JP7086049B2 - エネルギーを炭酸ヒドラジンの形態で貯蔵する方法 - Google Patents

Description

本発明は、エネルギーを炭酸ヒドラジンの形態で貯蔵し、引き続き、この炭酸ヒドラジンを利用可能なエネルギーに逆変換する方法に関する。

オーストリア国特許出願公開第５１４４６１号明細書（ＡＴ５１４４６１Ａ１）からは、エネルギーを炭酸ヒドラジンの形態で貯蔵し、引き続き、この炭酸ヒドラジンを利用可能なエネルギーに逆変換する方法が明らかになる。エネルギーを用いて、かつ窒素および二酸化炭素を供給しながら、安定な窒素－窒素三重結合の活性化エネルギーを低減する遷移金属触媒の存在のもと、水中での電気分解法において、炭酸ヒドラジンが生成される。ここでアノードは、酸素不透過性隔膜により囲まれている。金属塩が、ヒドラジンの水素化開裂の抑制剤として使用される。この炭酸ヒドラジンは、固体の形態または濃厚溶液の形態で混合物から単離され、ここで、この炭酸ヒドラジンは、水素の燃焼によるかまたは燃料電池における水素の使用によりエネルギーを回収するために、後で熱分解される。

本発明の課題は、エネルギーを炭酸ヒドラジンの形態で長期的に貯蔵し、引き続き、この炭酸ヒドラジンを利用可能なエネルギーに逆変換する、コスト面で有利かつ大規模工業的に使用可能な方法を提案することである。殊に本発明の課題は、入手し易い原料から出発した持続可能なエネルギー貯蔵を実現することである。

エネルギーを炭酸ヒドラジンの形態で貯蔵し、引き続き、この炭酸ヒドラジンを利用可能なエネルギーに逆変換する本発明による方法によると、まず海水を電気分解法で使用して次亜塩素酸イオンを生成し、ここで、この次亜塩素酸イオンをアンモニアの導入により反応させて、モノクロラミンの形成を経てヒドラジンにし、引き続き、このヒドラジンを二酸化炭素の導入により反応させて炭酸ヒドラジンにし、ここで、この炭酸ヒドラジンは、貯蔵されたエネルギーを放出するために、貴金属不含触媒による反応によって水素または少なくとも水素を含有するガスを放出し、かつこの水素または少なくとも水素を含有するガスは、利用可能なエネルギーを放出するために、燃料電池に供給されるか、または燃焼させるためのものである。殊に水素を含有するガスは、少なくとも水素と窒素とのガス混合物である。

このヒドラジンおよび炭酸ヒドラジンのどちらも、一般的に公知の従来技術および冒頭で挙げたオーストリア国特許出願公開第５１４４６１号明細書（ＡＴ５１４４６１Ａ１）の双方から公知である。これによると、ヒドラジンは、水和形を有し、とりわけ還元剤およびラジカル捕捉剤として、大規模工業的に使用される。炭酸ヒドラジンは、化学工業において酸化防止剤として使用される非揮発性の水溶性塩である。

海水（Ｈ_２Ｏ）は、海水の電気分解により次亜塩素酸イオン（ＯＣｌ^－）を生成するために使用される。その際、以下の反応：
カソード反応： ２Ｈ_２Ｏ＋２ｅ^－ → Ｈ_２＋２ＯＨ^－
アノード反応： ２Ｃｌ^－－２ｅ^－ → Ｃｌ_２
反応１： Ｃｌ_２＋２ＯＨ → Ｈ_２Ｏ＋ＯＣｌ^－＋Ｃｌ^－
が起こる。

海水の電気分解で次亜塩素酸イオンを生成するために使用されるエネルギーを、再生可能エネルギー源から得ることが好ましい。殊に、このエネルギーは、風力エネルギー、太陽エネルギーおよび／またはバイオエネルギーから成る。

次亜塩素酸イオンをアンモニア（ＮＨ_３）の導入により反応させて、モノクロラミン（ＮＨ_２Ｃｌ）の形成を経てヒドラジン（Ｎ_２Ｈ_４）にする。言い換えれば、まずガス状のアンモニアを、次亜塩素酸イオンを含む水溶液に導入し、ここで反応２により、水のみならずモノクロラミンも形成される。
反応２： ＮＨ_３＋ＨＯＣｌ → ＮＨ_２Ｃｌ＋Ｈ_２Ｏ

これに続く反応３により、モノクロラミンをアンモニアと反応させると、塩化水素（ＨＣｌ）のみならずヒドラジンも形成される。
反応３： ＮＨ_２Ｃｌ＋ＮＨ_３ → Ｎ_２Ｈ_４＋ＨＣｌ

