JPH11223475A - 二酸化炭素分解方法 - Google Patents
二酸化炭素分解方法Info
- Publication number
- JPH11223475A JPH11223475A JP10023327A JP2332798A JPH11223475A JP H11223475 A JPH11223475 A JP H11223475A JP 10023327 A JP10023327 A JP 10023327A JP 2332798 A JP2332798 A JP 2332798A JP H11223475 A JPH11223475 A JP H11223475A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- anode
- cathode
- gas
- carbon dioxide
- cell
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
- Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Abstract
(57)【要約】
【課題】 火力発電所等から排出される高温排ガス中の
ＣＯ2 ガスを高温のまま低エネルギーで分解して有用な
化学原料として回収することができる二酸化炭素分解方
法を提供する。 【解決手段】 溶融炭酸塩を電解質とする電解質板１と
これを両面から挟持する多孔質のカソード２及びアノー
ド３とからなる分解セル１０と、カソードとアノードと
の間に電圧を印加する回路１２とを備える。分解セル１
０のカソード側にＣＯ2 を含むガスを供給して、２ＣＯ
2 ＋２ｅ- →ＣＯ3 2-＋ＣＯ の電気化学反応を行わ
せ、生成された炭酸イオンを電解質板を通しアノードに
移動させ、アノード側で、ＣＯ3 2-→ ＣＯ2 ＋１／２
Ｏ2 ＋２ｅ- の自発的な電気化学反応を行わせる。
ＣＯ2 ガスを高温のまま低エネルギーで分解して有用な
化学原料として回収することができる二酸化炭素分解方
法を提供する。 【解決手段】 溶融炭酸塩を電解質とする電解質板１と
これを両面から挟持する多孔質のカソード２及びアノー
ド３とからなる分解セル１０と、カソードとアノードと
の間に電圧を印加する回路１２とを備える。分解セル１
０のカソード側にＣＯ2 を含むガスを供給して、２ＣＯ
2 ＋２ｅ- →ＣＯ3 2-＋ＣＯ の電気化学反応を行わ
せ、生成された炭酸イオンを電解質板を通しアノードに
移動させ、アノード側で、ＣＯ3 2-→ ＣＯ2 ＋１／２
Ｏ2 ＋２ｅ- の自発的な電気化学反応を行わせる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、工業排ガス等に含まれ
る二酸化炭素（ＣＯ2 ガス）を溶融塩を利用して電気化
学的に分解する二酸化炭素分解方法に関する。
る二酸化炭素（ＣＯ2 ガス）を溶融塩を利用して電気化
学的に分解する二酸化炭素分解方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、地球温暖化現象が世界的な問題と
なっており、ＣＯ2 ガスの排出量低減が重要な課題とな
っている。かかるＣＯ2 ガスの排出量低減対象の１つ
が、火力発電所排ガス等の工業的燃焼排ガスであり、低
濃度かつ大量のＣＯ2 ガスが高温で排出される特徴があ
る。
なっており、ＣＯ2 ガスの排出量低減が重要な課題とな
っている。かかるＣＯ2 ガスの排出量低減対象の１つ
が、火力発電所排ガス等の工業的燃焼排ガスであり、低
濃度かつ大量のＣＯ2 ガスが高温で排出される特徴があ
る。
【０００３】上記低濃度のＣＯ2 ガスを濃縮して分離回
収する代表的な方法としては、吸収液にＣＯ2 を化学
反応で吸収させ、それを加熱することなどにより、ＣＯ
2 を分離回収する化学吸収法、ゼオライトなどの固体
吸着剤の細孔にＣＯ2 を物理的に吸着させ、圧力を下げ
ることによってＣＯ2 を分離、回収する物理吸着法、
高分子膜に対する機体の透過速度の違いを利用してＣＯ
2 を分離、回収する膜分離（透過）法、等が知られてい
る。
収する代表的な方法としては、吸収液にＣＯ2 を化学
反応で吸収させ、それを加熱することなどにより、ＣＯ
2 を分離回収する化学吸収法、ゼオライトなどの固体
吸着剤の細孔にＣＯ2 を物理的に吸着させ、圧力を下げ
ることによってＣＯ2 を分離、回収する物理吸着法、
高分子膜に対する機体の透過速度の違いを利用してＣＯ
2 を分離、回収する膜分離（透過）法、等が知られてい
る。
【０００４】しかし、上記の化学吸収法の場合には、
吸収液（溶媒）側の制約で、ＣＯ2ガスの温度を低くす
る必要があるので、分離のためには大きな加熱エネルギ
ーが必要になり、かつ吸収液の使用量が多く高価となる
問題がある。また、上記の物理吸着法の場合には、Ｃ
Ｏ2 の分離に非常に大きなエネルギーが必要であり、大
容量化が困難である等の問題がある。一方、上記の膜
分離法の場合には、膜が非常に高価なためコストが高
く、かつ膨大な面積の膜が必要なため大容量化が困難で
あり、更に不純物が多い排ガスに適した膜の開発が必要
である等の問題がある。
吸収液（溶媒）側の制約で、ＣＯ2ガスの温度を低くす
る必要があるので、分離のためには大きな加熱エネルギ
ーが必要になり、かつ吸収液の使用量が多く高価となる
問題がある。また、上記の物理吸着法の場合には、Ｃ
Ｏ2 の分離に非常に大きなエネルギーが必要であり、大
