１内の水溶液のｐＨが５〜１０の範囲内に含まれるように制御する。または、薬剤を投入することにより、ｐＨが５〜１０の範囲内に含まれるように制御し、好ましくは、ｐＨが６．８〜９．９の範囲内に含まれるように制御し、さらに好ましくは、ｐＨが７．２〜９．５の範囲内に含まれるように制御する。
また、制御部５０には、移送ポンプ１８が接続されている。制御部５０は、移送ポンプ１８に制御信号を送信して、ガス吸収槽１１から電気分解槽２１に水溶液を移動させるとともに、電気分解槽２１の複数の収容部分２５内を流動する水溶液の流速を制御する。
制御部５０は、複数の収容部分２５内を流動する水溶液の流速が、０．０１ｍ／分〜１１ｍ／分の範囲内に含まれるように制御し、好ましくは当該流速が２ｍ／分〜１０ｍ／分の範囲内に含まれるように制御し、さらに好ましくは当該流速が４ｍ／分〜９ｍ／分の範囲内に含まれるように制御する。
また、制御部５０には、ｐＨ計測用ポンプ１３、回収ポンプ４２及び図示しない電源装置等が接続されており、制御部５０は、これらに対しても制御信号を送信して動作を制御する。また、制御部５０は、ガス吸収部１０への水及び二酸化炭素の供給についても制御する。
次に、上述した有機物生成装置１における有機物生成動作の一例について説明する。
有機物生成装置１は、ガス吸収槽１１に接続された図示しない配管から二酸化炭素を気相部に供給する。そして、ｐＨ計測用配管１２に接続された図示しない配管から水を供給して、噴霧器１１ａによりガス吸収槽１１内に噴霧する。これにより、霧状の水が二酸化炭素を吸収しながら落下して、水に二酸化炭素を吸収させた水溶液がガス吸収槽１１内で生成される（水溶液生成工程）。一般に、水に吸収された二酸化炭素は、吸収した液のｐＨによって以下の式に示される平衡反応が生じている。
ＣＯ2 ＋ Ｈ2Ｏ ⇔ Ｈ2ＣＯ3 ・・・（１）
Ｈ2ＣＯ3 ⇔ Ｈ+ ＋ ＨＣＯ3 - ・・・（２）
ＨＣＯ3- ⇔ Ｈ+ ＋ ＣＯ3 2- ・・・（３）
次に、有機物生成装置１は、ガス吸収槽１１内の水溶液が所定量貯まると移送ポンプ１８を動作させて、移送配管１７を通じて水溶液をガス吸収槽１１から電気分解槽２１に継続して移動させる（移動工程）。電気分解槽２１に移動した水溶液は、複数の収容部分２５内を一方向に流動する。このとき、複数の収容部分２５内での水溶液の流速が特定の範囲内に含まれるように移送ポンプ１８を制御する。
次に、有機物生成装置１は、図示しない電源装置により複数の陽極２２及び複数の陰極間に電圧を印加する。これにより、複数の収容部分２５内の水溶液が電気分解されて有機物が生成される（電解工程）。複数の収容部分２５内で電気分解されたあとの水溶液は、陽極側排出配管２６及び陰極側排出配管２７を通じて有機物抽出部３０に移動される。
次に、有機物生成装置１は、有機物抽出部３０に移動された水溶液について、気体有機物抽出部３１の陽極側抽出槽３１ａ及び陰極側抽出槽３１ｂにおいて気体状有機物等の気体を抽出したのち、液体有機物抽出部３２の蒸留塔３２ａにおいて水溶性の有機物を抽出する（抽出工程）。
次に、有機物生成装置１は、回収ポンプ４２を動作させて、有機物が抽出された処理済みの水溶液の一部は処理済水溶液配管４１を通じてガス吸収部１０に継続的に移動される（水溶液回収工程）。これにより、ガス吸収部１０に送り返された水溶液は、ｐＨ計測用配管１２に合流して噴霧器１１ａからガス吸収槽１１の気相部に噴霧されて、再度二酸化炭素を吸収させた水溶液となる。また、有機物生成装置１は、水溶液の残りの一部を処理済水溶液配管４１から排出する。
このように、有機物生成装置１は、上記動作を継続的に実行することにより二酸化炭素を含ませた水溶液について、ガス吸収部１０、電解合成部２０及び有機物抽出部３０を順次流動するように循環させて、水溶液の生成、電気分解及び有機物の抽出を継続して実行する。