引き続き、反応４により、ヒドラジンを二酸化炭素（ＣＯ_２）の導入により反応させて炭酸ヒドラジン（（Ｎ_２Ｈ_５）_２ＣＯ_３）にする。
反応４： Ｎ_２Ｈ_４＋ＣＯ_２ → （Ｎ_２Ｈ_５）_２ＣＯ_３

好ましくは、この二酸化炭素は、燃焼設備の排気流から取り出される。この排気流は、例えば石炭火力発電所で生じる。燃焼設備の排気流中の高濃度の二酸化炭素を利用することが特に有利である。

この炭酸ヒドラジンは、水素（Ｈ_２）用の安定で長期的な貯蔵体としての役割を果たす。この炭酸ヒドラジン中に貯蔵されたエネルギーを放出するために、貴金属不含触媒を使用し、ここで反応５により、水素または少なくとも水素を含有するガスが放出される。

酸化物材料、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣｕドープＡｌ_２Ｏ_３またはＣａＡｌ_２Ｓｉ_３Ｏ_８（ＯＨ）_４・Ｈ_２Ｏのようなケイ酸アルミニウムカルシウムからの触媒を貴金属不含触媒として使用することが好ましい。このような貴金属不含触媒、例えばＣａＡｌ_２Ｓｉ_３Ｏ_８（ＯＨ）_４・Ｈ_２Ｏにより、炭酸ヒドラジンは、殊に１００～１５０℃の範囲にある温度で、水素、ＣＯ_２および水に分解される。殊に、前記触媒は、高い多孔度を有する。そのような多孔度は殊に、前記触媒の反応表面積を広げる役割を果たす。
反応５： （Ｎ_２Ｈ_５）_２ＣＯ_３ → Ｎ_２＋Ｈ_２＋ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ

好ましくは、貴金属不含触媒による炭酸ヒドラジンの反応後に、この水素を富化するための分離工程が設けられる。分離工程は殊に、この水素を窒素から分離することを意図している。反応５により放出される二酸化炭素は、予め導入された、炭酸ヒドラジン中に可逆的に結合した二酸化炭素である。よって、本発明による方法は、ＣＯ_２ニュートラルである。

この炭酸ヒドラジンを、貯蔵されたエネルギーを放出するために、殊に水素を放出するために、または少なくとも水素を含有するガスを放出するために、貴金属不含触媒による反応で１００℃未満に加熱する。好ましくは、この水素または少なくとも水素を含有するガスは、利用可能なエネルギーを放出させるために、燃料電池に供給するか、または燃焼される。例えば、この水素または少なくとも水素を含有するガスを、低温燃料電池に供給する。

燃料電池におけるこの水素の利用は、殊に、再生可能エネルギー源による電力供給の不連続性に立ち向かう。さらに、炭酸ヒドラジン中に貯蔵された水素は、定置用途の燃料電池にも、乗用車、貨物自動車、船舶および航空機のような移動用途の燃料電池にも利用可能である。

本発明によると、炭酸ヒドラジンを生成するための海水、アンモニアおよび二酸化炭素の使用が行われる。

Claims (7)

1. エネルギーを炭酸ヒドラジンの形態で貯蔵し、引き続き、前記炭酸ヒドラジンを利用可能なエネルギーに逆変換する方法において、
   まず海水を電気分解法で使用して次亜塩素酸イオンを生成し、ここで、前記次亜塩素酸イオンをアンモニアの導入により反応させて、モノクロラミンの形成を経てヒドラジンにし、引き続き、前記ヒドラジンを二酸化炭素の導入により反応させて炭酸ヒドラジンにし、ここで前記炭酸ヒドラジンは、貯蔵されたエネルギーを放出するために、酸化物材料からの触媒を使用する貴金属不含触媒による反応によって水素または少なくとも水素を含有するガスを放出し、かつ前記水素または少なくとも水素を含有するガスは、利用可能なエネルギーを放出させるために、燃料電池に供給されるか、または燃焼させるためのものであることを特徴とする、前記方法。
2. 前記貴金属不含触媒による前記炭酸ヒドラジンの反応後に、水素を富化するための分離工程が設けられることを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. 前記水素または少なくとも水素を含有するガスを低温燃料電池に供給することを特徴とする、請求項１または２記載の方法。
4. 前記二酸化炭素は燃焼設備の排気流から取り出されることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 貴金属不含触媒としてＡｌ _２ Ｏ _３ 、ＣｕドープＡｌ _２ Ｏ _３ またはケイ酸アルミニウムカルシウムからの触媒を使用することを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 次亜塩素酸イオンを生成するための海水の電気分解において使用されるエネルギーを、再生可能エネルギー源から得ることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 前記炭酸ヒドラジンを、前記貯蔵されたエネルギーを放出するために、前記貴金属不含触媒による反応で１００℃未満に加熱することを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。