容量化が困難である等の問題がある。一方、上記の膜
分離法の場合には、膜が非常に高価なためコストが高
く、かつ膨大な面積の膜が必要なため大容量化が困難で
あり、更に不純物が多い排ガスに適した膜の開発が必要
である等の問題がある。
【０００５】そこで、本願発明の出願人等は、先に低濃
度のＣＯ2 ガスを溶融塩を利用して電気化学的に濃縮す
る二酸化炭素濃縮法（特願平９−２１２６７４号、未公
開）を提案した。この方法は、電解質板をカソードとア
ノードで挟んだ濃縮セルを用い、この濃縮セルに電位を
与えた状態で、カソードに二酸化炭素と酸素を含むガス
を供給し、カソード側で、ＣＯ2 ＋１／２Ｏ2 ＋２ｅ-
→ＣＯ3 2- の電気化学反応を行わせ、生成された炭酸
イオンを電解質板を通しアノードに移動させ、該アノー
ド側で炭酸イオンを電気化学反応を行わせて、高濃度の
二酸化炭素を選択的に分離させるものである。
度のＣＯ2 ガスを溶融塩を利用して電気化学的に濃縮す
る二酸化炭素濃縮法（特願平９−２１２６７４号、未公
開）を提案した。この方法は、電解質板をカソードとア
ノードで挟んだ濃縮セルを用い、この濃縮セルに電位を
与えた状態で、カソードに二酸化炭素と酸素を含むガス
を供給し、カソード側で、ＣＯ2 ＋１／２Ｏ2 ＋２ｅ-
→ＣＯ3 2- の電気化学反応を行わせ、生成された炭酸
イオンを電解質板を通しアノードに移動させ、該アノー
ド側で炭酸イオンを電気化学反応を行わせて、高濃度の
二酸化炭素を選択的に分離させるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述した先行出願の発
明により、大きなエネルギーを要することなく、かつＣ
Ｏ2 ガスを冷却することなく高温のまま濃縮分離処理す
ることができる。しかし、この発明の方法で得られた濃
縮ガスの主成分はＣＯ2 ガスであり、これを化学原料に
用いるためには、ＣＯガス等の化学原料として有用なガ
スに分解する必要がある。また、二酸化炭素を分解する
ために、従来から、高温での分解や触媒を用いた水溶液
の電気分解が試みられているが、分解に要するエネルギ
ーが大きくコストが高過ぎて経済的に折り合わない問題
点がある。従って、従来から排ガス中のＣＯ2 ガスを低
エネルギーでＣＯガス等の化学原料として有用なガスに
分解する方法が要望されていた。
明により、大きなエネルギーを要することなく、かつＣ
Ｏ2 ガスを冷却することなく高温のまま濃縮分離処理す
ることができる。しかし、この発明の方法で得られた濃
縮ガスの主成分はＣＯ2 ガスであり、これを化学原料に
用いるためには、ＣＯガス等の化学原料として有用なガ
スに分解する必要がある。また、二酸化炭素を分解する
ために、従来から、高温での分解や触媒を用いた水溶液
の電気分解が試みられているが、分解に要するエネルギ
ーが大きくコストが高過ぎて経済的に折り合わない問題
点がある。従って、従来から排ガス中のＣＯ2 ガスを低
エネルギーでＣＯガス等の化学原料として有用なガスに
分解する方法が要望されていた。
【０００７】本発明はかかる要望を満たすために創案さ
れたものである。すなわち、本発明の目的は、火力発電
所等から排出される高温排ガス中のＣＯ2 ガスを高温の
まま低エネルギーで分解して有用な化学原料として回収
することができる二酸化炭素分解方法を提供することに
ある。
れたものである。すなわち、本発明の目的は、火力発電
所等から排出される高温排ガス中のＣＯ2 ガスを高温の
まま低エネルギーで分解して有用な化学原料として回収
することができる二酸化炭素分解方法を提供することに
ある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、溶融炭
酸塩を電解質とする電解質板とこれを両面から挟持する
多孔質のカソード及びアノードとからなる分解セルと、
前記カソードとアノードとの間に電圧を印加する回路
と、を備え、分解セルのカソード側にＣＯ2 を含むガス
を供給して、２ＣＯ2 ＋２ｅ- →ＣＯ3 2-＋ＣＯ の電
気化学反応を行わせ、生成された炭酸イオンを電解質板
を通しアノードに移動させ、アノード側で、ＣＯ3 2-→
ＣＯ2 ＋１／２Ｏ2 ＋２ｅ- の電気化学反応を行わせ
る、ことを特徴とする二酸化炭素分解方法が提供され
る。
酸塩を電解質とする電解質板とこれを両面から挟持する
多孔質のカソード及びアノードとからなる分解セルと、
前記カソードとアノードとの間に電圧を印加する回路
と、を備え、分解セルのカソード側にＣＯ2 を含むガス
を供給して、２ＣＯ2 ＋２ｅ- →ＣＯ3 2-＋ＣＯ の電
気化学反応を行わせ、生成された炭酸イオンを電解質板
を通しアノードに移動させ、アノード側で、ＣＯ3 2-→
ＣＯ2 ＋１／２Ｏ2 ＋２ｅ- の電気化学反応を行わせ
る、ことを特徴とする二酸化炭素分解方法が提供され
る。
【０００９】この方法によれば、ＣＯ2 ガスを溶融炭酸
塩と多孔質ガス電極から構成される分解セルに導き、式
１に示す電極反応により炭酸イオンと一酸化炭素を生成
し、ＣＯ2 を分解することができる。 ２ＣＯ2 ＋２ｅ- →ＣＯ3 2-＋ＣＯ．．（式１） すなわち、分解セルのカソード側で、ＣＯ2 が選択的に
ＣＯに分解され排出される。排出されたＣＯガスは再び
燃料として利用するほか、メタノール等の原料とするこ
とができる。また改質器、シフトコンバータを用いて水
素燃料に転換することもできる。なお、式１の反応を連
続的に行うためには、電荷の供給が必要であり、アノー
ド、カソード間に電圧を印加する回路（例えば電源）か