また、有機物生成装置１は、上記循環動作と並行して、ｐＨ計測用ポンプ１３を動作させて、ガス吸収槽１１内の水溶液をｐＨ計測用配管１２内に流動させる。そして、ｐＨ計１４によってｐＨ計測用配管内を流動する水溶液のｐＨを計測し、計測したｐＨに基づいて薬剤投入ポンプ１６を動作させて、水溶液のｐＨが特定の範囲内に含まれるように処理済水溶液配管４１内を流動する水溶液に薬剤を投入する（ｐＨ制御工程）。これにより、ガス吸収槽１１内の水溶液のｐＨが特定の範囲内に含まれるように制御され、水溶液の平衡状態が、炭酸水素イオン（ＨＣＯ3-）がより多く存在する状態となる方向に傾く。このｐＨ制御された水溶液が、上記循環動作により電解合成部２０に供給される。換言すると、有機物生成装置１は、電解合成部２０での電気分解の際の水溶液のｐＨを特定の範囲に制御している。
以上より、本実施形態によれば、二酸化炭素を含ませた水溶液における電気分解する際のｐＨを５〜１０の範囲内に制御する。このようにしたことから、水溶液の平衡状態が、炭酸水素イオンがより多く存在する状態となる方向に傾き、そのため、より多くの炭酸水素イオンが電気分解されることにより有機物が多く生成される。したがって、低温環境下でも有機物を効率的に生成できる。
また、二酸化炭素を含ませた水溶液をガス吸収槽１１内で生成し、生成した水溶液をガス吸収槽１１から別体の電気分解槽２１に移動させ、移動させた水溶液を電気分解槽２１内で電気分解する。また、ガス吸収槽１１内において水溶液のｐＨを制御する。このようにしたことから、水溶液をそのｐＨを制御するガス吸収槽１１から別体の電気分解槽２１に移動させるので、例えば、水溶液の生成及び電気分解を同時に一の容器内で行う場合に比べて、ｐＨを制御する際に電気分解によるｐＨの変化の影響を受けることがなく、そのため、溶液のｐＨの制御の精度低下を抑制できる。したがって、低温環境下でも有機物をより効率的に生成できる。
また、電気分解の際に電気分解槽２１の複数の収容部分２５内の水溶液を流動させる。このようにしたことから、水溶液の流動によって、電気分解により電極（複数の陽極２２及び複数の陰極２３）の表面に生じる気泡が流れ去り、そのため、当該気泡による電気抵抗の増加を抑制することができる。したがって、低温環境下でも有機物をより効率的に生成できる。
また、水溶液に薬剤（塩基）を添加することにより電気分解の際の水溶液のｐＨを５〜１０の範囲内に制御することで、例えば、二酸化炭素を含ませる量（即ち、濃度）によりｐＨを制御する場合に比べて、薬剤の添加量を調整することにより水溶液のｐＨを容易に精度よく制御することができる。したがって、低温環境下でも有機物をより効率的に生成できる。
また、二酸化炭素を含ませた水溶液を生成するガス吸収部１０と、ガス吸収部１０によって生成された水溶液を電気分解する電解合成部２０と、電気分解部による電気分解の際の水溶液のｐＨを５〜１０の範囲内に制御する制御部５０と、を備えている。このようにしたことから、制御部５０の制御によって、水溶液の平衡状態が、炭酸水素イオンがより多く存在する状態となる方向に傾き、そのため、より多くの炭酸水素イオンが電気分解されることにより有機物が多く生成される。したがって、低温環境下でも有機物を効率的に生成できる。
また、ガス吸収部１０が、内部で二酸化炭素を含ませた水溶液が生成されるガス吸収槽１１を有し、電解合成部２０が、内部で上記水溶液が電気分解される、ガス吸収槽１１と別体の電気分解槽２１を有し、制御部５０が、ガス吸収槽１１内において水溶液のｐＨを制御する。そして、ガス吸収槽１１から電気分解槽２１に水溶液を移動させる移送配管１７及び移送ポンプ１８をさらに備えている。このようにしたことから、水溶液をそのｐＨを制御するガス吸収槽１１から別体の電気分解槽２１に移動させるので、例えば、水溶液の生成及び電気分解を同時に一の容器で行う場合に比べて、ｐＨを制御する際に電気分解によるｐＨの変化の影響を受けることがなく、そのため、溶液のｐＨの制御の精度低下を抑制できる。したがって、低温環境下でも有機物をより効率的に生成できる。