ら電力として供給する。
塩と多孔質ガス電極から構成される分解セルに導き、式
１に示す電極反応により炭酸イオンと一酸化炭素を生成
し、ＣＯ2 を分解することができる。 ２ＣＯ2 ＋２ｅ- →ＣＯ3 2-＋ＣＯ．．（式１） すなわち、分解セルのカソード側で、ＣＯ2 が選択的に
ＣＯに分解され排出される。排出されたＣＯガスは再び
燃料として利用するほか、メタノール等の原料とするこ
とができる。また改質器、シフトコンバータを用いて水
素燃料に転換することもできる。なお、式１の反応を連
続的に行うためには、電荷の供給が必要であり、アノー
ド、カソード間に電圧を印加する回路（例えば電源）か
ら電力として供給する。
【００１０】一方、この反応で発生したＣＯ3 2-イオン
は電解質内をアノード側に向かって移動し、アノードで
電子を放出するとともにＣＯ2 と１／２Ｏ2 を放出す
る。このＣＯ2 と１／２Ｏ2 は高濃度であり、不純物を
含まないことから、別の原料として有効利用することが
できる。
は電解質内をアノード側に向かって移動し、アノードで
電子を放出するとともにＣＯ2 と１／２Ｏ2 を放出す
る。このＣＯ2 と１／２Ｏ2 は高濃度であり、不純物を
含まないことから、別の原料として有効利用することが
できる。
【００１１】また、本発明の別の方法によれば、溶融炭
酸塩を電解質とする電解質板とこれを両面から挟持する
多孔質のカソード及びアノードとからなる分解セルと、
前記カソードとアノードとの間を抵抗を介して電気的に
接続する回路と、を備え、分解セルのカソード側にＣＯ
2 を含むガスを供給して、２ＣＯ2 ＋２ｅ- →ＣＯ3 2-
＋ＣＯ の電気化学反応を行わせ、生成された炭酸イオ
ンを電解質板を通しアノードに移動させ、アノード側に
水素を含むガスを供給して、Ｈ2 ＋ＣＯ3 2-→ＣＯ2 ＋
Ｈ2 Ｏ＋２ｅ- の自発的に電気化学反応を行わせる、こ
とを特徴とする二酸化炭素分解方法が提供される。
酸塩を電解質とする電解質板とこれを両面から挟持する
多孔質のカソード及びアノードとからなる分解セルと、
前記カソードとアノードとの間を抵抗を介して電気的に
接続する回路と、を備え、分解セルのカソード側にＣＯ
2 を含むガスを供給して、２ＣＯ2 ＋２ｅ- →ＣＯ3 2-
＋ＣＯ の電気化学反応を行わせ、生成された炭酸イオ
ンを電解質板を通しアノードに移動させ、アノード側に
水素を含むガスを供給して、Ｈ2 ＋ＣＯ3 2-→ＣＯ2 ＋
Ｈ2 Ｏ＋２ｅ- の自発的に電気化学反応を行わせる、こ
とを特徴とする二酸化炭素分解方法が提供される。
【００１２】この方法では、アノード側に水素を含むガ
スを供給して、Ｈ2 ＋ＣＯ3 2-→ＣＯ2 ＋Ｈ2 Ｏ＋２ｅ
- の電気化学反応を行わせることにより、分解セルを一
種の燃料電池として作動させて式１の反応を引き起こす
ことができる。従って、この方法では、カソード、アノ
ード間を抵抗を介して電気的に接続する装置、例えば負
荷装置を用い、発電した電流を流して電荷の供給して式
１の反応を連続的に行うので、外部電力なしにＣＯ2 を
ＣＯに分解することができる。
スを供給して、Ｈ2 ＋ＣＯ3 2-→ＣＯ2 ＋Ｈ2 Ｏ＋２ｅ
- の電気化学反応を行わせることにより、分解セルを一
種の燃料電池として作動させて式１の反応を引き起こす
ことができる。従って、この方法では、カソード、アノ
ード間を抵抗を介して電気的に接続する装置、例えば負
荷装置を用い、発電した電流を流して電荷の供給して式
１の反応を連続的に行うので、外部電力なしにＣＯ2 を
ＣＯに分解することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施例を
図面を参照して説明する。なお、各図において、共通す
る部分には同一の符号を付して使用する。図１は、本発
明の方法を実施する二酸化炭素分解設備の模式図であ
る。この図に示すように、二酸化炭素分解設備は、分解
セル１０と、回路１２とを備える。
図面を参照して説明する。なお、各図において、共通す
る部分には同一の符号を付して使用する。図１は、本発
明の方法を実施する二酸化炭素分解設備の模式図であ
る。この図に示すように、二酸化炭素分解設備は、分解
セル１０と、回路１２とを備える。
【００１４】分解セル１０は、溶融炭酸塩を電解質とす
る電解質板１と、これを両面から挟持する多孔質のカソ
ード２及びアノード３と、からなる。なお、単一の分解
セル（単セル）では、反応面積が小さく処理能力が低い
ので、これを複数直列に接続した積層セルとして用いる
ことが好ましい。このように、分解セル１０を積層して
構成することにより、単セルの処理能力が低くても積層
化により所望の処理能力を得ることができる。
る電解質板１と、これを両面から挟持する多孔質のカソ
ード２及びアノード３と、からなる。なお、単一の分解
セル（単セル）では、反応面積が小さく処理能力が低い
ので、これを複数直列に接続した積層セルとして用いる
ことが好ましい。このように、分解セル１０を積層して
構成することにより、単セルの処理能力が低くても積層
化により所望の処理能力を得ることができる。
【００１５】また、図に示すように、分解セル１０のカ
ソード側にはＣＯ2 を含むガスがカソードガスライン４
から供給され、同時に、アノード側には別のガスがアノ
ードガスライン５から供給されるようになっている。カ
ソード側に供給するガス（以下、カソードガスという）
は、例えば、図１に例示するように、火力発電所等の排
ガス発生設備９から排出され、通常はそのまま廃棄され