また、電気分解槽２１の複数の収容部分２５内の水溶液を流動させる移送ポンプ１８を備えている。このようにしたことから、水溶液の流動によって、電気分解により電極（陽極２２及び陰極２３）の表面に生じる気泡が流れ去り、そのため、当該気泡による電気抵抗の増加を抑制することができる。したがって、低温環境下でも有機物をより効率的に生成できる。
また、二酸化炭素を含ませた水溶液が、複数の陽極２２及び複数の陰極２３を個別に収容する複数の収容部分２５内を一方向に流動して通過した直後に電気分解槽２１から排出される。このようにしたことから、電気分解されたあとの陽極２２側の水溶液は、当該電気分解により陽極２２の表面に生じた酸素を含むところ、この酸素が再度陽極２２に接することを防ぐことができ、また、陽極２２と陰極２３とが隔膜２４により隔離されていることから、この酸素が陰極２３に接することも防ぐことができる。そのため、酸素の接触による電極の劣化を抑制することができる。したがって、低温環境下でも有機物をより効率的に生成できる。
また、複数の陽極２２と複数の陰極２３とが、平板状に形成されているとともにそれぞれが平行に配置され、複数の陽極２２及び複数の陰極２３のうちの隣接する陽極２２及び陰極２３が組をなし、この組をなす陽極２２及び陰極２３の電極間空間距離が、２．５ｍｍ以下である。このようにしたことから、電気分解においては電極の間隔が狭いほど効率が良好になる一方で、水溶液が電極間を流動しにくくなり電極表面の気泡除去が妨げられて、良好な効率を維持することが困難となるところ、複数の陽極２２と複数の陰極２３との間隔を上記範囲内に設定することで、電気分解の効率とその維持を適切にバランスさせることができる。
また、複数の陽極２２及び複数の陰極２３のうちの少なくとも一方の複数の電極には、複数の開口が設けられている。このようにしたことから、水溶液が電極間をより流動しやすくなり電極表面の気泡除去が促進されて、電気分解の効率をより適切に維持することができる。
また、制御部５０が、水溶液に薬剤（塩基）を添加することにより電気分解の際の水溶液のｐＨを５〜１０の範囲内に制御することで、例えば、二酸化炭素を含ませる量（即ち、濃度）によりｐＨを制御する場合に比べて、塩基の添加量を調整することにより水溶液のｐＨを容易に精度よく制御することができる。したがって、低温環境下でも有機物をより効率的に生成できる。
また、有機物を抽出する有機物抽出部３０を備え、有機物抽出部３０が、電解合成部２０による電気分解により生じた気体に含まれる有機物を抽出する気体有機物抽出部３１及び電解合成部２０による電気分解がされたあとの水溶液に含まれる有機物を抽出する液体有機物抽出部３２を有している。このようにしたことから、電気分解により生じた気体状の有機物及び水溶性の有機物を得ることができる。
また、液体有機物抽出部３２によって有機物が抽出されたあとの水溶液をガス吸収部１０に送る処理済水溶液回収部４０をさらに備えている。このようにしたことから、電気分解後の水溶液に再度二酸化炭素を含ませて再利用することができる。
以上、本発明について、好ましい実施形態を挙げて説明したが、本発明の有機物生成装置及び有機物生成方法は上述した実施形態の構成に限定されるものではない。
例えば、上述した実施形態では、ガス吸収部１０において、ガス吸収槽１１の気相部に気体状の二酸化炭素を供給する構成であったが、これに限定されるものではない。例えば、図５に示す有機物生成装置１Ａのガス吸収部１０Ａのように、一端及び他端ともにガス吸収槽１１の液相部に接続されたｐＨ計測用配管１２Ａに、マイクロバブル発生装置１９が設けられた構成としてもよい。このガス吸収部１０Ａでは、ガス吸収槽１１の気相部に二酸化炭素を供給し、噴霧器１１ａから気相部に処理済みの水溶液を噴霧することによって、霧状の水溶液に二酸化炭素を吸収させる。さらに、マイクロバブル発生装置１９にも二酸化炭素を供給し、ｐＨ計測用ポンプ１３によりｐＨ計測用配管１２Ａ内を流動する水溶液中に二酸化炭素のマイクロバブルを発生させることによって、水溶液に二酸化炭素を吸収させる。外部からの水はガス吸収槽１１の液相部に供給する。このように構成することにより、水溶液に二酸化炭素をより多く吸収させることができる。なお、図５において、上述した実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して、説明を省略する。