るＣＯ2 ガスを含む排ガスである。このカソードガス
は、ＣＯ2 濃度が高くかつＯ2 濃度が低いガスであるの
がよく、例えばＣＯ2 濃度１０％以上、Ｏ2 濃度５％以
下であるのがよい。また、このカソードガスは、分解セ
ル１０の作動に適した高温で供給するのがよく、特に好
ましくは、途中に温度調節装置（例えば加熱器、冷却
器、熱交換器）を備え、分解セル１０の最適作動温度で
供給する。
ソード側にはＣＯ2 を含むガスがカソードガスライン４
から供給され、同時に、アノード側には別のガスがアノ
ードガスライン５から供給されるようになっている。カ
ソード側に供給するガス（以下、カソードガスという）
は、例えば、図１に例示するように、火力発電所等の排
ガス発生設備９から排出され、通常はそのまま廃棄され
るＣＯ2 ガスを含む排ガスである。このカソードガス
は、ＣＯ2 濃度が高くかつＯ2 濃度が低いガスであるの
がよく、例えばＣＯ2 濃度１０％以上、Ｏ2 濃度５％以
下であるのがよい。また、このカソードガスは、分解セ
ル１０の作動に適した高温で供給するのがよく、特に好
ましくは、途中に温度調節装置（例えば加熱器、冷却
器、熱交換器）を備え、分解セル１０の最適作動温度で
供給する。
【００１６】アノード側に供給するガス（以下、アノー
ドガスという）は、なくても可能であるが、酸素を含ま
ない排ガス、窒素等の不活性ガス、等を用いることもで
きる。また、後述するように、分解セルを一種の燃料電
池として用いる場合には、水素を含むガスをアノードガ
スとして使用する。
ドガスという）は、なくても可能であるが、酸素を含ま
ない排ガス、窒素等の不活性ガス、等を用いることもで
きる。また、後述するように、分解セルを一種の燃料電
池として用いる場合には、水素を含むガスをアノードガ
スとして使用する。
【００１７】更に、図に示すように、分解セル１０のカ
ソード側を通過したガスは、カソード排ガスライン６か
ら排出され、同時に、アノード側を通過したガスは、ア
ノード排ガスライン７から排出されるようになってい
る。この図では、カソード排ガスライン６から出た排ガ
スが、スタック（煙突１１）から大気中に放出される。
同様に、アノード排ガスライン７から出た排ガスも、カ
ソード排ガスライン６に合流させて、同一の煙突１１か
ら廃棄してもよく、或いは、別の工程に供給してもよ
い。
ソード側を通過したガスは、カソード排ガスライン６か
ら排出され、同時に、アノード側を通過したガスは、ア
ノード排ガスライン７から排出されるようになってい
る。この図では、カソード排ガスライン６から出た排ガ
スが、スタック（煙突１１）から大気中に放出される。
同様に、アノード排ガスライン７から出た排ガスも、カ
ソード排ガスライン６に合流させて、同一の煙突１１か
ら廃棄してもよく、或いは、別の工程に供給してもよ
い。
【００１８】図２は、本発明の方法を実施する分解セル
１０と回路１２の模式図である。この図において、電解
質板１は、電解質としての溶融塩を浸み込ませた多孔質
平板であり、例えば、リチウムアルミネート（ＬｉＡｌ
Ｏ2 ）により構成したマトリックスに電解質である炭酸
塩を主成分とする溶融塩を含浸させたものを用いる。炭
酸塩としては、Ｌｉ2 ＣＯ3 ，Ｋ2 ＣＯ3 ，Ｎａ2 ＣＯ
3 等のアルカリ炭酸塩及びＭｇＣＯ3 ，ＣａＣＯ3 等の
アルカリ土類炭酸塩を単独若しくは混合して使用する。
１０と回路１２の模式図である。この図において、電解
質板１は、電解質としての溶融塩を浸み込ませた多孔質
平板であり、例えば、リチウムアルミネート（ＬｉＡｌ
Ｏ2 ）により構成したマトリックスに電解質である炭酸
塩を主成分とする溶融塩を含浸させたものを用いる。炭
酸塩としては、Ｌｉ2 ＣＯ3 ，Ｋ2 ＣＯ3 ，Ｎａ2 ＣＯ
3 等のアルカリ炭酸塩及びＭｇＣＯ3 ，ＣａＣＯ3 等の
アルカリ土類炭酸塩を単独若しくは混合して使用する。
【００１９】また、電極（カソード２及びアノード３）
としては、高温でかつ酸化及び還元雰囲気に耐えられる
導電性金属及びその酸化物として、どちらも、ニッケ
ル、鉄、或いは、銅及びその他金属及び金属酸化物が単
独又は混合されたものに強度上の要請によりＣｒ，Ａｌ
等を添加した材料を使用する。これらの溶融炭酸塩、金
属及び酸化金属を用いることにより、分解セルを構成す
る部品（コンポーネント）を安価に製造することができ
る。
としては、高温でかつ酸化及び還元雰囲気に耐えられる
導電性金属及びその酸化物として、どちらも、ニッケ
ル、鉄、或いは、銅及びその他金属及び金属酸化物が単
独又は混合されたものに強度上の要請によりＣｒ，Ａｌ
等を添加した材料を使用する。これらの溶融炭酸塩、金
属及び酸化金属を用いることにより、分解セルを構成す
る部品（コンポーネント）を安価に製造することができ
る。
【００２０】更に、回路１２には、カソードとアノード
との間に電圧を印加する装置（例えば電源）、又は、カ
ソードとアノードとの間を抵抗を介して電気的に接続す
る装置（例えば負荷装置）を使用する。
との間に電圧を印加する装置（例えば電源）、又は、カ
ソードとアノードとの間を抵抗を介して電気的に接続す
る装置（例えば負荷装置）を使用する。
【００２１】上述した装置を用いた本発明の方法を以下
に説明する。まず、カソードとアノードとの間に電圧を
印加する装置（例えば電源）を用いる場合には、分解セ
ルのカソード側にＣＯ2 を含むガスを供給して、２ＣＯ
2 ＋２ｅ- →ＣＯ3 2-＋ＣＯ の電気化学反応を行わ
せ、生成された炭酸イオンを電解質板を通しアノードに
移動させ、アノード側で、ＣＯ3 2-→ ＣＯ2 ＋１／２
Ｏ2 ＋２ｅ- の電気化学反応を行わせる。
に説明する。まず、カソードとアノードとの間に電圧を
印加する装置（例えば電源）を用いる場合には、分解セ
ルのカソード側にＣＯ2 を含むガスを供給して、２ＣＯ
2 ＋２ｅ- →ＣＯ3 2-＋ＣＯ の電気化学反応を行わ
せ、生成された炭酸イオンを電解質板を通しアノードに
移動させ、アノード側で、ＣＯ3 2-→ ＣＯ2 ＋１／２
Ｏ2 ＋２ｅ- の電気化学反応を行わせる。
【００２２】また、カソードとアノードとの間を抵抗を
介して電気的に接続する装置（例えば負荷装置）を使用
する場合には、分解セルのカソード側にＣＯ2 を含むガ
スを供給して、２ＣＯ2 ＋２ｅ- →ＣＯ3 2-＋ＣＯ の
電気化学反応を行わせ、生成された炭酸イオンを電解質
板を通しアノードに移動させ、アノード側に水素を含む
ガスを供給して、Ｈ2 ＋ＣＯ3 2-→ ＣＯ2 ＋Ｈ2 Ｏ＋
２ｅ- の自発的な電気化学反応を行わせる。
介して電気的に接続する装置（例えば負荷装置）を使用
する場合には、分解セルのカソード側にＣＯ2 を含むガ
スを供給して、２ＣＯ2 ＋２ｅ- →ＣＯ3 2-＋ＣＯ の
電気化学反応を行わせ、生成された炭酸イオンを電解質
板を通しアノードに移動させ、アノード側に水素を含む
ガスを供給して、Ｈ2 ＋ＣＯ3 2-→ ＣＯ2 ＋Ｈ2 Ｏ＋
２ｅ- の自発的な電気化学反応を行わせる。
【００２３】上述した本発明の方法によれば、ＣＯ2 ガ
スを溶融炭酸塩と多孔質ガス電極から構成される分解セ
ルに導き、式１に示す電極反応により炭酸イオンと一酸
化炭素を生成し、ＣＯ2 を分解することができる。 ２ＣＯ2 ＋２ｅ- →ＣＯ3 2-＋ＣＯ．．（式１） すなわち、分解セル１０のカソード側で、ＣＯ2 がＣＯ
に分解され排出される。排出されたＣＯガスは再び燃料
として利用するほか、メタノール等の原料とすることが
できる。また改質器、シフトコンバータを用いて水素燃
料に転換することもできる。
スを溶融炭酸塩と多孔質ガス電極から構成される分解セ
ルに導き、式１に示す電極反応により炭酸イオンと一酸
化炭素を生成し、ＣＯ2 を分解することができる。 ２ＣＯ2 ＋２ｅ- →ＣＯ3 2-＋ＣＯ．．（式１） すなわち、分解セル１０のカソード側で、ＣＯ2 がＣＯ
に分解され排出される。排出されたＣＯガスは再び燃料
として利用するほか、メタノール等の原料とすることが
できる。また改質器、シフトコンバータを用いて水素燃
料に転換することもできる。
【００２４】一方、この反応で発生したＣＯ3 2-イオン
は電解質１内をアノード側に向かって移動し、アノード
３で電子を放出するとともにＣＯ2 と１／２Ｏ2 を放出
する。
は電解質１内をアノード側に向かって移動し、アノード
３で電子を放出するとともにＣＯ2 と１／２Ｏ2 を放出
する。
【００２５】余剰電力がある設備では、回路１２に、カ
ソードとアノードとの間に電圧を印加する装置（例えば
電源）を使用する。この場合に、式１の反応を連続的に
行うために回路（電源）から電荷が電力として供給さ
れ、アノード、カソード間に電荷が循環して式１が連続
的に行われる。また、水素ガスを含む排ガスが利用でき
る設備では、回路１２に、カソードとアノードとの間を
抵抗を介して電気的に接続する装置（例えば負荷装置）
を使用する。この場合に、アノード側に水素を含むガス
を供給して、Ｈ2 ＋ＣＯ3 2-→ＣＯ2 ＋Ｈ2 Ｏ＋２ｅ-
の電気化学反応を行わせることにより、分解セル１０を
一種の燃料電池として作動させて式１の反応を引き起こ
すことができる。従って、この方法では、例えば負荷装
置を用い、発電した電流を流して電荷の供給して式１の
反応を連続的に行うので、外部電力なしにＣＯ2 をＣＯ
に分解することができる。
ソードとアノードとの間に電圧を印加する装置（例えば
電源）を使用する。この場合に、式１の反応を連続的に
行うために回路（電源）から電荷が電力として供給さ
れ、アノード、カソード間に電荷が循環して式１が連続
的に行われる。また、水素ガスを含む排ガスが利用でき
る設備では、回路１２に、カソードとアノードとの間を
抵抗を介して電気的に接続する装置（例えば負荷装置）
を使用する。この場合に、アノード側に水素を含むガス
を供給して、Ｈ2 ＋ＣＯ3 2-→ＣＯ2 ＋Ｈ2 Ｏ＋２ｅ-
の電気化学反応を行わせることにより、分解セル１０を
一種の燃料電池として作動させて式１の反応を引き起こ
すことができる。従って、この方法では、例えば負荷装
置を用い、発電した電流を流して電荷の供給して式１の
反応を連続的に行うので、外部電力なしにＣＯ2 をＣＯ
に分解することができる。
【００２６】
【実施例】図３は、図２の分解セルの作動試験結果であ
り、電流密度とＣＯ濃度の関係を示している。なお、こ
の試験は、カソードガスとして１０％のＣＯ2 を含む空
気を使用し、アノードガスとして空気を使用した。その
他の条件は、通常の溶融炭酸塩型燃料電池（作動温度約
６５０℃）と同様である。
り、電流密度とＣＯ濃度の関係を示している。なお、こ
の試験は、カソードガスとして１０％のＣＯ2 を含む空
気を使用し、アノードガスとして空気を使用した。その
他の条件は、通常の溶融炭酸塩型燃料電池（作動温度約
６５０℃）と同様である。
【００２７】図３の結果から、ＣＯ2 を含む排ガスか
ら、ＣＯ2 ガスを分解して有用な化学原料であるＣＯガ
スを回収することができることがわかる。なお、発生し