また、上述した実施形態では、電解合成部２０において、ガス吸収部１０によって生成された水溶液を、電気分解槽２１の複数の収容部分２５内を通過するように一方向に流動させる構成であったが、これに限定されるものではない。例えば、図６に示す有機物生成装置１Ｂの電解合成部２０Ａのように、移送配管１７の複数に枝分かれした他端を、複数の陰極２３を収容した収容部分２５（陰極収容部分２５）のみに接続して、ガス吸収部１０によって生成された水溶液を、当該陰極収容部分２５のみ流動させる。そして、一端が陽極側抽出槽３１ａの水溶液排出部分に接続され、複数に枝分かれした他端が複数の陽極２２を収容した収容部分２５（陽極収容部分２５）に接続された循環配管２０１と、上記水溶液とは別の電解質水溶液を循環配管２０１の一端から他端に向けて流動させる循環ポンプ２０２と、電解質水溶液を蓄えるタンク２０３を設けて、電解質水溶液をタンク２０３、陽極収容部分２５及び陽極側抽出槽３１ａで循環させる独立した循環系を構成する。なお、図６において、上述した実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して、説明を省略する。
電解質水溶液は、例えば、例えば、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、炭酸ナトリウム（Ｎａ2ＣＯ3）、炭酸カリウム（Ｋ2ＣＯ3）、炭酸リチウム（ＬｉＨＣＯ3）、炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ3）、炭酸水素カリウム（ＫＨＣＯ3）、硫酸カリウム（Ｋ2ＳＯ4）及び硫酸（Ｈ2ＳＯ4）のうちから選択した１又は複数の物質を溶解させたものである。もちろん、これらは一例であって、電解質水溶液の溶質となる物質であれば、本発明の目的に反しない限り、上記以外のものであってもよい。
このようにすることで、二酸化炭素を含ませた水溶液が、複数の収容部分２５のうちの複数の陰極２３が収容された陰極収容部分２５内のみを一方向に流動し、当該陰極収容部分２５を通過した直後に電気分解槽２１から排出される。また、上記水溶液と隔離された別の電解質水溶液が、複数の収容部分２５のうちの複数の陽極２２が収容された陽極収容部分２５内のみを一方向に流動し、当該陽極収容部分２５を通過した直後に電気分解槽２１から排出される。
そのため、電気分解されたあとの陽極２２側の水溶液は、当該電気分解により陽極２２表面に生じた酸素を含むところ、この酸素が再度陽極２２に接することを防ぐことができ、また、陽極２２と陰極２３とが隔膜により隔離されていることから、この酸素が陰極２３に接することも防ぐことができる。さらに、電気分解後の水溶液を再利用する構成において、このような再利用の水溶液には電気分解により生じた酸素が溶存していることがあるところ、陽極２２側の電解質水溶液と陰極２３側の水溶液とを隔離することにより、溶存酸素が陰極２３に接することを防ぐことができる。これにより、酸素の接触による電極の劣化を抑制することができる。したがって、低温環境下でも有機物をより効率的に生成できる。
なお、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。かかる変形によってもなお本発明の有機物生成装置及び有機物生成方法の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
（実施例１）