たＣＯガスの濃度はこの例では最大約２％の低濃度であ
るが、このガスを上流側にリサイクルする等の手段によ
り、更に高濃度にすることが可能である。
ら、ＣＯ2 ガスを分解して有用な化学原料であるＣＯガ
スを回収することができることがわかる。なお、発生し
たＣＯガスの濃度はこの例では最大約２％の低濃度であ
るが、このガスを上流側にリサイクルする等の手段によ
り、更に高濃度にすることが可能である。
【００２８】なお、本発明は上述した実施例に限定され
ず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できるこ
とは勿論である。
ず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できるこ
とは勿論である。
【００２９】
【発明の効果】上述したように本発明の二酸化炭素分解
方法によれば、溶融炭酸塩を用いて排ガス中のＣＯ2 を
分解し有用なＣＯとして利用することができる。また、
高温の溶融塩を用いるため、反応に要するエネルギーが
少ない上、副生するＣＯは新たな原料，エネルギー源と
して利用することが可能である。
方法によれば、溶融炭酸塩を用いて排ガス中のＣＯ2 を
分解し有用なＣＯとして利用することができる。また、
高温の溶融塩を用いるため、反応に要するエネルギーが
少ない上、副生するＣＯは新たな原料，エネルギー源と
して利用することが可能である。
【００３０】更に、水溶液等での電気分解等に比べ反応
性が高い高温の溶融炭酸塩を使用するため低い過電圧で
の分解が可能で実用的な電流密度で選択的な二酸化炭素
分解が可能である。また電極材料も白金等の高価な材料
を使用することなく、また、副反応の発生も少なく、ほ
ぼ１００％近くの電流効率で二酸化炭素の分解が可能で
ある。
性が高い高温の溶融炭酸塩を使用するため低い過電圧で
の分解が可能で実用的な電流密度で選択的な二酸化炭素
分解が可能である。また電極材料も白金等の高価な材料
を使用することなく、また、副反応の発生も少なく、ほ
ぼ１００％近くの電流効率で二酸化炭素の分解が可能で
ある。
【００３１】従って、本発明の二酸化炭素分解方法は、
火力発電所等から排出される高温排ガス中のＣＯ2 ガス
を高温のまま低エネルギーで分解して有用な化学原料と
して回収することができる、等の優れた効果を有する。
火力発電所等から排出される高温排ガス中のＣＯ2 ガス
を高温のまま低エネルギーで分解して有用な化学原料と
して回収することができる、等の優れた効果を有する。
【図１】本発明の方法を実施する二酸化炭素分解設備の
模式図である。
模式図である。
【図２】本発明の方法に用いる分解セルの概念図であ
る。
る。
【図３】図２の分解セルの作動試験結果である。
１ 電解質板 ２ カソード ３ アノード ４ カソードガスライン ５ アノードガスライン ６ カソード排ガスライン ７ アノード排ガスライン ９ 排ガス発生設備 １０ 分解セル １１ スタック（煙突） １２ 回路（電源，負荷装置）
Claims (2)
- 【請求項１】 溶融炭酸塩を電解質とする電解質板とこ
れを両面から挟持する多孔質のカソード及びアノードと
からなる分解セルと、前記カソードとアノードとの間に
電圧を印加する回路と、を備え、 分解セルのカソード側にＣＯ2 を含むガスを供給して、
２ＣＯ2 ＋２ｅ- →ＣＯ3 2-＋ＣＯ の電気化学反応を
行わせ、生成された炭酸イオンを電解質板を通しアノー
ドに移動させ、アノード側で、ＣＯ3 2-→ ＣＯ2 ＋１
／２Ｏ2 ＋２ｅ - の電気化学反応を行わせる、ことを特
徴とする二酸化炭素分解方法。 - 【請求項２】 溶融炭酸塩を電解質とする電解質板とこ
れを両面から挟持する多孔質のカソード及びアノードと
からなる分解セルと、前記カソードとアノードとの間を
抵抗を介して電気的に接続する回路と、を備え、 分解セルのカソード側にＣＯ2 を含むガスを供給して、
２ＣＯ2 ＋２ｅ- →ＣＯ3 2-＋ＣＯ の電気化学反応を
行わせ、生成された炭酸イオンを電解質板を通しアノー
ドに移動させ、アノード側に水素を含むガスを供給し
て、Ｈ2 ＋ＣＯ3 2-→ ＣＯ2 ＋Ｈ2 Ｏ＋２ｅ- の電気
化学反応を行わせる、ことを特徴とする二酸化炭素分解
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02332798A JP4100479B2 (ja) | 1998-02-04 | 1998-02-04 | 二酸化炭素分解方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02332798A JP4100479B2 (ja) | 1998-02-04 | 1998-02-04 | 二酸化炭素分解方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11223475A true JPH11223475A (ja) | 1999-08-17 |
| JP4100479B2 JP4100479B2 (ja) | 2008-06-11 |
Family
ID=12107496
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02332798A Expired - Lifetime JP4100479B2 (ja) | 1998-02-04 | 1998-02-04 | 二酸化炭素分解方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4100479B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002319428A (ja) * | 2001-04-19 | 2002-10-31 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 溶融炭酸塩型燃料電池発電設備 |
| JP2018193612A (ja) * | 2015-11-16 | 2018-12-06 | フュエルセル エナジー， インコーポレイテッドＦｕｅｌｃｅｌｌ Ｅｎｅｒｇｙ， Ｉｎｃ． | エンジン付きｒｅｐを用いるエネルギ貯蔵 |
| US10465305B2 (en) | 2015-11-17 | 2019-11-05 | Fuelcell Energy, Inc. | Hydrogen and carbon monoxide generation using an REP with partial oxidation |
| US10608272B2 (en) | 2015-11-16 | 2020-03-31 | Fuelcell Energy, Inc. | System for capturing CO2 from a fuel cell |
| US10897055B2 (en) | 2017-11-16 | 2021-01-19 | Fuelcell Energy, Inc. | Load following power generation and power storage using REP and PEM technology |
| US11043684B2 (en) | 2015-11-17 | 2021-06-22 | Fuelcell Energy, Inc. | Fuel cell system having enhanced CO2 capture |
| US11339333B2 (en) | 2016-04-21 | 2022-05-24 | Fuelcell Energy, Inc. | Fluidized catalytic cracking unit system with integrated reformer-electrolyzer-purifier |
| US11495806B2 (en) | 2019-02-04 | 2022-11-08 | Fuelcell Energy, Inc. | Ultra high efficiency fuel cell power generation system |
-
1998
- 1998-02-04 JP JP02332798A patent/JP4100479B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002319428A (ja) * | 2001-04-19 | 2002-10-31 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 溶融炭酸塩型燃料電池発電設備 |
| JP2018193612A (ja) * | 2015-11-16 | 2018-12-06 | フュエルセル エナジー， インコーポレイテッドＦｕｅｌｃｅｌｌ Ｅｎｅｒｇｙ， Ｉｎｃ． | エンジン付きｒｅｐを用いるエネルギ貯蔵 |
| JP2018537817A (ja) * | 2015-11-16 | 2018-12-20 | フュエルセル エナジー， インコーポレイテッドＦｕｅｌｃｅｌｌ Ｅｎｅｒｇｙ， Ｉｎｃ． | エンジン付きｒｅｐを用いるエネルギ貯蔵 |
| US10608272B2 (en) | 2015-11-16 | 2020-03-31 | Fuelcell Energy, Inc. | System for capturing CO2 from a fuel cell |
| US10680265B2 (en) | 2015-11-16 | 2020-06-09 | Fuelcell Energy, Inc. | Energy storage using an REP with an engine |
| US10465305B2 (en) | 2015-11-17 | 2019-11-05 | Fuelcell Energy, Inc. | Hydrogen and carbon monoxide generation using an REP with partial oxidation |
| US11043684B2 (en) | 2015-11-17 | 2021-06-22 | Fuelcell Energy, Inc. | Fuel cell system having enhanced CO2 capture |
| US11339333B2 (en) | 2016-04-21 | 2022-05-24 | Fuelcell Energy, Inc. | Fluidized catalytic cracking unit system with integrated reformer-electrolyzer-purifier |
| US10897055B2 (en) | 2017-11-16 | 2021-01-19 | Fuelcell Energy, Inc. | Load following power generation and power storage using REP and PEM technology |