上述した実施形態の有機物生成装置１において、（１）ガス吸収部１０にて生成される水溶液のｐＨを４〜１１の範囲内に含まれる互いに異なる複数のｐＨ値となるように制御し、各ｐＨ値の水溶液について有機物生成処理を１時間実施した間に生じた気体及び電気分解したあとの水溶液に含まれる全有機炭素量（ＴＯＣ；Ｔｏｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃａｒｂｏｎ）を測定した。有機物の生成に際し、（２）ｐＨ制御に用いる薬剤として、硫酸カリウム（Ｋ2ＳＯ4）及び硫酸（Ｈ2ＳＯ4）、炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ3）、又は、炭酸ナトリウム（Ｎａ2ＣＯ3）を用い、（３）複数の陽極２２及び複数の陰極２３間に３Ｖの電圧を印加し、（４）複数の陽極２２及び複数の陰極２３のそれぞれの電極間空間距離を０．５ｍｍとし、（５）複数の陽極２２及び複数の陰極２３の開口率を３０％とし、（６）複数の収容部分２５内を流動する水溶液の流速を２．０ｍ／分とし、（７）水溶液の温度を３０℃とした。そして、ｐＨが５．０のときのＴＯＣを１．０として、各ｐＨ値におけるＴＯＣ比をプロットして得たグラフを図７に示す。
図７に示すように、水溶液のｐＨが、５〜１０の範囲内に含まれるときＴＯＣ比が１．０以上となり、５．５〜９．６の範囲内に含まれるときＴＯＣ比が１．２５以上となり、６．２〜８．８の範囲内に含まれるときＴＯＣ比が１．５以上となる。このことから、ガス吸収部１０にて生成される水溶液のｐＨ（即ち、電気分解の際の水溶液のｐＨ）が、上記範囲内に含まれるとき有機物を効率的に生成できる。
（実施例２）
上述した実施形態の有機物生成装置１において、（１）複数の陽極２２及び複数の陰極２３のそれぞれの電極間空間距離を互いに異なる複数の値に設定し、各設定値について有機物生成処理を１時間実施した間に生じた気体及び電気分解したあとの水溶液に含まれる全有機炭素量（ＴＯＣ）を測定した。有機物の生成に際し、（２）水溶液のｐＨを８．５に制御し、（３）ｐＨ制御に用いる薬剤として、炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ3）を用い、（４）複数の陽極２２及び複数の陰極２３間に３Ｖの電圧を印加し、（５）複数の陽極２２及び複数の陰極２３の開口率を３０％とし、（６）複数の収容部分２５内を流動する水溶液の流速を６．０ｍ／分とし、（７）水溶液の温度を３０℃とした。そして、電極間空間距離が０ｍｍのときのＴＯＣを１．０として、各電極間空間距離設定値におけるＴＯＣ比をプロットして得たグラフを図８に示す。
図８に示すように、電極間空間距離が０ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲内に含まれるときＴＯＣ比が１．０以上となり、電極間空間距離が０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲内に含まれるときＴＯＣ比が１．５以上となる。このことから、複数の陽極２２及び複数の陰極２３のそれぞれの電極間空間距離が、上記範囲内に含まれるとき有機物を効率的に生成できる。
（実施例３）
上述した実施形態の有機物生成装置１において、（１）複数の電極２２及び複数の陰極２３の開口率を互いに異なる複数の値に設定し、各設定値について有機物生成処理を１時間実施した間に生じた気体及び電気分解したあとの水溶液に含まれる全有機炭素量（ＴＯＣ）を測定した。有機物の生成に際し、（２）水溶液のｐＨを８．５に制御し、（３）ｐＨ制御に用いる薬剤として、炭酸水素カリウム（ＫＨＣＯ3）を用い、（４）複数の陽極２２及び複数の陰極２３間に３Ｖの電圧を印加し、（５）複数の陽極２２及び複数の陰極２３のそれぞれの電極間空間距離を０．５ｍｍとし、（６）複数の収容部分２５内を流動する水溶液の流速を２．０ｍ／分とし、（７）水溶液の温度を３０℃とした。そして、開口率が０％のときのＴＯＣを１．０として、各開口率設定値におけるＴＯＣ比をプロットして得たグラフを図９に示す。
図９に示すように、開口率が、１０％〜７０％の範囲内に含まれるときＴＯＣ比が１．２以上となり、２０％〜６０％の範囲内に含まれるときＴＯＣ比が１．４以上となる。このことから、複数の陽極２２及び複数の陰極２３の開口率が、上記範囲内に含まれるとき有機物を効率的に生成できる。
（実施例４）
上述した実施形態の有機物生成装置１において、（１）複数の収容部分２５内を流動する水溶液の流速を互いに異なる複数の値に設定し、各設定値について有機物生成処理を１時間実施した間に生じた気体及び電気分解したあとの水溶液に含まれる全有機炭素量（ＴＯＣ）を測定した。有機物の生成に際し、（２）水溶液のｐＨを８．５に制御し、（３）ｐＨ制御に用いる薬剤として、炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ3）を用い、（４）複数の陽極２２及び複数の陰極２３間に３Ｖの電圧を印加し、（５）複数の陽極２２及び複数の陰極２３のそれぞれの電極間空間距離を０．５ｍｍとし、（６）複数の陽極２２及び複数の陰極２３の開口率を３０％とし、（７）水溶液の温度を３０℃とした。そして、流速が０ｍ／分のときのＴＯＣを１．０として、各流速設定値におけるＴＯＣ比をプロットして得たグラフを図９に示す。
図１０に示すように、流速が、０ｍ／分〜１１ｍ／分の範囲内に含まれるときＴＯＣ比が１．００以上となり、２ｍ／分〜１０ｍ／分の範囲内に含まれるときＴＯＣ比が１．１０以上となり、４ｍ／分〜９ｍ／分の範囲内に含まれるときＴＯＣ比が１．１５以上となり、６ｍ／分〜８ｍ／分の範囲内に含まれるときＴＯＣ比が１．０以上となる。また、流速が１１ｍ／分を超えるとＴＯＣ比が１．００を下回り、有機物の生成の効率が悪くなる。このことから、複数の収容部分２５内を流動する水溶液の流速が、上記範囲内に含まれるとき有機物を効率的に生成できる。
（結果の考察）
以上の結果より、水溶液のｐＨ、電極間空間距離、電極の開口率及び水溶液の流速について、特定の範囲内に制御又は設定することにより、水溶液を低温としたまま有機物を効率的に生成することができた。
１ 有機物生成装置
１０ ガス吸収部（水溶液生成部）
１１ ガス吸収槽（生成用容器）
１２ ｐＨ計測用配管
１３ ｐＨ計測用ポンプ
１４ ｐＨ計
１５ ｐＨ調整用薬剤槽
１６ 薬剤投入ポンプ
１７ 移送配管（移動手段）
１８ 移送ポンプ（移動手段、流動手段）
２０ 電解合成部（電気分解部）
２１ 電気分解槽（電解用容器）
２２ 陽極
２３ 陰極
２４ 隔膜
２５ 収容部分
３０ 有機物抽出部
３１ 気体有機物抽出部（気体有機物抽出手段）
３２ 液体有機物抽出部（液体有機物抽出手段）
４０ 処理済水溶液回収部（送液手段）
５０ 制御部（ｐＨ制御部）

Claims (10)

  1. 二酸化炭素を含ませた水溶液を電気分解して有機物を生成する方法であって、
    前記電気分解の際の前記水溶液のｐＨを５〜１０の範囲内に制御し、
    生成用容器内で水に二酸化炭素を吸収させて前記水溶液を生成する水溶液生成工程と、
    前記水溶液を前記生成用容器から別体の電解用容器に移動させる移動工程と、
    前記水溶液を前記電解用容器内で電気分解する電解工程と、を含み、
    前記生成用容器内において前記水溶液のｐＨを５〜１０の範囲内に制御し、
    前記電解工程において、前記電解用容器内の前記水溶液を４ｍ／分〜９ｍ／分の流速で流動させ、
    二酸化炭素ガスは前記電解用容器へ移動させないことを特徴とする有機物生成方法。
  2. 前記水溶液に塩基を添加することにより前記電気分解の際の前記水溶液のｐＨを５〜１０の範囲内に制御することを特徴とする請求項１に記載の有機物生成方法。
  3. 二酸化炭素を含ませた水溶液を生成する水溶液生成部と、
    前記水溶液生成部によって生成された前記水溶液を電気分解する電気分解部と、
    前記電気分解の際の前記水溶液のｐＨを５〜１０の範囲内に制御するｐＨ制御部と、を備え、
    前記水溶液生成部が、内部で水に二酸化炭素を吸収させて前記水溶液が生成される生成用容器を有し、
    前記電気分解部が、内部で前記水溶液が電気分解される、前記生成用容器と別体の電解用容器を有し、
    前記ｐＨ制御部が、前記生成用容器内において前記水溶液のｐＨを５〜１０の範囲内に制御し、
    前記生成用容器から前記電解用容器に前記水溶液を移動させる移動手段と、
    前記電解用容器内の前記水溶液を４ｍ／分〜９ｍ／分の流速で流動させる流動手段をさらに備え、
    二酸化炭素ガスは前記電解用容器へ移動させないことを特徴とする有機物生成システム。
  4. 前記電気分解部が、前記電解用容器内に交互に並べて配置された複数の陽極及び複数の陰極と、前記電解用容器内を前記複数の陽極及び前記複数の陰極のそれぞれを個別に収容する複数の収容部分に区画する複数の隔膜と、を有するとともに、前記水溶液が、前記複数の収容部分に分かれて一方向に流動し通過した直後に前記電解用容器から排出されるように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の有機物生成システム。
  5. 前記電気分解部が、前記電解用容器内に交互に並べて配置された複数の陽極及び複数の陰極と、前記電解用容器内を前記複数の陽極及び前記複数の陰極のそれぞれを個別に収容する複数の収容部分に区画する複数の隔膜と、を有するとともに、前記水溶液が、前記複数の収容部分のうちの前記複数の陰極が収容された収容部分内のみを一方向に流動し、当該収容部分を通過した直後に前記電解用容器から排出され、前記水溶液と隔離された別の電解質水溶液が、前記複数の収容部分のうちの前記複数の陽極が収容された収容部分内のみを一方向に流動し、当該収容部分を通過した直後に前記電解用容器から排出されるように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の有機物生成システム。
  6. 前記複数の陽極と前記複数の陰極とが、平板状に形成されているとともにそれぞれが平行に配置され、
    前記複数の陽極及び前記複数の陰極のうちの隣接する前記陽極及び前記陰極がそれぞれ組をなし、
    前記組をなす前記陽極及び前記陰極の電極間空間距離が、２．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項４又は５に記載の有機物生成システム。
  7. 前記複数の陽極及び前記複数の陰極のうちの少なくとも一方の複数の電極には、１又は複数の開口が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の有機物生成システム。
  8. 前記ｐＨ制御部が、前記水溶液に塩基を添加することにより前記電気分解の際の前記水溶液のｐＨを５〜１０の範囲内に制御することを特徴とする請求項３〜７のいずれか一項に記載の有機物生成システム。
  9. 有機物を抽出する有機物抽出部をさらに備え、
    前記有機物抽出部が、前記電気分解部による電気分解により生じた気体に含まれる有機物を抽出する気体有機物抽出手段及び前記電気分解部による電気分解がされたあとの前記水溶液に含まれる有機物を抽出する液体有機物抽出手段のうちの少なくとも一方を有していることを特徴とする請求項３〜８のいずれか一項に記載の有機物生成システム。
  10. 前記有機物抽出部が、前記液体有機物抽出手段を有し、
    前記液体有機物抽出手段によって有機物が抽出されたあとの前記水溶液を前記水溶液生成部に送る送液手段をさらに備えていることを特徴とする請求項９に記載の有機物生成システム。
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