| US11495806B2 (en) | 2019-02-04 | 2022-11-08 | Fuelcell Energy, Inc. | Ultra high efficiency fuel cell power generation system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4100479B2 (ja) | 2008-06-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102143864B1 (ko) | 연료 전지로부터 co2를 포집하기 위한 시스템 | |
| CA2397682A1 (en) | Multipurpose reversible electrochemical system | |
| CN215578650U (zh) | 使用氨气为燃料的固体氧化物燃料电池与质子交换膜燃料电池混合系统 | |
| JP2007538379A5 (ja) | ||
| TWI226718B (en) | Fuel cells using plasma | |
| JP2004186074A (ja) | 溶融炭酸塩型燃料電池を用いた二酸化炭素回収方法 | |
| WO2020241115A1 (ja) | 電気化学装置及び水素生成方法 | |
| JP4100479B2 (ja) | 二酸化炭素分解方法 | |
| WO2002015295A2 (en) | A segregated exhaust sofc generator with high fuel utilization capability | |
| JPH11169661A (ja) | 二酸化炭素回収装置 | |
| JP2003331877A (ja) | 燃料電池システムにて効率を向上するため及び排気ガスを減少するための方法 | |
| JPH02311302A (ja) | 燃料電池に供給する水素ガスの精製装置 | |
| Austin | Fuel cells-A review of government-sponsored research, 1950-1964 | |
| JP2008269854A (ja) | Ｃｏ汚染された固体高分子型可逆セルおよび燃料電池セルの水素極の性能を回復させる方法および装置 | |
| JP4416503B2 (ja) | 燃料電池への水素の供給装置及び方法並びに車両の電気駆動のための燃料電池の使用 | |
| JP2001023670A (ja) | 燃料電池発電装置 | |
| JP2020186460A (ja) | 電解質膜−電極接合体およびこれを用いた電気化学デバイス、並びにこれらを用いた水素生成システム | |
| JPH11191427A (ja) | 排ガスからの電力回収方法 | |
| CA2478210C (en) | Method for inerting the anodes of fuel cells | |
| JP7290528B2 (ja) | ダイレクトカーボン燃料電池を用いた発電システム | |
| JP4385424B2 (ja) | 二酸化炭素濃縮方法及び装置 | |
| JP2000021431A (ja) | 燃料電池用改質設備の停止方法 | |
| KR101401451B1 (ko) | 열교환형 촉매 산화기 및 이를 이용한 고농도 이산화탄소 회수장치 | |
| KR101408139B1 (ko) | 연료전지를 이용한 이산화탄소 회수 시스템 | |
| JPH1128331A (ja) | 二酸化炭素の電気化学的分離法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20041007 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050727 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20071226 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080214 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080312 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080312 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110328 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120328 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120328 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130328 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130328 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140328 Year of fee payment: 6 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |